晶圆电镀是一种利用电化学原理在半导体晶圆表面沉积金属或合金薄膜的关键工艺,广泛应用于集成电路制造中的互连、封装、光刻掩模版制作等领域。
电镀是一个很重要的金属化工艺,今天我们就以微型电镀设备为例,来详细说说晶圆电镀的原理。

如上图,1.2L的微信电镀槽与2000万一台的量产型电镀机的基本原理一致。共有6个核心部件,分别是阴极,阳极,鼓泡器,电源,搅拌器,电镀槽。
电镀槽(Plating Bath)
容积约 1.2 L 的透明绝缘槽体,通常由聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)等化学惰性材料制成。内部盛装的是电镀液,用来提供可被还原的金属离子来源。

阴极(Cathode):即被电镀的待镀晶圆。
阳极(Anode):通常是同种金属的可溶阳极,比如铜电镀时用铜阳极;若采用惰性阳极,则需外部提供金属离子来源。
磁力搅拌器,鼓泡器
磁力搅拌功能,鼓泡,或循环功能,主要用于搅拌电镀液,增强溶液中金属离子的扩散,消除浓差极化。

电源(DC Power Supply)
电镀所用电源必须为直流电源。
图中红黑两根粗导线从电源输出到电镀槽,红色(正极)接阳极,黑色(负极)接阴极衬底。
加热系统
部分镀种需要加热,比如:镍电镀等。
有些镀种不需加热,比如:铜电镀。
当电路导通后,阳极氧化溶解,金属离子进入电镀液中,反应方程式:
Cu-2e-->Cu(2+)
在阴极上,电镀液中的金属离子发生还原反应,在晶圆表面接受电子,沉积为金属原子。
Cu(2+)+2e-->Cu
本文将以微型设备为切入点,系统解析晶圆电镀的电化学机制、关键部件功能及工艺控制要点,揭示这一“微观世界中的金属雕刻术”如何支撑现代集成电路的精密制造。
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