EP0283681B1

EP0283681B1 - Galvanisiereinrichtung zur Erzeugung von Höckern auf Chip-Bauelementen

Info

Publication number: EP0283681B1
Application number: EP88101499A
Authority: EP
Inventors: Ernst Ing. Andrascek; Hans Ing. Grad. Hadersbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1992-05-06
Anticipated expiration: 2008-02-02
Also published as: JPS63216998A; DE3870685D1; US4906346A; EP0283681A1; JPH044399B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Galvanisiereinrichtung mit einem galvanischen Bad, das unter anderem einen Einebner enthält, und die Galvanisiereinrichtung ferner eine Aktivkohlefilterung aufweist. Diese Einrichtung dient zum Erzeugen feinstrukturierter, dicker Metallabscheidungen auf Halbleiterscheiben.
Für die Mikropack-Technik, einer Bauform für integrierte Schaltungen, sind auf den Chip-Bauelementen aufgalvanisierte Höcker erforderlich, die etwa 18 µm über die Chip-Oberfläche herausragen. In der Draufsicht besitzt der Höcker im allgemeinen eine quadratische Form, wobei die Seitenkanten eine Länge von 140 µm, 100 µm und kleiner aufweisen. Trotz der ungünstigen Ausgangsbasis, im Mittelbereich der Höcker sind Vertiefungen von maximal 8 µm bis zum Anschluß-Pad vorgegeben, soll die Höckeroberfläche nahezu plan sein.
Aus der US-Patentschrift US 4,170,959 ist ein Gerät zur Galvanisierung von Höckern auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers bekannt. Der Wafer wird dabei durch eine Vielzahl von Halterungen horizontal arretiert, wobei dessen Unterseite in Kontakt mit einer Galvanisierflüssigkeit kommt. Eine ähnliche Apparatur wird in der US-Patentschrift US 4,137,867 beschrieben.
Mit den bekannten Galvanisiereinrichtungen ist es aufgrund der Makrostreufähigkeit nicht möglich, über die Fläche einer zum Beispiel 100 mm-Halbleiterscheibe, mit Ausnahme eines schmalen Randbereiches, eine Gleichmäßigkeit für die Höckerhöhe von ± 1,0 µm zu erreichen. Unter den die Streufähigkeit bestimmenden Faktoren sind die geometrischen Eigenschaften des Systems, die die primäre Stromverteilung bestimmen, an erster Stelle zu nennen. Zu ihnen gehören die geometrischen Formeln von Anode, Kathode und Elektrolytbehälter sowie die Anordnung der Elektroden im Elektrolytbehälter und ihr Abstand von den Gefäßwandungen.
Die Galvanisiereinrichtung zum Erzeugen feinstrukturierter, dicker Metallabscheidungen auf Halbleiterscheiben muß außerdem über Monate hinweg eine reproduzierbare, gleichmäßig gute Metallabscheidung gewährleisten. Darüber hinaus ist zu verhindern, daß sich Abbauprodukte, die eine gute Metallabscheidung stören, ansammeln können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Galvanisiereinrichtung zu konzipieren, die die erwähnten, extremen Anforderungen erfüllt. Alle bekannten Galvanisiereinrichtungen setzen hierzu wenigstens einen planen Untergrund voraus.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit der Galvanisiereinrichtung nach der Erfindung ist es möglich, Höcker mit nahezu planer Oberfläche zu erzeugen und über den gesamten Bereich einer Halbleiterscheibe eine gleichmäßige Metallisierungsdicke zu erreichen. Außerdem gewährleistet diese Einrichtung auch über Monate hinweg eine reproduzierbare, gleichmäßig gute Metallabscheidung.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Galvanisiereinrichtung nach der Erfindung,
Figur 2: eine Galvanisierzelle und
Figur 3: einen Scheibenhalter von oben und unten gesehen.

In der Figur 1 ist mit 1 ein im Schnitt dargestellter Elektrolytbehälter bezeichnet, in dem eine Galvanisierzelle 2 hängt. Ein Elektrolytbehälter kann aber auch mehrere Galvanisierzellen aufnehmen. Eine isolierte Anordenzuführung hat das Bezugszeichen 3, ein Scheibenhalter 4 und eine Anode 5. Außerhalb des Elektrolytbehälters befinden sich eine Dauerumlauffilterung 6, ein Aktivkohle-Einfahrbehälter 7 und ein Aktivkohle-Filterpumpenaggregat 8. Die Stromversorgung erfolgt über einen Strom-/Spannungskonstanter 9.
In der Figur 2 ist die Galvanisierzelle oben offen und mit teilweise aufgeschnittenem Mantel gezeigt. Mit 10 ist eine Blende bezeichnet, die auch gestrichelt in der Figur 1 angedeutet ist. Im Raum zwischen Anode und Scheibenhalter können Abschirmblenden bzw. poröse Scheiben (Diaphragma) zum Beispiel zur gleichmäßigen Abscheidung bzw. Filterung eingesetzt sein.
In der Streckmetallanode 11 ist in der Mitte eine kalottenförmige Erhöhung 12. Im Mantel der Zelle sind in Kathodenhöhe Öffnungen 13 für den Elektrolytaustausch (Durchströmung) vorgesehen.
Als oberer Abschluß der in der Figur 2 dargestellten Galvanisierzelle dient der Scheibenhalter 4, dessen Körper in der Figur 3 mit 14 gekennzeichnet ist. Im Scheibenhalter werden die Scheiben 15 mit zwei Kontaktierspitzen 16 gehalten. Mit 17 sind der Kathodenanschluß und mit 18 der Blendring bezeichnet.
Die Figur 1 umfaßt die wesentlichen Elemente der Galvanisiereinrichtung, und zwar die Galvanisierzelle 1, die Umlauffilterung 6 zur Beseitigung von Verunreinigungen und eine jederzeit zuschaltbare Aktivkohlefilterung 7/8. Die Galvanisierzelle besteht aus einem Kunststoffrohr. Zur Erzeugung einer guten Stromverteilung (Makrostreuung) ist die Anodenfläche identisch mit der unteren Öffnung im Kunststoffrohr ausgelegt. Der Scheibenhalter 4/14 mit der Halbleiterscheibe 15 und einer Galvanisier-Ringblende 18 überdeckt die obere Öffnung.
Die Ringblende 18 wird je nach Erfordernis mit einem Isolierlack bedeckt, wodurch sich die Makrostreuung noch optimieren läßt. Bei der insbesondere für die Kupferabscheidung gestalteten Galvanisierzelle erhielt die unlösliche Titan-Streckmetallanode zur Unterstützung einer guten Stromverteilung zum Beispiel die aus der Figur 1 ersichtliche Form. Die erforderliche lösliche Anode ist in Form von Kupfer-Granalien oder Pallets in die Streckmetallanode eingefüllt.
Um die bei der Metallabscheidung störenden Verunreinigungen zu vermeiden, wird der Elektrolyt ständig durch ein Kerzen-Filter (Maschenweite ≦ 10 µm) als Dauerumlauffilterung gepumpt. Damit ist die notwendige Bewegung des Elektrolyts in Pfeilrichtung gewährleistet. Von größerer Bedeutung für eine gute Metallabscheidung ist jedoch die Entfernung der Abbauprodukte.
Erfindungsgemäß ist hierfür eine besondere Aktivkohlefilterung 7/8 vorgesehen. Unter besondere Aktivkohlefilterung ist zu verstehen, daß diese Filterung unter Verwendung eines Aktivkohle getränkten Papier- bzw. Kerzenfilters erfolgt, das im besonderen die niedermolekularen Bestandteile adsorbiert. Bei einer täglichen, zeitoptimierten Aktivkohle-Filterung werden die Abbauprodukte und der Einebner ausgearbeitet. Das Netzmittel bleibt be richtiger Wahl der Aktivkohlefilter im Bad erhalten. Die Optimierung bezieht sich auf die Wahl des richtigen Verhältnisses der täglich anfallenden Abbauprodukte und Einebner in bezug auf die Fläche des Aktivkohlefilters. So soll zum Beispiel 1 Liter Elektrolyt 12 mal durch eine Filterfläche von 1 dm² durchgepumpt werden.
Vor Arbeitsbeginn wird jeweils an einem Arbeitstag zuerst die Aktivkohlefilterung durchgeführt, wobei die Abbauprodukte mit dem Einebner entfernt werden. Die erneute Zugabe von ca. 0,1 bis 0,5 ml/l Einebner nach der Aktivkohlefilterung in den von Abbauprodukten und benutzten Einebner gereinigten Elektrolyt hat eine besondere Bedeutung für die Qualität der Metallabscheidung. Der frisch zugegebene Einebner wirkt über den Zeitraum etwa eines Tages sehr stark. Danach läßt die einebnende Wirkung deutlich nach. Die vorgegebenen Vertiefungen bilden sich an der Höckeroberfläche dann wieder in konkaver Form (∼4 µm) ab.
Eine weitere Zugabe von Einebner ohne die besondere Aktivkohlefilterung bringt nicht mehr die starke einebnende Wirkung, sondern verändert völlig die Abscheidungscharakteristik, so daß ein gegenteiliger Effekt der Einebnung entsteht.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann zum Beispiel statt Einebner allein Glänzer allein oder Einebner und Glänzer Verwendung finden.

Claims

Galvanisiereinrichtung zum Erzeugen feinstrukturierter dicker Metallabscheidungen, beispielsweise zur Erzeugung von Höckern auf Halbleiterscheiben (15), mit einem einen Einebner enthaltenden galvanischen Bad und einer Aktivkohle-Filterung, dadurch gekennzeichnet, daß in das galvanische Bad eine mit Anode (5), Kathode (17) und Blendring (18) ausgestattete Galvanisierzelle (2) eingehängt ist und ihrerseits die Halbleiterscheibe (15) derart aufnimmt, daß diese in einem wechselbaren Scheibenhalter (4/14) mittels Kontaktierspitzen (16) gehalten und elektrisch kontaktiert wird und der elektrisch verbundene Blendring (18) derart in der Galvanisierzelle (2) plaziert ist, daß auf der Fläche der Halbleiterscheibe (15) keine Abschattungen entstehen.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisierzelle (2) aus einem im Elektrolyten eingehängten, offenen Kunststoffrohr besteht, dessen untere Öffnung mit einer sich über die gesamte Rohröffnung erstreckenden kalottenförmigen Anode (5) ausgelegt und dessen obere Öffung durch den Scheibenhalter (4, 14) mit der Halbleiterscheibe (15) überdeckt ist.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Scheibenhalter (4, 14) zwei Kontaktierspitzen (16) und eine in ihrer Fläche veränderbare Galvanisier-Ringblende (18) vorgesehen sind.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen Anode (5) und Scheibenhalter (4, 14) zusätzliche Abschirmblenden bzw. poröse Scheiben (Diaphragma) eingesetzt sind.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisier-Ringblende (18) zur Verkleinerung je nach Erfordernis mit einem Isolierlack bedeckt ist.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisier-Ringblende (18) zur Vergrößerung der Fläche über die Fläche des Scheibenhalters (4, 14) hinausragend ausgebildet ist.
Galvanisiereinrichtung für fluorid-freie Bäder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenfläche (5) als unlösliche Titan-Streckmetallanode (11) gitterförmig ausgebildet und die lösliche Anode im Kontakt mit der Kalotte eingefüllt ist.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aktivkohlefilterung (8) Verwendung findet, die vorzugsweise die niedermolekularen Bestandteile des Bades, das heißt den verbliebenen Einebner und Abbauprodukte, herausfiltert und das hochmolekulare Netzmittel im bad beläßt.
Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß statt Einebner Glänzer bzw. Einebner und Glänzer Verwendung findet.