一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于集成电路/芯片制造中硅通孔(Through Silicon Via，TSV)加工领域，更具体地，涉及一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜的装置及方法。该装置中线圈环绕于柱状绝缘管的外壁；线圈的一端与匹配器连接射频电源的负极的一端相连接，线圈的另一端为自由端；铜丝穿过柱状绝缘管的中心通孔，铜丝的一端与匹配器连接射频电源的正极的一端相连接，铜丝的另一端为自由端；该装置工作时，所述铜丝的自由端位于待镀铜试件的通孔内，以铜丝为蒸发溅射源，在待镀铜试件通孔内壁镀上铜膜。采用该装置在硅晶圆通孔内壁镀铜，不需要化学镀、电镀等工序。该方法科学合理，简单易行，具有环保高效、产业延伸性强等特点。产业延伸性强等特点。产业延伸性强等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜的装置及方法


[0001]本专利技术属于集成电路/芯片制造中硅通孔(Through Silicon Via，TSV)加工领域，更具体地，涉及一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜的装置及方法。

技术介绍

[0002]硅通孔技术是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能。硅通孔技术的出现，为实现低成本、低功耗、高性能、高密度、小尺寸芯片系统封装集成提供了解决方案。
[0003]三维硅通孔技术包括孔的制备、生长绝缘层/阻挡层/种子层、硅通孔镀铜、硅片的研磨减薄、芯片叠层等等。其中，孔的制备以及如何生长孔内镀层为基础和难点。传统金属化通孔的方法为化学镀铜，但化学镀铜存在污染严重和成本高的问题，化学镀溶液中的甲醛不仅会对生态环境造成污染，还对人体有危害。此外，化学镀的工艺流程复杂，对化学镀的溶液要求高。常见的镀层生长方法还有电镀法，电镀铜过程中需要添加多种添加剂并进行长时间的搅拌，各种添加剂可能存在的相互作用没有被系统地研究，对工艺条件的要求较高，过程较为繁琐。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种在大气压条件下在通孔内壁通过冷等离子体原位直接镀铜的装置及方法，旨在解决现有技术在通孔内壁镀铜采用电镀或化学镀污染严重、成本高、对工艺条件要求高等的技术问题。/>[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜装置，包括射频电源、匹配器、含有中心通孔的柱状绝缘管、线圈和铜丝，其中：
[0006]所述匹配器一端为第一连接端，另一端为第二连接端，所述第一连接端与所述射频电源的正极相连，所述第二连接端与所述射频电源的负极相连，
[0007]所述铜丝穿过所述柱状绝缘管的中心通孔，所述铜丝的一端与所述匹配器的第一连接端相连接，所述铜丝的另一端为自由端；
[0008]所述线圈环绕于所述柱状绝缘管的外壁；所述线圈的一端与所述匹配器的第二连接端相连接，所述线圈的另一端为自由端；
[0009]该装置工作时，所述铜丝的自由端位于待镀铜试件的通孔内，在惰性气氛下，开启电源，点燃并维持等离子体的放电，以铜丝为蒸发溅射源，对待镀铜试件的通孔内壁进行原位镀铜。
[0010]优选地，所述柱状绝缘管侧面设置有支管，所述支管用于向所述柱状绝缘管的中心通孔内通入能够激发产生等离子体的惰性气体；所述绝缘管进一步优选为石英管。
[0011]优选地，还包括可移动机械平台，所述待镀铜试件置于所述可移动机械平台上，该
可移动机械平台用于将待镀铜试件移动至所述绝缘管下方，且与所述柱形绝缘管同轴。
[0012]优选地，所述柱形绝缘管的下端与所述待镀铜试件的上端之间的距离为3
‑
4mm。
[0013]按照本专利技术的另一方面，提供了一种利用所述的装置在待镀铜试件通孔内壁镀铜的方法，包括如下步骤：
[0014](1)对含有通孔的待镀铜试件进行清洗，以去除该试件表面的氧化物和其它杂质，并进行干燥，以得到清洗后待镀铜试件；
[0015](2)将清洗后待镀铜试件置于所述的等离子体容性耦合放电镀铜装置其可移动机械平台上，将铜丝自由端放置于待镀铜试件的通孔内，通入惰性气体，开启电源，点燃并维持等离子体的放电，以铜丝为蒸发溅射源，对待镀铜试件的通孔内壁进行原位镀铜。
[0016]优选地，步骤(1)采用氢氟酸溶液对含有通孔的待镀铜试件进行清洗，以去除该试件表面的氧化物；采用丙酮溶液和乙醇溶液清洗去除其表面杂质；并将该带镀铜试件置于去离子水超声清洗剂中进一步清洗；然后采用氮气干燥。
[0017]优选地，所述氢氟酸溶液浓度为0.1mol/L～0.2mol/L，丙酮溶液浓度为1～3mol/L，乙醇溶液浓度为99.7％。
[0018]优选地，放电时，电源功率不超过100W，进一步优选为80W
‑
100W；控制惰性气体流量为200sccm
‑
300sccm；等离子体放电时间为20
‑
30min，铜膜厚度为700nm
‑
1000nm。
[0019]优选地，所述铜丝直径为0.1～0.15mm；所述线圈材质为钨，线圈环绕于所述绝缘管外壁，其线圈圈数为5～9。
[0020]优选地，放电时，等离子体放电温度≤1083.4℃。
[0021]优选地，所述含有通孔的待镀铜试件为含有通孔的硅晶圆或PCB板。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术提供的一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜装置，结构简单，线圈环绕于柱状绝缘管的外壁；线圈的一端与匹配器连接射频电源的负极的一端相连接，线圈的另一端为自由端；铜丝穿过柱状绝缘管的中心通孔，铜丝的一端与匹配器连接射频电源的正极的一端相连接，铜丝的另一端为自由端；该装置工作时，所述铜丝的自由端位于待镀铜试件的通孔内，开启电源，点燃并维持等离子体的放电，在保护气氛下，以铜丝为蒸发溅射源，铜金属丝通过蒸发溅射生成纳米颗粒，在待镀铜试件通孔内壁镀上铜膜。本专利技术采用大气压下射频电源点燃并维持氩气产生的等离子体放电的方式，对铜金属材料进行蒸发溅射，对设备及环境的要求低，工艺流程简单，操作简单高效，科学易行，方便应用于对通孔实验的研究。
[0024](2)本专利技术所述的镀铜工艺可得到致密、平整的铜薄膜，铜膜导电性能良好、附着性好。
[0025](3)本专利技术所述的镀铜工艺效率高，可应用于大规模、高效率的三维通孔镀铜的工业化生产。
附图说明
[0026]图1为本专利技术涉及的大气压下等离子体容性耦合放电硅通孔镀铜的装置图；
[0027]图2为实施例1提供的镀铜后硅通孔截面扫描电镜图。
[0028]图3为实施例2提供的镀铜后硅通孔截面扫描电镜图。
[0029]图4为对比例1提供的镀铜后硅通孔截面扫描电镜图。
[0030]图5为对比例2提供的镀铜后硅通孔截面扫描电镜图。
[0031]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1
‑
射频电源，2
‑
匹配器，3
‑
铜丝，4
‑
带支管的石英管，5
‑
环绕线圈，6
‑
带有通孔结构的硅晶圆，7
‑
可移动机械平台。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]大气压下射频等离子体放电形成的纳米粒子具有放电连续、自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气压下等离子体容性耦合放电镀铜装置，其特征在于，包括射频电源、匹配器、含有中心通孔的柱状绝缘管、线圈和铜丝，其中：所述匹配器一端为第一连接端，另一端为第二连接端，所述第一连接端与所述射频电源的正极相连，所述第二连接端与所述射频电源的负极相连，所述铜丝穿过所述柱状绝缘管的中心通孔，所述铜丝的一端与所述匹配器的第一连接端相连接，所述铜丝的另一端为自由端；所述线圈环绕于所述柱状绝缘管的外壁；所述线圈的一端与所述匹配器的第二连接端相连接，所述线圈的另一端为自由端；该装置工作时，所述铜丝的自由端置于待镀铜试件的通孔内，在惰性气氛下，开启电源，点燃并维持等离子体的放电，以铜丝为蒸发溅射源，对待镀铜试件的通孔内壁进行原位镀铜。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柱状绝缘管侧面设置有支管，所述支管用于向所述柱状绝缘管的中心通孔内通入能够激发产生等离子体的惰性气体；所述绝缘管优选为石英管。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括可移动机械平台，所述待镀铜试件置于所述可移动机械平台上，该可移动机械平台用于将待镀铜试件移动至所述绝缘管下方，且与所述柱形绝缘管同轴。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柱形绝缘管的下端与所述待镀铜试件的上端之间的距离为3
‑
4mm。5.利用如权利要求1至4任一项所述的装置在待镀铜试件通孔内壁镀铜的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏卫生，曾婉姝，于尧，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：