为什么需要电镀工艺?

文摘   2024-07-05 23:59   湖北  

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在《为什么需要Cu/Low-k工艺?》一文中,Cu/Low-k工艺涉及到电镀技术的应用
那什么是电镀,为什么要电镀?
简单来说,电镀工艺是在金属表面覆盖一层金属薄膜的技术这类似于我们在中学化学课上进行的实验,不知道大家是否还有印象。


在这个实验中,金属钥匙和一块纯铜棒都连接到电源。将它们同时浸入导电液体中,形成闭合电路,但不直接接触。随着电流的通过,铜离子从铜棒溶解出来,并逐渐沉积在钥匙表面,最终形成一层均匀的铜膜。
在半导体制造领域,电镀技术也遵循着与上面实验中相同的电化学原理。在这一过程中,硅晶圆作为基底,与铜源一同置于含有硫酸铜和硫酸的电镀槽中。电流的引入激活了铜离子向硅晶圆表面的沉积,电流的强度精确调控着沉积铜的量,因为它为铜离子的还原提供了电子。

电镀槽中的环境条件,如溶液的温度、流动速率以及化学成分,共同决定了铜层的沉积质量和特性。
尽管原理简单,但只有在精确的工业控制下,才能实现300毫米晶圆上均匀的电镀。在此过程中,我们需要让硅晶圆持续旋转,以防止镀液中产生气泡,并使电镀层更加均匀。
另外,由于铜难以在某些阻挡层材料上直接成核,我们通常先使用物理气相沉积技术在阻挡层上沉积一层极薄的铜种子层。这层种子层提供了一个导电的表面,然后使用电镀工艺使铜离子能够在其上还原。


这样,不仅可以在通孔中形成铜层,还可以通过CMP(化学机械抛光)工艺去除多余的铜膜,同时在通孔中形成铜种子层。有关CMP工艺的必要性,可以参考《为什么需要CMP工艺?》一文。



然而,要完全填满深且窄的互连沟槽并非易事。如果工艺控制不够精细,就可能形成空洞或裂缝,也可能开成悬挂Overhang等形状。

电镀技术在晶圆级封装(这就是晶圆级封装 ?)应用中发挥着比较重要的作用,比如制造导电的凸点、支柱、重新布局的线路层,以及填充贯穿硅芯片的垂直通道(TSV)。
今天讨论的电镀工艺,虽然与后端互连(BEOL)中使用的铜填充技术有相似之处,但在WLP和TSV中电镀的规模要大得多,意味着即使电镀速度很快,也需要更长的时间来完成金属层的沉积。
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