新型电镀工艺技术可解决传统电镀的局限。
对新产品和尖端产品不断升级需求的驱使下,电子产品的生命周期持续缩短,半导体产业面临着对创新的持续渴求。特别是对封装业而言,更小的封装、更高的性能及更低的成本成为其主要压力。
用于各种节距密度铜柱的电沉积工艺测试阵列
就互连而言,晶圆级封装(WLP)应用,例如再分布层(RDL)、凸点及穿透硅通孔(TSV),正取代像引线键和这样的传统技术。WLP结构要求厚金属或高深宽比的结构,这样像物理气相沉淀(PVD)或化学气相沉淀(CVD)这样的技术有时候很难满足要求。因此,在此类应用中,更合适的电镀技术开始兴起。

虽然电镀可获得出众的沉积速率,但电化学沉积(ECD)在生产灵活性及性能方面有一定的限制。ECD性能通常由沉积速率、均匀性、薄膜表面形态、表面形貌及剪切强度等来度量。
决定这些衡量标准的工艺参数包括化学品、温度、整流器的设置及搅拌。电镀性能在很大程度上取决于化学品的选取。化学品决定了镀液温度和输出电流。虽然类似周期性逆脉冲电镀1的技术可以提高性能,但工作时间又受到了新的限制。搅拌能影响电镀速率和均匀性。类似喷泉式液流
或垂直搓板式洗刷2的方法可增加传输量,但这种方式需远离水面发生且受限于流体性能。
一项新技术已研制成功,将ECD提升为直接能量电镀(DEP)。取代以往的机械方法,DEP采用可直接耦合到衬底的振动能。这种能量模式比简单的搅拌更加有效。通过对波形的编程可产生多种效果:表面清洗、接触焊、高深宽比结构中的增强型扩散、清除气泡或为加速电镀而减少边界层。
电镀的基本原理
电镀基于氧化还原反应。将阳极和阴极(电镀表面)连接到电源(或整流器)上,为系统提供电流(图1)。在阳极,金属离子被氧化生成阳离子,在溶液中带有正电荷(例如铜将生成Cu2+)。这些离子要么与溶液中的阴离子(SO42-)结合,要么在阴极表面还原,吸收电子以形成零价态并沉积在阴极表面。在溶液中,进行搅拌是很重要的,可以避免局部反应及电镀的不均匀。电镀速率基本取决于质量传输。在阴极表面,边界层的存在可降低表面沉积。

产生搅拌的机械技术包括喷泉式喷洒和搓板式洗刷(图2)。由于在表面上直接喷洒,喷泉式喷洒会产生湍流。搓板式洗刷会沿着表面产生剪切力,使表面上的边界层从典型的50祄降至10祄或稍大。