CN117737812A - 一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备 - Google Patents
一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117737812A CN117737812A CN202410173384.0A CN202410173384A CN117737812A CN 117737812 A CN117737812 A CN 117737812A CN 202410173384 A CN202410173384 A CN 202410173384A CN 117737812 A CN117737812 A CN 117737812A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity
- anode
- electrochemical deposition
- semiconductor wafer
- telescopic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 5
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 26
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 3
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 101100107923 Vitis labrusca AMAT gene Proteins 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005008 domestic process Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
本发明涉及一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，包括旋转圆盘电极和固定在底板上的阳极区域、阴极区域；阳极区域包阳极腔，带孔侧壁以及离子膜，阴极区域包括内腔，内腔和阳极腔之间设置的阴极补液口，内腔内有均流板，内腔外有外腔，外腔和内腔之间为溢流区，外腔的侧壁底部有阴极排液口。阳极腔内还设置有至少2个伸缩气囊，伸缩气囊伸缩过程中进气量和排气量相等。有益效果为：本申请能够解决半导体晶圆电化学沉积过程中的阳极极化问题，保持工艺腔小尺寸结构，控制技术可靠稳定，成本相对低，经济效益明显；对金属离子的传质影响小，也不会产生气泡干扰传质，在现有技术的各类工艺腔内可以直接改造，无需增加其他成本，装配效率高。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆电化学沉积技术领域，尤其涉及一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备。
背景技术
晶圆电化学沉积一般也叫晶圆电镀，是晶圆制造过程中重要的工艺步骤，特别是在封装过程中，主要取决于电镀能不能达到良好的效果。
晶圆电化学沉积设备的种类并不多，世界上仅有少数厂商能够做好，主要的厂商如泛林LAM、应用材料AMAT、ASM-NEX,这些厂商的设备几乎占据的90%以上份额，设备价值和技术难度极高，针对一些特殊工艺一些厂商设计了相对廉价的设备，比如ejja、class-one以及AP&S等公司的设备。
参照图1，以现有技术的电化学沉积设备，采用的是旋转圆盘电极的基本原理，晶圆夹持在旋转圆盘的下方，浸入电镀液后通电旋转圆盘作为阴极，金属离子通过还原反应，沉积在晶圆的下表面。
晶圆电化学沉积的工艺一直以来是严格保密的，国内大致了解在晶圆电镀过程中包括使用脉冲电流、多阳极、多阴极等方法，在电镀过程中，电流分阶段提升和下降，并配合旋转、机械扰动、液体流动等采取多变的控制方式，但是，就使用离子膜的一类工艺腔内，阳极的液体流场环境几乎不受影响，这使得阳极在电极消耗过程中，伴随电流的变动，可发生极化现象，使得金属迅速氧化，金属离子不再传质。
发明内容
为了解决上面列出的问题，本发明提出一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备。
包括旋转圆盘电极和固定在底板上的阳极区域、阴极区域。
阳极区域包括呈圆柱状的阳极腔，阳极腔内设置带孔侧壁以及离子膜，离子膜包裹于带孔侧壁外侧，阳极腔的顶部为锥顶，锥顶下端呈倒锥形，在带孔侧壁与锥顶的内部暗设连通的通路，包括至少一个阳极补液通路和至少一个阳极排气通路。
阳极补液通路和阳极排气通路设置的方式是避开带孔侧壁上开孔位置设置，也就是通路与带孔侧壁的开孔不在相同的竖直方向上。
由于阳极在发生氧化反应过程中，电解液中会产生氯气或氢气等微量气泡，在锥顶的作用下气泡向外侧排散挤压并合，并通过阳极排气通路排走，在电化学沉积过程中消耗的阳极电镀液通过阳极补液通路得到有效的补充。
当然，阳极腔内还包括金属消耗材料，通常是金属块、金属条或金属球等形式，其设置方式在现有技术范围内，因而不再展开。
阴极区域包括内腔和外腔。内腔中设置有均流板，内腔和阳极腔之间设置阴极补液口，内腔和外腔之间为溢流区，外腔侧壁底部设置阴极排液口。
以上为一种半导体晶圆电化学沉积装备，是基于旋转圆盘电极的基本原理，配合电镀液循环机理设计的其中一种方式。当然，也可以是LAM，SEMITOOL等公司研发的半导体晶圆电化学沉积装备，但是在处理高尺度沉积工艺中，沉积所需的电流，容易产生阳极极化。为解决该问题，现有技术的解决办法是在工艺腔设置水平搅拌装置。
这样做的好处是：能够解决半导体晶圆电化学沉积过程中产生的阳极极化的困扰。
但也存在一些缺陷：工艺腔的大小有严格要求，增加零部件会增加工艺腔的尺寸，这会要求对电场重新修正，而且，搅拌桨本身也会影响传质；工艺腔对杂质和污染的控制要求也多，这会使得设计的搅拌桨机构非常复杂，增加了很多特种耐酸防腐材质的使用，还包括使用特殊材料的极精密小型部件和模组，这些费用成本非常巨大；在搅拌环节，有存在一些微小气泡的产出，给电场和金属离子的传质带来干扰。这些问题在某些简单的晶圆封装工艺可能影响较小，但是对一些较高要求的封装工艺则不能稳定持续的完成生产要求。
为此，仍然需要解决阳极腔内可能产生的阳极极化问题。既要增加阳极环境的流场扰动，又尽量少的降低对传质的干扰。
因而，在阳极腔内设计了至少2个伸缩气囊，伸缩气囊在气压作用下可以膨胀和收缩，具有一定的推动作用，至少2个伸缩气囊，设定其中一部分伸缩气囊缓慢膨胀而另一部分伸缩气囊缓慢收缩，且保持伸缩气囊进气量和排气量相等，则在扰动过程中不会产生对结构造成影响。
进一步的，伸缩气囊为圆柱形风琴式气囊。
进一步的，伸缩气囊的直径大小为4cm~8cm，伸缩高度为5cm~12cm。
进一步的，为了方便控制，伸缩气囊的个数为偶数个。
进一步的，伸缩气囊的材质为PDFE、PETFE等耐酸耐腐蚀材质。
进一步的，伸缩气囊的气路由阳极腔的底部穿接固定安装。
与现有技术的电化学沉积设备相比，本申请的一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备具备以下特点：
解决了解决半导体晶圆电化学沉积过程中产生的阳极极化的问题；
对工艺腔的尺寸设计的影响相比搅拌桨的方式相对更小；
就伸缩气囊和控制气路而言，控制技术可靠稳定，成本相对低，经济效益明显；
伸缩气囊扰动过程对金属离子的传质影响小，也不会产生气泡干扰传质；
在现有技术的各类工艺腔内可以直接改造，无需增加其他成本，装配效率高。
附图说明
图1为以旋转圆盘电极为基本原理的电化学沉积的示意图；
图2为一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备结构示意图；
图3为一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备的剖视图；
图4为一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备的阳极区域阳极补液和阳极排气的示意图；
图中：1、外腔；11、阴极补液口；12、阴极排液口；2、内腔；21、溢流口；22、均流板；23、通孔；3、阳极腔；31、伸缩气囊；32、离子膜；33、带孔侧壁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图2和图3，一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备。
包括旋转圆盘电极和固定在底板上的阳极区域、阴极区域。
阳极区域包括呈圆柱状的阳极腔3，阳极腔3内设置带孔侧壁33以及离子膜32，离子膜32包裹于带孔侧壁33外侧，阳极腔3的顶部为锥顶，在带孔侧壁33与阳极腔的顶部内部暗设连通的通路，包括至少一个阳极补液通路和至少一个阳极排气通路。
阳极补液通路和阳极排气通路设置的方式是避开带孔侧壁33上开孔位置设置，也就是通路与带孔侧壁33的开孔不在相同的竖直方向上。
由于阳极在发生氧化反应过程中，电解液中会产生氯气或氢气等微量气泡，在锥顶的作用下气泡向外侧排散挤压并合，并通过阳极排气通路排走，在电化学沉积过程中消耗的阳极电镀液通过阳极补液通路得到有效的补充。
阳极腔3内还包括金属消耗材料，通常是金属块、金属条或金属球等形式，其设置方式在现有技术范围内，因而不再展开。
阴极区域包括内腔2和外腔1。内腔2中设置有均流板22，内腔2和阳极腔3之间设置阴极补液口11，内腔2和外腔1之间为溢流区，外腔1侧壁底部设置阴极排液口12。
以上为一种半导体晶圆电化学沉积装备，是基于旋转圆盘电极的基本原理，配合电镀液循环机理设计的其中一种方式。当然，也可以是LAM，SEMETOOL等公司研发的半导体晶圆电化学沉积装备，但是在处理高尺度沉积工艺中，沉积所需的电流，容易产生阳极极化。为此解决这个问题，现有技术的解决办法是在工艺腔设置水平搅拌装置。
这样做的好处是：能够解决半导体晶圆电化学沉积过程中产生的阳极极化的困扰。
但是也存在一些缺陷：我们都知道工艺腔的大小是有严格要求的，增加零部件会增加工艺腔的尺寸，这会要求对电场重新修正，而且，搅拌桨本身也会影响传质；工艺腔对杂质和污染的控制要求也多，这会使得设计的搅拌桨机构非常复杂，增加了很多特种耐酸防腐材质的使用，还包括使用特殊材料的极精密小型部件和模组，这些费用成本都是巨大的；在搅拌环节，有存在一些微小气泡的产出，给电场和金属离子的传质带来干扰。这些问题在某些晶圆封装工艺可能影响较小，但是对一些较高要求的工艺则不能稳定持续的完成生产要求。
为此，仍然需要解决阳极腔内可能产生的阳极极化问题。既要增加阳极环境的流场扰动，又尽量少的降低对传质的干扰。
因而，在阳极腔内设计了至少2个伸缩气囊31，伸缩气囊31在气压作用下可以膨胀和收缩，具有一定的推动作用，至少2个伸缩气囊31，设定其中一部分伸缩气囊31缓慢膨胀而另一部分缓伸缩气囊31慢收缩，且保持伸缩气囊31进气量和排气量相等，则在扰动过程中不会产生对结构造成影响。
进一步的，伸缩气囊31为圆柱形风琴式气囊。
进一步的，伸缩气囊31的直径大小为4cm~8cm，伸缩高度为5cm~12cm。
进一步的，为了方便控制，伸缩气囊31的个数为偶数个。
进一步的，伸缩气囊31的材质为PDFE、PETFE等耐酸耐腐蚀材质。
进一步的，伸缩气囊31的气路由阳极腔的底部穿接固定安装。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，包括旋转圆盘电极和固定在底板上的阳极区域、阴极区域，其特征在于：阳极区域包括呈圆柱状的阳极腔（3），阳极腔（3）内设置带孔侧壁（33）以及离子膜（32），离子膜（32）包裹于带孔侧壁（33）外侧，在带孔侧壁（33）与阳极腔的顶部内部暗设连通的通路，包括至少一个阳极补液通路和至少一个阳极排气通路；阴极区域包括内腔（2）和外腔（1），内腔（2）中设置有均流板（22），内腔（2）和阳极腔（3）之间设置阴极补液口（11），内腔（2）和外腔（1）之间为溢流区，外腔（1）侧壁底部设置阴极排液口（12）；阳极腔内还设置有至少2个伸缩气囊（31），伸缩气囊（31）伸缩过程中进气量和排气量相等。
2.根据权利要求1所述的一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，其特征在于：伸缩气囊（31）为圆柱形风琴式气囊。
3.根据权利要求1所述的一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，其特征在于：伸缩气囊（31）的直径大小为4cm~8cm，伸缩高度为5cm~12cm。
4.根据权利要求1所述的一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，其特征在于：伸缩气囊（31）的个数为偶数个。
5.根据权利要求1所述的一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，其特征在于：伸缩气囊（31）的材质为PDFE、PETFE等耐酸耐腐蚀材质。
6.根据权利要求1所述的一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备，其特征在于：伸缩气囊（31）的气路由阳极腔的底部穿接固定安装。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410173384.0A CN117737812A (zh) | 2024-02-07 | 2024-02-07 | 一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410173384.0A CN117737812A (zh) | 2024-02-07 | 2024-02-07 | 一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117737812A true CN117737812A (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=90261206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410173384.0A Pending CN117737812A (zh) | 2024-02-07 | 2024-02-07 | 一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117737812A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118007222A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 苏州智程半导体科技股份有限公司 | 一种轴向立式晶圆电镀腔 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5429733A (en) * | 1992-05-21 | 1995-07-04 | Electroplating Engineers Of Japan, Ltd. | Plating device for wafer |
| JP2001316867A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Tokyo Electron Ltd | 液処理装置及び液処理方法 |
| JP2007270313A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 電気めっき装置 |
| CN110656363A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-01-07 | 苏师大半导体材料与设备研究院(邳州)有限公司 | 一种半导体电镀设备 |
| CN113774468A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-10 | 王兆诚 | 一种电镀装置 |
| US20230056444A1 (en) * | 2020-02-19 | 2023-02-23 | Semsysco Gmbh | Electrochemical deposition system for a chemical and/or electrolytic surface treatment of a substrate |
| WO2023185546A1 (zh) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 盛美半导体设备(上海)股份有限公司 | 电镀设备 |
-
2024
- 2024-02-07 CN CN202410173384.0A patent/CN117737812A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5429733A (en) * | 1992-05-21 | 1995-07-04 | Electroplating Engineers Of Japan, Ltd. | Plating device for wafer |
| JP2001316867A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Tokyo Electron Ltd | 液処理装置及び液処理方法 |
| JP2007270313A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 電気めっき装置 |
| CN110656363A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-01-07 | 苏师大半导体材料与设备研究院(邳州)有限公司 | 一种半导体电镀设备 |
| US20230056444A1 (en) * | 2020-02-19 | 2023-02-23 | Semsysco Gmbh | Electrochemical deposition system for a chemical and/or electrolytic surface treatment of a substrate |
| CN113774468A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-10 | 王兆诚 | 一种电镀装置 |
| WO2023185546A1 (zh) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 盛美半导体设备(上海)股份有限公司 | 电镀设备 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118007222A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 苏州智程半导体科技股份有限公司 | 一种轴向立式晶圆电镀腔 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN117737812A (zh) | 一种改善阳极极化的半导体晶圆电化学沉积设备 | |
| Brillas et al. | A small-scale flow alkaline fuel cell for on-site production of hydrogen peroxide | |
| CN108950593A (zh) | 用于电化学还原co2的铜纳米线负载锡催化电极及方法 | |
| CN103518007A (zh) | 硫酸电解装置以及硫酸电解方法 | |
| CN117721511A (zh) | 一种快速补充金属离子的半导体晶圆电化学沉积设备 | |
| Jeong et al. | Formation of nanoporous nickel oxides for supercapacitors prepared by electrodeposition with hydrogen evolution reaction and electrochemical dealloying | |
| CN112250145A (zh) | 一种多孔钛基亚氧化钛纳米管二氧化铅电极的制备与应用 | |
| CN113737204A (zh) | 一种强酸介质中阳极电解制备MnO2辅助高效制氢的方法 | |
| CN110137430A (zh) | 三维多孔阵列结构的Co3O4/rGO/Ni foam复合电极材料及其制备方法 | |
| CN112760676A (zh) | 一种镍纳米线阵列电极的制备方法及其作为电化学析氧活性材料的应用 | |
| CN110112423B (zh) | 一种用于制备铂基核壳结构催化剂的微通道循环流动式脉冲电沉积装置及其使用方法 | |
| CN106876520A (zh) | 控制硅纳米线走向的装置 | |
| CN104084196B (zh) | 碳化的载Pd中空阴离子交换树脂微球H2O2电还原催化剂的制备方法 | |
| CN113278991B (zh) | 一种利用旋流场强化电解效率的方法和装置 | |
| CN109638309A (zh) | 一种气相逆流的无隔膜金属-含氧气体液流电池 | |
| KR20180031998A (ko) | 레독스 흐름전지용 전해액 혼합 장치 | |
| CN207276733U (zh) | 用于制备硫酸亚锡的离子膜电解槽 | |
| Zhang et al. | Promoting Cu Catalyzed CO2 electroreduction to multi-carbon products by tuning the activity of water | |
| CN115744836B (zh) | 一种基于电池原理的阳极保护分酸器 | |
| CN221052008U (zh) | 一种用于高纯氢气炉的高纯氢气发生装置 | |
| CN106430434A (zh) | 一种三维扇形转盘式电Fenton反应器及其生产方法与应用 | |
| CN103539231B (zh) | 用于处理含氮硫氧杂环化合物废水的二维电极反应器 | |
| US11735789B2 (en) | Device for managing the state of health of an electrolyte in a redox flow battery system | |
| CN220364597U (zh) | 一种带有扩散流道的电化学电解槽 | |
| CN214990460U (zh) | 一种防止电极钝化的电解除磷装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |