制造三維集成電路的方法、裝置和系統的制作方法

專利名稱：制造三維集成電路的方法、裝置和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及形成該金屬化以對從半導體晶片的前面到背面穿過該 半導體晶片的金屬化連線。該金屬化用于在三維集成電路中使用的 上級半導體晶片。
下面，本發明的實施方式的操作主要是以對在堆棧晶片 三維集成電路中使用的半導體晶片的處理為背景討論的。更準確地 說，本發明的實施方式的操作是以對三維硅集成電路的硅晶片的處 理為背景討論的。然而，應當理解，本發明的實施方式可以被用于 其它的半導體器件及其它半導體晶片。
在下面對附圖的描述中，使用同樣的參考標號代表所有 附圖共有的大體上相同的元件或步驟。
現在參考

圖1、圖1A和圖1B,其中顯示了^^皮配置為處理 晶片24以用于三維集成電路制造的系統20的橫截面側視圖。系統20 包4舌工藝室30、晶片夾具35和真空泵40。
工藝室30大體上可以是通常用于處理半導體晶片以進行 集成電路金屬化的任何類型的工藝室。工藝室30的合適的類型的工 藝室的實施例是化學氣相沉積室、低k化學氣相沉積室、大氣壓化 學氣相沉積室、原子層沉積室、等離子體增強化學氣相沉積室、無 電-沉積室和電學沉4只室。
換句話i兌，工藝室3(H皮配置為完成用于三維集成電^各的 晶片的金屬化所必須的工藝。 一些可以使用工藝室30完成的工藝的 實施例是電介質材料，比如二氧化硅、氮化硅、碳化硅和低k電介 質的沉積；金屬阻障層，比如鉭、氮化鉭和氮化鎢的沉積；金屬比 如銅的沉積；表面處理比如表面清潔和4吏表面金屬富集。
晶片24被配置為用于三維集成電路。典型的三維集成電 路包括兩個或多個具有集成電路的半導體芯片或兩個或多個具有 集成電路的半導體晶片堆疊在一起而且在三維上電性互連，也就是 說，在該半導體芯片或半導體晶片之內集成且在該半導體芯片或半 導體晶片之間集成。該芯片之間或該晶片之間的互連是通過從一個 或多個該芯片或一個或多個該半導體晶片的背面到前面的透孔實 現的。晶片24具有至少一個透孔27，以進4于金屬化互連。；陂用來進 行集成電路的實際處理的晶片可能有大量透孔。然而，為了描繪的 更加清楚，在圖l、圖1A和圖1B中只顯示了一個透孔。
作為本發明的 一 些實施方式的 一 個選項，晶片24包含半 導體晶片，比如硅晶片。作為替代，本發明的其它實施方式被安排 為處理除了標準半導體晶片以外的晶片。本發明的實施方式的晶片 或其它基板的實施例包括但不限于，普通晶片、加薄的晶片、部分 晶片、加薄的部分晶片、玻璃基板、氧化鋁基板、在絕緣體基板上造集成電路的基板。
晶片夾具35被配置為在工藝室30中在晶片24處理過程中 固定晶片24。晶片夾具35包含埃大體上剛性的本體，其被配置以提 供實在的平面36，以接觸半導體晶片24的背面。晶片夾具35具有流 體流動溝道38,其與平面36流體連接。晶片夾具35與真空泵40連接， 以在平面36上產生減小的壓力；該減小的壓力是由真空泵40通過流 體流動溝道38產生的。施加在平面36的減小的壓力在半導體晶片24 的正面和背面產生壓力差。該壓力差使得在工藝室30中提供的工藝 液體的至少 一部分通過透孔27乂人晶片24的正面吸收到背面，然后通 過流體流動溝道38流到真空泵40上。圖l所示的晶片夾具35具有不 止一種可能的設計；晶片夾具35的其它的結構也是可能的，該結構 可以4吏得流體從表面36流向真空泵40更加容易。
晶片夾具35包含與集成電路制造工藝兼容的材料。優選 地，晶片夾具35是由在工藝室中使用的其它類型的半導體晶片夾具 的材料制成的。用于制造晶片夾具35的合適材料的實施例是鋁、陽 才及4匕鋁、不4秀鋼、塑碎+和陶瓷比如石凡土和氮〗匕鋁。而且晶片夾具35 可包含比如聚酰胺及與工藝室30中進行的半導體工藝兼容的其它 聚合物等材料。
真空泵40被配置為相對于工藝室30中的工藝壓力較小的 壓力。可以用作真空泵40的真空泵類型的實施例是機械泵、擴散泵、 增壓渦輪-分子泵、低溫泵及能夠產生壓力差的其它類型的泵。優選 地，真空泵40是選定的以使其與工藝室30中發生的工藝相兼容。可 選地，真空泵40可包含用于為該工藝室制造減小的壓力條件的真空 系統。由真空泵40產生的減小的壓力必須纟皮控制，以4吏其相對于工 藝室內的壓力足夠4氐，以增強流體通過透孔27從該晶片的正面到背 面的流動。
流體通過透孔27乂人該晶片的正面到背面的增強的流動<吏 得透孔27的側壁能夠:帔更有效地處理。尤其是，通過連4妾在一起的 晶片夾具35和真空泵40產生的壓力差，工藝流體進出透孔27的流動 可以一皮增強。通過使更多的工藝氣體暴露于透孔27的壁，增強的流 體流動改善了在透孔27中4丸行的工藝的效果。相比于通常在同樣尺 寸的盲孔中執行的類似工藝所可能達到的，甚至是在沒有提供該透 孔的增強的真實流動的晶片夾具上的透孔中#1行的類似工藝所可 能達到的，發生在透孔27中的通過透孔的流體的流動可以實現更好
如上所示，用于工藝室30的工藝流體可包含一種或多種 活性氣體或氣體混合物，比如用于沉積電介質的活性氣體、用于沉 積導電的阻障層的活性氣體、用于沉積金屬的活性氣體、用于表面 清潔的活性氣體和用于表面處理的活性氣體。對本發明的一些實施方式，該工藝流體包^"維持在亞大氣壓下的氣體，以處理晶片24。作為一個選項，在工藝室30中使用的工藝流體可包括氣體，該氣體 維持在一定壓力下，以在小于1托的壓力下真空處理半導體晶片24。 或者，該工藝氣體可以,皮維持在大氣壓下或高于大氣壓的壓力下， 以處理晶片24。在工藝室3(H吏用的工藝流體可包含一種或多種液體 或液體混合物，比如那些用于通過無電沉積或電化學鍍沉積金屬的 液體或液體混合物。作為一個選項，該工藝流體可包含一種或多種 用于清潔半導體晶片24的液體。
本發明的那些包括^皮配置為 <吏用 一種或多種活性氣體的 工藝室30的實施方式，可進一步包含電4及42,其余晶片夾具35并在 一起，如圖1A所示。包括電才及42,以^f更施加于電才及42的靜電電荷產 生靜電力，該靜電力足以將晶片24靜電夾持在晶片夾具35上適當的 位置。在半導體晶片處理中，經常對晶片使用靜電夾持。圖1A所示 的電極42的結構具有不止一個實施例。還可以使用其它在晶片夾具 35的詳細i殳計中可能更適用的結構。
作為本發明的實施方式的另一個選項，晶片夾具35可進 一步包含機械夾具44，如圖1B所示。機械夾具44被配置為將晶片24 物理夾持在晶片夾具35的恰當位置。在半導體晶片處理中經常對晶 片^吏用才幾械夾持。圖1B中所示的夾具44的結構具有不止一個實施 例；還可以-使用其它在晶片夾具35的詳細i殳計中更加適用的結構。
現在參考圖2,其中顯示了依照本發明的一個實施方式的 系統20的橫截面的側視圖，其被配置為對用來制造三維集成電路的 半導體晶片25進行處理。系統20包括工藝室30、晶片夾具35和真空 泵40。
工藝室30大體上可以是通常用于處理半導體晶片以進行 集成電路金屬化的任何類型的工藝室。工藝室30的合適的類型的工藝室的實施例是化學氣相沉積室、低k化學氣相沉積室、大氣壓化 學氣相沉積室、原子層沉積室、等離子體增強化學氣相沉積室、無 電沉積室和電化學沉積室。
4灸句話4兌，工藝室3(H皮配置為完成用于三維集成電^各的 晶片的金屬化所必須的工藝。 一些可以-使用工藝室30完成的工藝的 實施例是電介質材料，比如二氧化硅,氮化硅、碳化硅和低k電介 質的沉積；金屬阻障層，比如鉭、氮化鉭和氮化鎢的沉積；金屬比 如銅的沉積；表面處理比如表面清潔和使表面金屬富集。
晶片25被配置為用于三維集成電路。該三維集成電路包 括堆疊并粘合在一起的兩個或多個具有集成電路的半導體芯片或 兩個或多個具有集成電路半導體晶片。該集成電路在三維上電性互 連。芯片之間或晶片之間的互連是通過從 一 個或多個芯片或 一 個或 多個半導體晶片的背面到正面的透孔完成的。晶片25具有用于金屬 4匕互連的至少一個i里頭透孑L ( counterbore through hole ) 28。 i里頭透 孑L28是木亍準的i里頭^L，其中該3L的一端具有一直徑，而該^L的另一 端具有一較大直徑。晶片25被配置，以使其具有埋頭孔28,其在晶 片的正面(也就是集成電路形成的那一面)具有小直徑，而在晶片 的背面具有埋頭孔28的大直徑端。
所示的晶片25的埋頭孔的結構可以進一 步增強埋頭孔28 的小直徑部分的流體流動。可以實現增強的流體流動，同時保持透 孔金屬化互連所需的縱橫比。更準確地說，對于本發明的一些實施 方式，埋頭孔28可以對埋頭孔28的小直徑部分4是供改進的處理條 件。埋頭孔28的大直徑端位于晶片的背面；背面的較大的孔在晶片 的背面提供了更好的流體流動。通過在晶片的背面設置大直徑孔， 該專交大直徑的孔還可以容易地4皮去除，乂人而不會存在于最終的三維 集成電路中。當該晶片被部分去除以加薄該晶片時，該較大直徑的 孔被去除。該加薄的晶片被用于三維集成電路中。
圖2A進一步描繪了晶片25,其中顯示了依照本發明的一 個優選實施方式的晶片25的正面的俯視圖。圖2A顯示了晶片25,其 具有多個埋頭孔28。更準確地i兌，晶片25具有多個小直徑孔28A， 該多個小直徑孔28A與多個較大直徑孔28B線性連接以形成多個埋 頭孔28。圖2A用虛線顯示了大直徑孔28B;大直徑孔28B在晶片的 背面，在俯視圖中被隱藏。依照晶片25的一些結構，小直徑孔28A 可具有亞孩i米直徑。優選地，大直徑的孔28B的直徑足夠大，以4是 供通過小直徑孔28A的增強的流體流動。
作為本發明的一些實施方式的一個選項，該晶片的透孔 可以具有超過兩個直徑，以形成具有超過一個肩部的埋頭孔。任對 本發明的一些實施方式，可以使用任何實際數量的孔的直徑。圖2B 顯示了具有修改版埋頭透孔29B的晶片25B的橫截面側視圖。修改版 埋頭透孔29B沿著孔的長度在不同的區域具有三個直徑，這樣-修改 版埋頭孔就具有兩個肩部，該兩個肩部是由于孔的直徑的階梯變化 而形成的，而不是^f象標準i里頭孔那才羊具有一個肩部。作為本發明的 實施方式的另一個選項，透孔也可以具有錐形側壁，從而對于該孔 的長度的至少一部分形成圓錐形，其較大開口在該晶片或其它基板 的背面。更準確地-說，本發明的實施方式具有穿透該晶片或其它基 板的反向下沉孑L ( countersink hole )。圖2C顯示了具有反向下沉透孔 29C的晶片25C的橫截面側視圖。在本發明的其它實施方式中，透 孔具有其它的可用的形狀，例如彎曲的側壁。作為一個選項，半王求狀埋頭透孔具有與圓柱孔部分連接的半球孔部分，從而組合成所用 的通孔。圖2D顯示了晶片25D的橫截面側視圖，其具有適用于本發 明的 一些實施方式的半J求狀埋頭透孑L29D。
如圖2所示，晶片夾具35被配置為在工藝室30中對晶片25 進行處理的過程中固定晶片25。晶片夾具35包含大體上剛性的本 體，其包才舌實在的多孔材泮+45。多孑L材料45一皮配置，以允許流體流過。晶片夾具35被配置，以便多孔材料45提供大體的平面36,以解 除半導體晶片25的背面。晶片夾具35具有流體流動溝道38,其與多 孔材料45流體連通，從而與平面36流體連通。晶片夾具35與真空泵 40連接，在平面36上產生減小的壓力。該減小的壓力是由真空泵40 通過流體流動溝道38產生的。應用到平面36上的減小的壓力在半導 體晶片25的正面和背面產生壓力差。壓力差導致工藝室30中提供的 工藝流體的至少 一部分通過埋頭孔28^皮從晶片25的正面吸收到晶 片25的背面，然后通過多3L才才泮牛45禾口;;克體流動溝道38;危到真空泵40 上。圖2所示的晶片夾具具有不止一個可能的設計；晶片夾具35的 其它能夠提供替代的流體流動特性的結構也是可能的。
晶片夾具35包含與集成電路制造工藝兼容的材料。優選 地，晶片夾具35是由在工藝室中使用的其它類型的半導體晶片夾具 的材料制成的。用于制造晶片夾具35的合適材料的實施例是鋁、陽 才及^匕鋁、不《秀鋼和陶資比如石凡土和氮4匕鋁。而且晶片夾具35可包含 比如聚酰胺及與工藝室30中進行的半導體工藝兼容的其它聚合物 等材料。
真空泵40被配置為相對于工藝室30中的工藝壓力較小的 壓力。可以用作真空泵40的真空泵類型的實施例是機械泵、擴散泵、 增壓渦輪-分子泵、低溫泵及能夠產生壓力差的其它類型的泵。優選 地，真空泵40是選定的以使其與工藝室30中發生的工藝相兼容。可 選地，真空泵40可包含用于為該工藝室制造減小的壓力條件的真空 系統。由真空泵40產生的減小的壓力必須^皮4空制，以-使其相乂于于工 藝室內的壓力足夠4氐，以增強流體通過透孔28乂人該晶片的正面到背 面的流動。
現在參考圖3，其中顯示了依照本發明的一個實施方式的 系統20的4黃截面的側—見圖，其一皮配置為^j"用來制造三維集成電^各的半導體晶片25進行處理。系統20包括工藝室30、晶片夾具35和真空 泵40。
工藝室30大體上可以是通常用于處理半導體晶片以進4亍 集成電路金屬化的任何類型的工藝室。工藝室30的合適的類型的工 藝室的實施例是化學氣相沉積室、低k化學氣相沉積室、大氣壓化 學氣相沉積室、原子層沉積室、等離子體增強化學氣相沉積室、無 電沉積室和電^fb學沉積室。
換句話說，工藝室30被配置為完成用于三維集成電路的 晶片的金屬化所必須的工藝。 一 些可以4吏用工藝室3 0完成的工藝的 實施例是電介質材料，比如二氧化硅、氮化硅、碳化硅和低k電介 質的沉積；金屬阻障層，比如鉭、氮化鉭和氮化鎢的沉積；金屬比 如銅的沉積；表面處理比如表面清潔和使表面金屬富集。
晶片25,皮配置為用于三維集成電^各。該三維集成電^各包 括堆疊并粘合在一起，且在三維上電性互連的兩個或多個具有集成 電路的半導體芯片或兩個或多個具有集成電路半導體晶片。芯片之 間或晶片之間的互連是通過/人一個或多個芯片或一個或多個半導 體晶片的背面到正面的透孔來完成的。晶片25具有用于金屬化互連 的至少一個埋頭透孔28。埋頭透孔28是標準的埋頭孔，其中該孔的 一端具有一直徑，而該孔的另一端具有一4交大直徑。晶片25^皮配置， 以4吏其具有埋頭透孔28，其在晶片的正面(也就是集成電路形成的 那一面)具有小直徑，而在晶片的背面具有i里頭透孔28的大直徑端。
圖3中的晶片25的埋頭孔結構可進一 步增強埋頭透孔28的小直徑部分的流體流動，同時保持透孔的金屬化互連所需的縱橫 比。更準確地r說，對于本發明的一些實施方式，埋頭透孔28可以對 埋頭透孔28的小直徑部分提供改進的處理條件。該埋頭透孔28的較 大直徑部分被放置于晶片的背面；在背面具有較大直徑部分的晶片提供了改進的流體流動。如上所述，通過將較大直徑部分放置在晶 片的背面，該較大直徑部分還可以被從最終的三維集成電路中容易 地去除。用來集成電^各實際處理的晶片可能有大量的透孔。然而， 為了描繪的更加清楚，圖3中僅僅顯示了一個透孔。
作為本發明的一些實施方式的一個選項，該埋頭孔結構沒有纟皮完全去除。尤其是，埋頭透孔28的較大直徑部分的一部分^皮 用金屬大體上填充，并合并為最終金屬化的一部分。埋頭透孔28的 較大直徑部分，用金屬填充后，為透孔金屬化提供了制造電接觸點 的較大的目標區域。該較大的區域使得與在三維集成電^各的堆棧中 的相鄰晶片的電接觸點可以具有較大的誤差限度。為了提高三維集 成電路的器件產量并提高其可靠性，期望具有增大的誤差限度。
晶片夾具35一皮配置為在工藝室30中處理晶片25的過程中 固定晶片25。晶片夾具35包含大體上剛性的結構，以提供實在的平 面，以與半導體晶片25的背面"t妄觸。晶片夾具35具有流體流動溝道 38,與平面36流體連通。晶片夾具35具有與平面36相鄰的空腔46。 晶片夾具35包括至少一個設置于空腔46中的結構48。結構48從空腔 46的底部延伸以形成平面36。流體流動溝道38通過空腔46與平面36 流體連通。晶片夾具35還包括表面50,以與晶片25的背面的圓周接 觸。表面50還限定了平面36。優選地，表面50被配置為大體上密封 晶片25的背面的圓周，以減少繞開透孔28流到真空泵40的流體的 量。
晶片夾具35與真空泵40連接，以便在平面36上產生減小 的壓力；該減小的壓力是由真空泵通過流體流動溝道38產生的。應 用到平面36上的減小的壓力在半導體晶片25的正面和背面產生壓 力差。壓力差導致工藝室30中提供的工藝流體的至少 一部分通過透 孔28被從晶片25的正面吸收到晶片25的背面，然后通過流體流動溝 道38流到真空泵40上。圖3中所示的晶片夾具35具有不止一種可能的設計；晶片夾具35的其它能夠使流體更容易地從平面36流動到真 空泵40的結構也是可能的。
晶片夾具35包含與集成電路制造工藝兼容的材料。優選 地，晶片夾具35是由在工藝室中使用的其它類型的半導體晶片夾具 的材料制成的。用于制造晶片夾具35的合適材料的實施例是鋁、陽 杉W匕鋁、不《秀鋼和陶梵比如石凡土和氮4匕鋁。而且晶片夾具35可包含 比如聚酰胺及與工藝室30中進行的半導體工藝兼容的其它聚合物 等材料。
真空泵40一皮配置為相對于工藝室30中的工藝壓力4交小的 壓力。可以用作真空泵40的真空泵類型的實施例是機械泵、擴散泵、 增壓渦輪-分子泵、低溫泵及能夠產生壓力差的其它類型的泵。優選 地，真空泵40是選定的以使其與工藝室30中發生的工藝相兼容。可 選地，真空泵40可包含用于為該工藝室制造減小的壓力條件的真空 系統。由真空泵40產生的減小的壓力必須,皮控制，以4吏其相對于工 藝室內的壓力足夠4氐，以增強流體通過透孔28乂人該晶片的正面到背 面的力乾動。
如上所示，用于工藝室30的工藝流體可包含一種或多種 活性氣體或氣體混合物，比如用于沉積電介質的活性氣體、用于沉 積導電的阻障層的活性氣體、用于沉積金屬的活性氣體、用于表面 清潔的活性氣體和用于表面處理的活性氣體。對本發明的一些實施 方式，該工藝流體包括維持在亞大氣壓下的氣體，以處理晶片25。 作為一個選項，在工藝室30中使用的工藝流體可包括氣體，該氣體 維持在一定壓力下，以在小于1托的壓力下真空處理半導體晶片25。 或者，該工藝氣體可以被維持在大氣壓下或高于大氣壓的壓力下， 以處理晶片25 。在工藝室30中使用的工藝流體可包含一種或多種液 體或液體混合物，比如那些用于通過無電沉積或電4匕學鍍'沉積金屬的液體或液體混合物。作為一個選項，該工藝流體可包含一種或多種用于清潔半導體晶片25的液體。
現在參考圖4，其中顯示了大體上與圖3中所示的實施方 式相同的系統20的橫截面的側視圖，現在參考圖4A，其中顯示了與 圖3所示的實施方式大體上相同的晶片夾具35的俯視圖。圖4和圖4A 中顯示的實施方式4吏用了刀《爭(knife-edge)結構，來^^,圖3中顯 示的實施方式中的結構48。系統20的側-見圖和俯浮見圖80顯示了晶片 夾具35、流體流動管道38、空腔46、表面50和刀鋒結構52。應當理 解，圖4所示的刀考奪結構52的i殳置具有不止一種可能性；可以4吏用 刀鋒結構52的其它設置。優選地，刀鋒結構52的設置被設計為對晶 片提供支撐，同時使得對流體通過晶片中的孔的流動的阻塞最小。
晶片處理的標準才支術可以^f吏用每個晶片制造多個集成電 路器件。晶片上包含集成電路器件的區域被分塊并切割成芯片。依 照本發明的一個實施方式，設計了刀鋒，以使得它僅僅接觸該晶片 的背面，在晶片的背面沒有孔。依照一種結構，這可以通過設置刀 鋒以使其在用作芯片的區域之間的地方與晶片的背面接觸。
現在參考圖5，其中顯示了系統60的橫截面側視圖，現在 參考圖5A，其中顯示了系統60中包括的晶片夾具62的俯視圖。對于 圖5和圖5A中所示的實施方式，晶片夾具62包括抽水板(pumping plate) 64,以代^#圖3所示的實施方式中的結構48來支撐基板。系 統60的側視圖和晶片夾具62的俯視圖顯示，晶片夾具62具有空腔46 和流體流動管道38 。圖5還顯示了要在系統60中處理的晶片66的橫 截面側視圖。所示晶片66具有集成電路器件68和埋頭透孔70的位 置。抽水板64也被配置為具有表面50，以接觸并大體上密封晶片66 的背面的圓周，大體上像圖3中所述的一樣。
抽水板64是大體上剛性的結構，例如這樣一種板，其包
含材料，例如但不限于鋁、陽極化鋁、不銹鋼、陶瓷、氧化鋁、氮
化鋁、碳化硅和氮化硅。抽水板64在與晶片上集成電路器件的區域的位置相應的位置上具有一個或多個孔，這樣抽水板64大體上不會妨礙氣體透過晶片中的孔70的流動。作為一個選項，抽水板64可包含這樣的結構，比如柵欄(grill )、格柵(grating)或框架，這些結構具有實心部分和設置的孔或開口部分，這樣通過與實心部分的4妾觸來為晶片66才是供支撐。該開口部分的位置一皮調整以大體上不會妨礙氣體氣流穿過晶片66。 一^殳來i兌，抽水一反64具有至少一個孔，該孔的位置被調整暴露晶片66的一個區域，以制造集成電路器件68。更優選地，抽水板64具有對于要從晶片66上制造的每一個個集成電路器件68 (芯片)都有一個孔。應當理解，抽水板64的設置具有不止一種可能性，還可以^吏用才由7jc才反64的其它i殳置。作為一個選項，抽水板64可以是晶片夾具62的大體上固定的部分。或者，抽水板64可以是晶片夾具62的可拆卸部分，這樣通過提供具有與晶片的孔的結構兼容的抽水板64,對于具有不同尺寸的芯片，在系統60中可互換地使用抽水板64的不同的結構。更準確地-說，對于一個優選實施方式，4由水板64可移除地耦合與晶片夾具62,以便于替換抽水板64。為了描繪使用可拆卸的抽水板64的結構，圖5B顯示了晶片66和晶片夾具60的分解的橫截面的側視圖。本發明另一個方面是大體上如上所述的晶片夾具。依照一個實施方式，該晶片夾具被配置為在工藝室中支撐半導體晶片，以進行三維集成電路的制造工藝。晶片具有多個從該的背面到該晶片的正面的埋頭透孔。該晶片夾具包含大體上剛性的本體，其配置為提供與半導體晶片的背面接觸的實在的平面。該晶片夾具具有與該平面流體連通的流體流動溝道。該晶片夾具^皮配置為與真空泵連接以對該流體流動溝道應用真空環境，從而在半導體晶片的正面和背面之間產生壓力差。該晶片夾具^^皮配置為將該晶片靜電夾持于該晶片夾具。該大體上剛性的本體具有空腔和在該空腔中的至少 一個結構。該至少一個結構乂人該空力空的底部延伸以形成該平面。該至少一個結構具有刀《奪，以4妻觸該晶片的背面，從而使通過晶片的氣體流動的阻力最小。該晶片夾具具有表面，以在該晶片的背面圓周形成密封。本發明的另一個方面包含制造三維集成電^各的方法。更特別地，該方法有關于 一 個或多個芯片或 一 個或多個晶片的制造，該 一 個或多個芯片或 一 個或多個晶片堆疊起來以形成三維集成電^各。現在參考圖6，描述該方法的一個實施方式，其中顯示了依照本發明的一個實施方式的工藝流程IIO。工藝流程IIO包括步駛《120、步-驟130、步驟140和步驟150。工藝流程110提供具有多個透孔的半導體晶片，步驟120。該透孔提供了將該芯片或晶片中的 一 個與下面的芯片或晶片相連的金屬化連線的路徑。制造改進的集成電路通常要求用來使芯片或晶片互連的透孔具有小直徑。如上所述， 一些器件要求直徑小于l微米的透孔。 一些透孔的長度在幾微米到20或更多樣t米范圍內。其后果是，相對于制造二維集成電路的標準技術，處理透孔的縱橫比是極高的。 一些三維集成電路可能需要更高的縱橫比，其需要使用工藝流程110的更加優選的實施方式進行處理。在該更加優選的實施方式中，晶片中的多個透孔包含埋頭透孔。該晶片,皮配置，以<吏其具有埋頭孔，其在晶片的正面(也就是集成電路形成的那一面)具有小直徑，而在晶片的背面具有埋頭孔的大直徑端。該晶片的埋頭孔結構可進一步增強埋頭透孔的小直徑部分的流體流動。增強流體流動，同時保持透孔的金屬化互連所需的縱橫比。更準確地-說，該埋頭孔可以為該埋頭孔的小直徑部分提供更好的處理條件。該埋頭孔的大直徑端^皮置于該晶片的背面；背面的壽交大的孔使得流體在該晶片的背面更好的流動。通過在晶片的背面i殳置大直徑孔，該4交大直徑的孔還可以容易:l也被乂人最終的三維集成電^各中去除。當該晶片一皮部分去除以加薄該晶片時，該4交大直徑的孔^皮去除。該加薄的晶片#皮用于三維集成電^各中。工藝流程110支使用設置在工藝室中的晶片夾具支撐該
晶片，步驟130。當該晶片一皮支撐在該晶片夾具上時，工藝流程IIO
在該晶片的正面和該晶片的背面之間產生壓力差，從而該壓力差使
得流體通過該透孔流動，步驟140。 4吏用該晶片夾具，減小的壓力
被應用于該晶片的背面。該減小的壓力是由與該晶片夾具相連的真空泵產生的。優選地，應用于該晶片的背面的該減小的壓力是大體上一致的，以1^更通過該透孔的流體的流動是大體上一致的。作為進一步改善應用于該晶片的背面的該減小的壓力的 一 個選項，工藝流
程110可進一步包括在該晶片夾具和該晶片的背面圓周之間形成密
封。密封的形成可以減少氣體通過晶片邊緣泄漏的量，并增強氣體在該工藝室中為制造集成電^各的至少一個工藝創建工藝條件，步驟150。換句話i兌，在該工藝條件下，迫4吏工藝流體通過該透孔。流體通過該透3L的流動僅:得該透孔的側壁^皮更加有效i也處理。換句話說，在創建的工藝條件下，相比與沒有通過孔的流體流動，工藝流體通過該透孔的流動可以更有效;也處理該透孔的側壁。盲孔或阻塞孔所具有的大量傳送特性比在本發明的實施方式中所發生的要差。如上所示，本發明的實施方式可悲用于半導體器件金屬化的各種工藝。其后果是，工藝流程110可包括使用多種工藝條件以在該透孔中進行金屬化。作為一個實施例，工藝流程110中使用的工藝條〈牛包4舌亞大氣壓(sub-atmospheric pressure )工藝條4牛，比如使用小于l托的壓力的真空工藝條件。可選地，該工藝條件可以是沉積或刻蝕工藝條件。對于工藝流程IIO，該沉積工藝條件的一些實施例是化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積和原子層沉積。作為另 一個選項，本發明的 一些實施方式可以包括物理氣相沉積的工藝條件。工藝流程110可使用上述的干法化學工藝條件，或者，該工藝條件可以是濕法化學工藝所用的濕法化學工藝條件。可以用作工藝流#呈110的 一部分的濕法4t學工藝的 一些實施例是完成無電電鍍的工藝條件以及完成電化學鍍的工藝條件。工藝流程110可進一步包括將該晶片固定在該晶片夾具的適當的位置的動作。作為本發明的一些實施方式的一個選項，工藝流程110使用靜電力以將該晶片靜電固定在該晶片夾具的適當的位置。該靜電力是由該晶片夾具產生的。使用靜電力將晶片固定在適當的位置是熟知的技術，其廣泛應用于處理二維集成電路。本發明的實施方式的另 一個選項包招"使用枳4成夾具以爿尋該晶片物理固定于該晶片夾具。在前述詳細說明中，參考具體的實施方式對本發明進行了描述。然而，本領域的普通才支術人員可以理解，在不悖離片又利要求所述的本發明的范圍的情況下，可以作出各種^f務改和改變。相應地，該詳細"i兌明和附圖意為i兌明性的而不是限制性的，而且所有的這些修改都被認為是包括在本發明的范圍內。
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上面參靠具體實施方式
描述了利益、優點和問題的解決
方案。然而，該利益、優點、問題的解決方案，以及可能導致任何利益、優點或問題的解決方案的任何元件的出現或變成再次宣告都不被認為是任何或全部權利要求的關鍵的、要求的或必需的特征或元件。此處所用的術語"包含"、"包括"、"具有"、"至少一個"或其任何其它的變形，都意在涵蓋非排除性的內涵。例如，包含一系列元件的工藝、方法、產品或裝置并不一定^f又僅限于那些元件，而是可以包括其它的沒有明顯列出或者隱含在這些工藝、方法、產品或裝置中的元件。而且，除非明確表示相反意見，"或"指的是包含性的"或"而非4非除性的"或"。例如，條件A或B可通過下述任何一個滿足A為真(或存在)且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)且B為真(或存在)和A和B兩者都為真(或存在)。而且，除非明確表示相反意見，"至少一個"應當纟皮解讀為"一個或多個"。如，包含一系列元件中的一個或多個的工藝、方法、產品、或裝置，且如果該元件中的一個或多個包含一個子目錄的子元4牛，那么該子元4牛也和該元件^皮i人為是同才羊的方式。例如，A和B的至少一個可以通過下述任何一個滿足A為真(或存在)且B為々支(或不存在)，A為々1 (或不存在)且B為真(或存在)和A和B兩者都為真(或存在)。
權利要求
1.一種用于處理制造三維集成電路的晶片的系統，該系統包含被配置為在亞大氣壓下處理該晶片的工藝室；設置于該工藝室內的晶片夾具，該晶片夾具包含大體上剛性的本體，該本體被配置，以提供實在的平面，以與該半導體晶片的背面接觸；該晶片夾具具有與該平面流體連通的流體流動溝道；以及與該流體流動溝道連接的真空泵，被配置為在該半導體晶片的正面和背面之間產生壓力差。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具被配置為將該晶 片《爭電固定于該平面。
3. 才艮據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具進一步包含將該 晶片固定于該平面的夾具。
4. 根據權利要求1所述的系統，其中該大體上剛性的本體進一步 包含多孔材料以使該平面與該晶片的背面接觸。
5. 根據權利要求1所述的系統，其中該大體上剛性的本體具有空 月空和i殳置于該空月空中的至少一個結構，該至少一個結構延伸乂人 該空腔的底部延伸以 <更形成該平面。
6. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片具有至少一個孔，且 該大體上剛性的本體具有空腔和i殳置于該空腔中的至少一個 結構，該至少 一個結構延伸,人該空腔的底部延伸以 <更形成該平面，且該結構具有特定形狀以-使通過該晶片的氣體的流動的阻 力最小。
7. 根據權利要求1所述的系統，其中該大體上剛性的本體具有空 月空和《殳置于該空月空中的至少一個結構，該至少一個結構延伸乂人 該空腔的底部延伸以便形成該平面，且該至少 一個結構具有刀 考奪以*接觸該晶片。
8. 才艮據權利要求1所述的系統，其中該晶片具有至少一個透孔， 其被配置以使氣體從該晶片的正面傳送到該晶片的背面；該真空泵被配置為增強該氣體傳送。
9. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具包括表面，以在 該晶片的背面的圓周形成密封。
10. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具包括被配置為支撐該晶片的^由水^反且該^由7j^反具有至少一個孔，該至少一個孑L的位置被設定為暴露該晶片的 一個區域以制造集成電路器件。
11. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具包括被配置為支撐該晶片的^由水^反且該^由水^反具有至少一個孔，該至少一個孑L 的位置被設定為暴露該晶片的一個區域以制造集成電路器件， 且該4由水才反可移除i也摔禺合于該晶片夾具。
12. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具包括表面，以在 該晶片的背面的圓周形成密封；該大體上剛性的本體具有空腔 和-沒置于該空爿空內的至少一個結構；該至少一個結構,人該空月空 的底部延伸到該平面。
13. 根據權利要求1所述的系統，其中該晶片夾具包括表面，以在該晶片的背面的圓周形成密封；該大體上剛性的本體具有空腔 和i殳置于該空力空內的至少 一 個結構；該至少 一 個結構,人該空月空 的底部延伸到該平面；且該結構具有刀專爭以4妻觸該晶片。
14. 根據權利要求1所述的系統，其中該工藝室包含化學氣相沉積室， 〈氐壓化學氣相沉積室， 等離子體增強化學氣相沉積室，或原子層沉積室。
15. 根據權利要求1所述的系統，其中該工藝室包含等離子體工藝室。
16. —種制造三維集成電^各的方法，該方法包含提供具有多個透孔的晶片；使用設置于工藝室內的晶片夾具支撐該晶片；當該晶片被支撐于該晶片夾具上時，在該晶片的正面和 該晶片的背面之間產生壓力差，以 <更該壓力差4吏4f流體通過該 透孑L流動；在該工藝室中為制造集成電路的至少一個工藝創建工藝 條件。
17. 4艮據權利要求16所述的方法，其中該透孔是通過該晶片的埋 頭孔，且該i里頭孔在該晶片的背面。
18. 根據權利要求16所述的方法，其中使用該晶片夾具支撐該晶 片包括將該晶片靜電固定于該晶片夾具。
19. 根據權利要求16所述的方法，其中使用晶片夾具支撐該晶片將該晶片機械夾持于該晶片夾具。
20. 4艮據4又利要求16所述的方法，其中生成該壓力差^f吏用該晶片 夾具以在該晶片的背面產生減小的壓力。
21. 根據權利要求16所述的方法，其中生成該壓力差包括在該晶 片的背面圓周形成密封以及使用該晶片夾具以在該晶片的背 面產生減小的壓力。
22. 根據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括亞大氣壓工藝條件。
23. 才艮據;k利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括濕法化學工藝條件或干法化學工藝條件。
24. 4艮據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括淀積工藝條件或刻蝕工藝條件。
25. 才艮據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括沉積電絕緣層的工藝條件。
26. 根據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括沉積導電層的工藝條件。
27. 4艮據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括完成下述各項的工藝條件化學氣相沉積，^f氐壓^l學氣相沉積，或原子層沉積。
28. 根據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括完成無電電鍍或電化學鍍的工藝條件。
29. 才艮據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包纟舌完成物理氣相沉積的工藝條件。
30. 根據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括沉積銅的工藝條件。
31. 4艮據4又利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括沉積鉭或氮化鉭的工藝條件。
32. 根據權利要求16所述的方法，其中在該工藝室中創建工藝條 件包括沉積二氧化石圭或^氐k電介質的工藝條件。
33. —種用于在工藝室中支撐半導體晶片，以執行制造三維集成電 路的工藝的晶片夾具，該晶片具有多個從該晶片的背面到該晶 片的正面的埋頭透孔，該晶片夾具包含大體上剛性的本體，其 凈皮配置，以^是供實在的平面，以4妄觸該半導體晶片的背面；該 晶片夾具具有與該平面流體連通的流體流動溝道，該晶片夾具 被配置為與泵連接，以對該流體流動溝道應用真空環境，以在 該半導體晶片的正面和背面之間產生壓力差；該晶片夾具—皮配 置，以將該晶片靜電夾持于該晶片夾具；該大體上剛性的本體 具有空腔和設置于該空腔中，且從該空腔的底部延伸以形成該 平面的至少 一 個結構；該結構具有刀《奪，以4妾觸該晶片的背面， 以使通過該晶片的氣體的流動的阻力最小；該晶片夾具具有表 面，以在該晶片的背面圓周形成密封。
34. —種用于制造三維集成電路的工藝的晶片夾具，該晶片夾具被 配置為將該晶片靜電固定，且該晶片夾具#1配置為在該晶片的背面提供真空環境，以在工藝過程中在該晶片的正面和該晶片 的背面之間產生壓力差。
35.才艮據權利要求16所述的方法，其中該透孔是反向下沉孔透孑L、 修改版埋頭透孔或半球狀埋頭透孔，且該透孔是在該晶片的背面。
全文摘要
本發明涉及用于制造三維集成電路的方法、裝置和系統。該方法的一個實施方式包含提供具有多個透孔的晶片。而且，該方法包括使用設置于工藝室內的晶片夾具支撐該晶片。該方法進一步包括當該晶片被支撐于該晶片夾具上時，在該晶片的正面和該晶片的背面之間產生壓力差，以便該壓力差使得流體通過該透孔流動。而且，該方法包括在該工藝室中為制造集成電路的至少一個工藝創建工藝條件。還提出了依照本發明的系統的實施方式和裝置的實施方式。
文檔編號H01L21/687GK101568990SQ200780047579
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月20日 優先權日2006年12月20日
發明者弗里茨·雷德克, 李時健, 耶茲迪·多爾迪 申請人:朗姆研究公司