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本文講述了一種用于半導(dǎo)體晶片電鍍的陰極組件，其采用金屬結(jié)構(gòu)環(huán)上的聚合物涂層，為待電鍍的晶片表面的周邊提供低輪廓密封。聚合物涂層也是電的使金屬絕緣，使其可以與電鍍液接觸使用，并且仍然是電接觸系統(tǒng)的一部分，不需要保護性塑料外殼。由于用于形成密封的涂層可以非常薄，并且可以由相對較強的金屬結(jié)構(gòu)支撐，因此導(dǎo)管組件在晶片鍍側(cè)表面上方的突出程度可以最小化。同樣，這種聚合物涂層金屬結(jié)構(gòu)取代了現(xiàn)有技術(shù)中使用的塑料支撐和保護外殼，從而可以顯著降低組件的整體尺寸。這種緊湊的陰極組件在晶片表面上，使鍍電池和振動系統(tǒng)的修改，提供更均勻的銅沉積晶片表面。
圖1描述了采用聚合物涂覆金屬結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片鍍層的低輪廓陰極組件的一側(cè)。同心金屬結(jié)構(gòu)環(huán)的內(nèi)邊緣與晶片的鍍側(cè)的周邊重疊，其聚合物涂層至少設(shè)置在密封的區(qū)域內(nèi)，優(yōu)選在操作期間接觸鍍?nèi)芤旱钠渌麉^(qū)域。如圖1所示密封優(yōu)選包括同心圓形聚合物涂層金屬脊，通過集中施加的力以增加局部密封預(yù)設(shè)和提供冗余來提高密封對晶片的有效性。對于某些應(yīng)用，特別是那些涉及低靜水壓力的應(yīng)用，這種脊可能不需要在聚合物涂層和晶片之間提供足夠的密封。請注意，一個完美的密封是不需要的，因為Damascene過程特別只需要幾分鐘，并且可以容忍少量的溶液侵入電接觸區(qū)域。這里使用術(shù)語“密封”來表示溶液流動的足夠障礙，以使給定的晶片電鍍工藝得以實現(xiàn)。
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圖?1
在這里需要一種與晶片上的種子層建立電接觸的方法。由于金屬種子層通常非常薄，因此其電阻明顯，通常優(yōu)點是使電接觸在周圍延伸，以平衡和最小電壓損失，否則將導(dǎo)致不均勻的銅沉積。結(jié)構(gòu)環(huán)的接觸表面可以通過紋理來軟化，但這可能很昂貴，而且比其他替代品更不有效。
圖2描述了陰極組件的優(yōu)選實施例，其具有單獨的金屬接觸固定環(huán)和單獨的背板，以分別提供對接觸環(huán)和密封件上的壓力的獨立控制。接觸壓力環(huán)例如通過一系列機器螺絲（未示出）連接到結(jié)構(gòu)環(huán)，以便對接觸環(huán)的外部連續(xù)部分施加壓力。支撐板優(yōu)選具有用于定位晶片的凸起邊緣，并且例如通過一系列機器螺絲（未示出）連接到結(jié)構(gòu)環(huán)。或者，背板可以例如通過一系列機器螺絲直接連接到接觸壓力環(huán)上。
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圖 2
聚合物涂層應(yīng)用于密封區(qū)域和結(jié)構(gòu)環(huán)的所有區(qū)域。結(jié)構(gòu)環(huán)的邊緣可以延長到需要的長度，以防止電鍍?nèi)芤汉蜎_洗水接觸背板在操作期間。在這種情況下，聚合物涂層將被涂覆在密封區(qū)域和結(jié)構(gòu)環(huán)的外表面上(如圖2所示).如果背板暴露在鍍層溶液中，它也可以被聚合物涂層保護，或者可以由塑料或其他絕緣材料制成。在這種情況下，可以安裝一個適當?shù)膐形圈或墊圈（未示出），以在背板和結(jié)構(gòu)環(huán)之間提供一個密封。適當?shù)?，可以通過結(jié)構(gòu)環(huán)、背板或用于連接的機器螺釘建立電氣接觸。
圖2中所示的組件還提供了方便的晶圓插入和去除，因為接觸環(huán)通過接觸壓力環(huán)保持到位。如果需要，例如自動化系統(tǒng)，可以通過使用翻蓋夾或其他快速隔離連接裝置而不是螺釘將背板連接到結(jié)構(gòu)環(huán)。使用圖中的組件進行自動化。在這種情況下，背板將被晶片載體取代，晶片載體將自動按壓密封件，并在電鍍過程中將其固定在適當?shù)奈恢?。從陰極組件縮回后旋轉(zhuǎn)晶片載體可以用來去除電鍍?nèi)芤汉蜎_洗水。夾緊裝置或真空系統(tǒng)可用于在晶片載體旋轉(zhuǎn)期間保持晶片的位置。
本設(shè)備包括具有廣泛的特定結(jié)構(gòu)環(huán)-部分和形狀、電接觸布置和背板設(shè)計的晶片鍍陰極組件。例如，它可以實現(xiàn)了低輪廓面，但在某些情況下，突出在晶圓表面上方的組件部分的輪廓可能比最大突出更重要?？梢圆捎酶鞣N橫截面和形狀的接觸環(huán)，或者可以通過其他方法提供電接觸，例如，細絲或金屬毛。結(jié)構(gòu)環(huán)、電接觸環(huán)、接觸壓力環(huán)和密封最好是圓形和同心的，但其他形狀，例如橢圓，可用于鍍圓形晶片或其他形狀的晶片。
金屬往往具有相對較高的電導(dǎo)率，并且是首選，但也可以使用其他導(dǎo)體，如碳化塑料或金屬化塑料。實際上，任何為絕緣涂層提供足夠附件的結(jié)構(gòu)金屬（包括合金）都可以用于結(jié)構(gòu)環(huán)（和背板）。具有高強度的金屬允許使用較薄的結(jié)構(gòu)來提供較低的輪廓或更好的輪廓，而那些具有良好的耐腐蝕性的金屬可以允許使用較薄的絕緣涂層，并提供更堅固的電接觸。用于電接觸環(huán)的金屬不是關(guān)鍵的，但優(yōu)選具有良好的彈性，以提供接觸的彈簧加載，以及良好的抗鍍槽成分引起的氧化和腐蝕。大多數(shù)金屬具有足夠的導(dǎo)電性。預(yù)接觸金屬是不銹鋼和鈹銅，但其他許多金屬都是可以接受的。各種可接受的塑料和O形圈/墊圈材料隨時可用作背板和密封件。
聚四氟乙烯（商品名特氟乙烯(R)是首選的涂層材料，但其他鹵代碳聚合物，如聚三氟氯乙烯（Kel-F(R)，具有類似的性能。各種碳可以與其他聚合物混合或結(jié)合，以方便應(yīng)用或達到所期望的性能，例如，低孔隙度。由于大多數(shù)有機聚合物傾向于疏水和合理的柔軟，任何在電鍍浴中穩(wěn)定的聚合物材料，可以作為附著物應(yīng)用，保形涂層都可以提供可接受的結(jié)果。
保形聚合物涂層可以通過多種方法應(yīng)用，包括液體噴涂和粉末涂層，許多此類涂層都作為商業(yè)工藝應(yīng)用。液體噴涂通常包括液體載體/溶劑和隨后的熱處理熔合，這是首選，因為它往往提供低孔隙率的涂層。粉末涂層通過靜電噴涂到加熱基底(例如200°C)，然后在較高的溫度(例如350°C)下熱熔，這避免使用液體載體或溶劑，但產(chǎn)生更多孔涂層。聚合物涂層也可以作為在零件上進行聚合的混合物應(yīng)用。
本文所說的陰極組件實際上可以應(yīng)用于任何晶片電鍍工藝，包括那些用于大馬士革銅集成電路制造和焊料碰撞的工藝。任何晶圓材料，包括硅、鍺、硅鍺和砷化鎵，都可以使用該組件進行電鍍。