一種物理氣相沉積方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種物理氣相沉積方法。
【背景技術(shù)】
[0002]娃通孔技術(shù)(through silicon via,以下簡(jiǎn)稱TSV)技術(shù)是通過(guò)在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)，由于TSV技術(shù)能夠使芯片在三維方向堆疊的密度最大、芯片之間的互連線最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，成為目前電子封裝技術(shù)中最先進(jìn)的一種技術(shù)。
[0003]物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n,以下簡(jiǎn)稱PVD)工藝在TSV技術(shù)中，主要是用于在硅通孔中沉積阻擋層和銅籽晶層，其中，阻擋層用于防止銅原子向硅或者二氧化硅中擴(kuò)散，銅籽晶層用于作為后續(xù)電鍍工藝的導(dǎo)電層。由于在TSV PVD工藝中硅通孔內(nèi)沉積的薄膜厚度往往較大，使得薄膜應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致采用靜電卡盤無(wú)法對(duì)晶片進(jìn)行靜電吸附固定，并且，由于TSV技術(shù)多應(yīng)用在后道封裝工藝中，且在后道封裝工藝往往需要將晶片減薄并粘結(jié)在玻璃基板上，而靜電卡盤無(wú)法對(duì)玻璃基板進(jìn)行靜電吸附固定，因此，往往需要機(jī)械方式對(duì)晶片進(jìn)行固定。
[0004]圖1為PVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2為圖1中所示卡環(huán)的俯視圖。請(qǐng)一并參閱圖1和圖2，該P(yáng)VD設(shè)備包括反應(yīng)腔室10，在反應(yīng)腔室10的底部設(shè)置有用于承載晶片的卡盤11，在壓環(huán)12的內(nèi)周壁上且沿其周向設(shè)置有多個(gè)壓爪121，借助多個(gè)壓爪121的下表面疊置在晶片S上表面的邊緣區(qū)域，以將晶片S固定在卡盤11上；在反應(yīng)腔室10的頂部設(shè)置有靶材13，借助靶材13與激勵(lì)電源(圖中未示出)電連接，使得靶材13具有一定的負(fù)偏壓，用以將反應(yīng)腔室10內(nèi)的工藝氣體激發(fā)形成等離子體，并吸引反應(yīng)腔室10內(nèi)等離子體中的正離子轟擊靶材13的表面，使得靶材13表面的金屬原子自靶材13的表面逸出沉積在基片S表面的硅通孔內(nèi)。
[0005]然而，采用上述方式實(shí)現(xiàn)TSV PVD工藝往往存在以下問(wèn)題:由于TSV PVD工藝之后的電鍍工藝對(duì)晶片S的覆蓋率要求很高，即，要求壓環(huán)12對(duì)晶片S的覆蓋面積越少越好，因此需要壓爪121的數(shù)量和尺寸越小越好，但是，由于晶片S的背面還存在為避免晶片S的溫度較高向晶片S的背面吹熱交換氣體而產(chǎn)生的背壓，因此壓爪121的數(shù)量太少和尺寸過(guò)小會(huì)造成不能實(shí)現(xiàn)壓環(huán)12將晶片S固定在卡盤11上，為此，現(xiàn)有技術(shù)中通常壓爪的數(shù)量為24個(gè)，使得壓爪121在壓環(huán)12周向上的比例為50%，但是，在這種情況下，不僅會(huì)造成銅籽晶層在晶片S上的覆蓋率低，從而影響后續(xù)的電鍍工藝；而且會(huì)造成晶片S的背壓最高值為2Torr,這會(huì)使得晶片S的冷卻效率不高，因此為避免晶片S在工藝過(guò)程中溫度較高，往往使直流電源的輸出功率較低，但這又會(huì)造成工藝時(shí)間長(zhǎng)，例如，為實(shí)現(xiàn)沉積I μ m厚度的銅籽晶層薄膜，激勵(lì)電源的輸出功率為3kW，工藝時(shí)間為220s，從而造成生產(chǎn)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一，提出了一種物理氣相沉積方法，其不僅可以提高薄膜在晶片上的覆蓋率，從而可以保證后續(xù)工藝；而且還可以盡可能地提高晶片背壓，可以提高對(duì)晶片的冷卻效果，因而可以提高激勵(lì)電源的輸出功率，從而可以降低工藝時(shí)間和提高工藝效率。
[0007]為解決上述問(wèn)題之一，本發(fā)明提供了一種物理氣相沉積方法，用于在物理氣相沉積設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片完成沉積工藝，所述物理氣相沉積設(shè)備內(nèi)設(shè)置有用于承載晶片的卡盤和壓環(huán)，所述物理氣相沉積方法包括以下步驟:步驟SI，使所述壓環(huán)疊置在所述晶片上表面的邊緣區(qū)域，以使所述晶片被固定在所述卡盤和所述壓環(huán)之間，對(duì)所述晶片沉積第一厚度的薄膜；步驟S2，使所述壓環(huán)未疊置在所述基片上表面的邊緣區(qū)域，繼續(xù)對(duì)所述晶片沉積第二厚度的薄膜，以實(shí)現(xiàn)在晶片的邊緣區(qū)域鍍膜。
[0008]其中，在所述步驟S2中，將承載有所述晶片的卡盤下降和/或所述壓環(huán)上升，以使所述壓環(huán)和所述晶片存在預(yù)設(shè)垂直間距。
[0009]其中，所述壓環(huán)的靠近其環(huán)孔的環(huán)形區(qū)域疊置在所述晶片的邊緣區(qū)域，用以實(shí)現(xiàn)將晶片固定在所述卡盤的上表面上。
[0010]其中，在所述壓環(huán)的內(nèi)周壁上且沿其周向間隔設(shè)置有多個(gè)壓爪，每個(gè)所述壓爪的下表面疊置在所述晶片邊緣區(qū)域的上表面上，用以實(shí)現(xiàn)將晶片固定在所述卡盤的上表面上。
[0011]其中，多個(gè)所述壓爪占所述壓環(huán)周向上的周長(zhǎng)比例大于50%。
[0012]其中，所述第一厚度和第二厚度比例的范圍在5:1?10:1。
[0013]其中，所述預(yù)設(shè)垂直間距的范圍在5?30mm。
[0014]其中，在所述步驟SI中，向所述晶片的背面吹熱交換氣體，并且在所述步驟S2中，停止向所述晶片的背面吹熱交換氣體。
[0015]其中，所述物理氣相沉積設(shè)備還包括靶材，所述靶材和激勵(lì)電源電連接，在所述步驟SI和/或步驟S2中，所述激勵(lì)電源的輸出功率的范圍在6?10kW。
[0016]其中，在所述晶片上沉積I P m厚度的金屬銅薄膜的工藝參數(shù)為:在所述步驟SI和步驟S2中所述直流電源的輸出功率為6kW ;所述步驟SI的工藝時(shí)間為100s，所述步驟S2的工藝時(shí)間為10s。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明提供的物理氣相沉積方法，在其步驟SI中，使壓環(huán)疊置在晶片上表面的邊緣區(qū)域，以使晶片固定在卡盤和壓環(huán)之間，對(duì)晶片沉積第一薄膜，以及在步驟S2中，使壓環(huán)未疊置在基片上表面的邊緣區(qū)域，繼續(xù)對(duì)晶片沉積第二薄膜，由于壓環(huán)未疊置在基片上表面的邊緣區(qū)域，此時(shí)在沉積第二薄膜時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在晶片的邊緣區(qū)域鍍膜，這與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，借助步驟S2可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片的邊緣區(qū)域全周鍍膜，因而不僅可以提高薄膜在晶片上的覆蓋率，從而可以保證后續(xù)電鍍工藝；而且還可以在步驟SI中不需要考慮壓環(huán)覆蓋晶片邊緣區(qū)域比例的問(wèn)題，因此可以盡可能地提高晶片背壓，在這種情況下，可以提高對(duì)晶片的冷卻效果，因而可以提高激勵(lì)電源的輸出功率，從而可以降低
[0019]工藝時(shí)間和提高工藝效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為PVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0021]圖2為圖1中所示卡環(huán)的俯視圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的物理氣相沉積方法的流程圖；以及
[0023]圖4為應(yīng)用本實(shí)施例提供的物理氣相沉積方法的物理氣相沉積設(shè)備中卡環(huán)的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的物理氣相沉積方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的物理氣相沉積方法的流程圖。圖4為應(yīng)用本實(shí)施例提供的物理氣相沉積方法的物理氣相沉積設(shè)備中卡環(huán)的俯視圖。請(qǐng)一并參閱圖3和圖4，本實(shí)施例提供的物理氣相沉積方法，用于在物理氣相沉積設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片完成沉積工藝，物理氣相沉積設(shè)備內(nèi)設(shè)置有用于承載晶片的卡盤和壓環(huán)20，壓環(huán)20為采用具有一定重量的金屬壓環(huán)。
[0026]該物理氣相沉積方法包括以下步驟:
[0027]步驟SI，使壓環(huán)20疊置在晶片上表面的邊緣區(qū)域，以使晶片被固定在卡盤和壓環(huán)20之間，對(duì)該晶片沉積第一厚度的薄膜。
[0028]步驟S2，使壓環(huán)20疊置在晶片上表面的邊緣區(qū)域，繼續(xù)對(duì)晶片沉積第二厚度的薄膜，以實(shí)現(xiàn)在晶片的邊緣區(qū)域鍍膜。
[0029]在本實(shí)施例中，具體地，在上述步驟S2中，將承載有晶片的卡盤下降和/或壓環(huán)20上升，以使壓環(huán)20和晶片存在預(yù)設(shè)垂直間距，此時(shí)繼續(xù)對(duì)晶片沉積第二厚度的鍍膜，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由預(yù)設(shè)垂直間距形成的間隙對(duì)晶片的邊緣區(qū)域鍍膜，這與現(xiàn)有技術(shù)相比，借助步驟S2可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片的邊緣區(qū)域全周鍍膜，因而不僅可以提高薄膜在晶片上的覆蓋率，從而可以保證后續(xù)電鍍工藝；而且還可以在步驟SI中不需要考慮壓環(huán)覆蓋晶片邊緣區(qū)域比例的問(wèn)題，因此可以盡可能地提高晶片背壓，在這種情況下，可以提高對(duì)晶片的冷卻效果，因而可以提高直流電源的輸出功率，從而可以降低工藝時(shí)間和提高工藝效率。
[0030]優(yōu)選地，預(yù)設(shè)垂直間距的范圍為5?30mm，這不僅能夠使得形成所要沉積薄膜的粒子能夠經(jīng)由該預(yù)設(shè)垂直間距形成的間隙沉積在晶片的邊緣區(qū)域，而且可以避免產(chǎn)生其他負(fù)面影響，例如，對(duì)其他部件產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)限制等影響。
[0031]在本實(shí)施例中的步驟SI中，晶片固定在壓環(huán)20和卡盤之間，在這種情況下，在步驟SI中還包括向晶片背面吹熱交換氣體(例如，氬氣)，以對(duì)晶片實(shí)現(xiàn)熱交換，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)