本发明专利技术的目的在于提供一种在衬底上电化学沉积金属的装置。所述装置具有：反应腔体、衬底、衬底固持部件、阳极单元、外电源和驱动装置。其特征在于：所述在衬底上电化学沉积金属的装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述衬底固持部件；所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极；所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动；所述阳极单元表面具有多个孔洞，所述孔洞在所述阳极表面形成孔洞图案。所述在衬底上电化学沉积金属的装置可以提高电化学沉积金属的均匀性。并且可以同时处理多片衬底，提高了生产效率。
【技术实现步骤摘要】
在衬底上电化学沉积金属的装置
本专利技术涉及一种用于在衬底上沉积金属的装置，具体涉及一种同时在多片衬底上 电化学沉积金属的装置。
技术介绍
近年来，随着芯片尺寸越来越小，集成度越来越高，计算机、通讯、汽车电子和其他 消费类产品对集成电路芯片封装技术也提出了更高的要求。芯片封装比以前要求更小、更 薄，具备高可靠性、多功能、低能耗和低成本。传统的锡铅凸块（solder bump)封装技术 已经无法满足先进封装的要求，铜柱凸块技术（copper pillar)和娃通孔技术（through silicon via, TSV)逐渐成为先进封装技术中的两大热点。 和锡铅凸块一样，铜柱凸块也是应用于覆晶封装上连接芯片和载板的技术。但是 与锡铅凸块比较，铜柱凸块具有更好的性能和更低的整体封装成本。与锡铅凸块在焊接回 流过程中会塌陷成球状不同，铜柱凸块可以保持其形状，适合更小的线宽，满足高集成度芯 片封装的要求。而且铜具有比锡铅合金更小的电阻和更高的热导率，铜柱凸块比锡铅凸块 具有更好的导电性和导热性，能降低芯片的能耗和工作时产生的热量。电化学镀铜是制作 铜柱凸块的合适工艺。铜柱凸块制作过程为：首先沉积一层籽晶层，然后在籽晶层上涂抹一 层光胶并在光胶上形成图案，再在图案中利用电化学的方法沉积金属铜柱，最后去除多余 的光胶得到铜柱凸块。 除了传统的平面式封装技术之外，先进的叠层式三维封装技术近几年来也已在集 成电路制造行业中得到应用。三维封装技术使单个封装体内可以堆叠多个芯片，互连线长 度显著降低，信号传输更快，成本更低；将多个不同功能的芯片堆叠在一起，使单个封装体 实现更多的功能，并且尺寸和重量可以减小数十倍。硅通孔技术是实现三维封装的核心技 术之一。硅通孔技术拥有以下几个潜在的优势：1)连接长度可以短至一个芯片的厚度，通 过逻辑模块的纵向堆叠而不是横向展开可以大大的减小逻辑模块互连的导线长度；2)高 密度高纵深比互连成为可能，将成功在硅片上实现复杂的多芯片系统，其物理集成密度将 大大高于现在的多芯片模块（MCM) ;3)由于不同平面上的逻辑模块之间更近的电连接，RC 延迟将得到极大的改善。三维芯片堆叠和硅通孔互连需要的关键工艺技术包括：a)形成通 孔；b)隔绝层，阻挡层和籽晶层的沉积；c)铜填充，去除和RDL ;d)硅片减薄；e)硅片/芯片 的定位校准，连线和切割。在硅通孔中沉积铜也需要电化学沉积方法来实现。 铜柱凸块技术和硅通孔技术对电化学沉积设备具有相似的要求。首先铜柱凸块技 术中铜柱的高度和硅通孔中沉积铜的深度都在30至150微米，远远大于芯片后端铜互连工 艺中要求的沉积厚度，因此要求电化学沉积设备能达到较高的沉积速率，以实现较大的产 率。通常应用于铜柱凸块技术和硅通孔技术要求电化学沉积设备具有不低于40硅片每小 时的产率。其次要求电化学沉积设备能实现较好的均匀性。对于铜柱凸块技术，通常要求 硅片内电镀形成的铜柱平面度小于5%，以满足后续封装工艺步骤的要求。而对硅通孔技 术，通常要求硅片内电镀均匀性小于2%，以满足后续平坦化工艺的要求。而且要求电化学 沉积设备具有尽可能低的成本。为了降低成本，电化学沉积设备一个电化学沉积腔体要求 能同时处理多片硅片，从而减少电化学沉积腔体的数目和其他相应的硬件，例如外电源。 目前已商业化的用于芯片封装的电化学金属沉积设备部分是基于芯片后端铜互 连电化学沉积设备发展而来，一个电化学沉积腔体一次处理一片硅片，在电化学沉积过程 中，硅片面水平向下浸于电解液中并以一定速度旋转。这类设备通常可以实现较好的均匀 性，但是由于硅片在电解液中旋转速度不能过高，否则会引起电解液飞溅，因此沉积速率通 常比较低，约为1微米每小时。为了达到产率的要求，需要增加设备中电化学沉积腔体的数 量，因此这类设备通常也具有较高的成本。另有部分电化学金属沉积设备采用硅片垂直浸 入电解液的设计，一个电化学沉积腔体能同时处理2片硅片，降低了成本。但是由于硅片在 电化学沉积时静止，通常不能得到较好的均匀性。而且这些商业化电化学沉积设备中，一个 阳极只面对一片硅片，同时需要一台电源控制系统在电化学沉积过程中控制该阳极和硅片 之间的电流或电压。一台设备中通常需要十几台甚至几十台电源控制系统，显著增加了设 备成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在衬底上电化学沉积金属的装置。所述装置具有：反 应腔体，所述反应腔体内具有电解液；衬底，所述衬底具有导电的沉积面；衬底固持部件， 用以固持所述所述衬底且暴露所述沉积面；阳极单元；外电源，所述外电源阳极与所述阳 极单元电导通；驱动装置。其特征在于：所述装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述 衬底固持部件；所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极，其垂直面与所述 衬底沉积面相对而置；所述固持部件具有导电单元，所述导电单元导通所述外电源阴极与 所述沉积面；所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动；所述 阳极单元表面具有多个孔洞，所述孔洞在所述阳极表面形成孔洞图案。 所述电化学沉积金属的装置通过所述阳极上的孔洞尺寸和孔洞图案控制电化学 沉积金属时衬底表面的电场分布，提高电化学沉积金属的均勻性。所述电化学沉积金属的 装置通过所述固持承载单元带动所述衬底固持部件绕所述阳极单元转动，提高电化学沉积 金属的速率和均匀性。所述电化学沉积金属的装置可以同时处理多片衬底，提高了生产效 率。 【附图说明】 图la为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图； 图lb为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置的俯视图； 图lc为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置的剖面图； 图2a为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的反应腔体的示意 图； 图2b为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的反应腔体的剖面 图； 图3为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的固持承载单元的示 意图； 图4为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的衬底固持部件的示 意图； 图5a为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的一种阳极单元的示 意图； 图5b为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的另一种阳极单元的 示意图； 图5c为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的另一种阳极单元的 示意图； 图5d为实施例一中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的另一种阳极单元的 示意图； 图6a为实施例二中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图； 图6b为实施例二中的在衬底上电化学沉积金属的装置的俯视图； 图6c为实施例二中的衬底上电化学沉积金属的装置的剖面图； 图7为实施例三中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图； 图8为超声波频率与电锻表面边界层厚度的关系不意图； 图9为极限电流密度和边界层厚度的关系示意图； 图10a为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图； 图10b为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置的示意图； 图11为实施例四中的在衬底上电化学沉积金属的装置具有的固持承载单元的示 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在衬底上电化学沉积金属的装置，所述装置具有：反应腔体，所述反应腔体内具有电解液；衬底，所述衬底具有导电的沉积面；衬底固持部件，所述衬底固持部件用以固持所述衬底且暴露所述沉积面；阳极单元；外电源，所述外电源阳极与所述阳极单元电导通；驱动装置；其特征在于：所述装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述衬底固持部件；所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极，其垂直面与所述衬底沉积面相对而置；所述固持部件具有导电单元，所述导电单元导通所述外电源阴极与所述沉积面；所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动。
【技术特征摘要】
1. 一种在衬底上电化学沉积金属的装置，所述装置具有： 反应腔体，所述反应腔体内具有电解液； 衬底，所述衬底具有导电的沉积面； 衬底固持部件，所述衬底固持部件用以固持所述衬底且暴露所述沉积面； 阳极单元； 外电源，所述外电源阳极与所述阳极单元电导通； 驱动装置； 其特征在于： 所述装置还具有固持承载单元，用以垂直承载所述衬底固持部件； 所述阳极单元为至少一水平截面为环状或多边形的阳极，其垂直面与所述衬底沉积面 相对而置； 所述固持部件具有导电单元，所述导电单元导通所述外电源阴极与所述沉积面； 所述驱动装置实现所述衬底固持承载单元与所述阳极单元间相对运动。2. 权力要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还具有电解液供应单元，用以向所述 反应腔体供应所述电解液并保持所述反应腔体中电解液的液面高度高于所述衬底沉积面。3. 权力要求1所述的装置，其特征在于，所述阳极单元由至少一底部通透的桶状结构 的阳极构成...
【专利技术属性】
技术研发人员：马悦，何川，施广涛，黄允文，顾岩，
申请(专利权)人：马悦，何川，施广涛，黄允文，顾岩，
类型：发明
国别省市：美国;US
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