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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(hù)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(duì)較強(qiáng)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(hù)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(dòng)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(guò)集中施加的力以增加局部密封預(yù)設(shè)和提供冗余來(lái)提高密封對(duì)晶片的有效性。對(duì)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(qǐng)注意，一個(gè)完美的密封是不需要的，因?yàn)?/span>Damascene過(guò)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(yǔ)“密封”來(lái)表示溶液流動(dòng)的足夠障礙，以使給定的晶片電鍍工藝得以實(shí)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(diǎn)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(guò)紋理來(lái)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(shí)施例，其具有單獨(dú)的金屬接觸固定環(huán)和單獨(dú)的背板，以分別提供對(duì)接觸環(huán)和密封件上的壓力的獨(dú)立控制。接觸壓力環(huán)例如通過(guò)一系列機(jī)器螺絲（未示出）連接到結(jié)構(gòu)環(huán)，以便對(duì)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(guò)一系列機(jī)器螺絲（未示出）連接到結(jié)構(gòu)環(huán)?；蛘?，背板可以例如通過(guò)一系列機(jī)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(zhǎng)到需要的長(zhǎng)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(hù)，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(gè)適當(dāng)?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(gè)密封。適當(dāng)?shù)?，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)環(huán)、背板或用于連接的機(jī)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?yàn)榻佑|環(huán)通過(guò)接觸壓力環(huán)保持到位。如果需要，例如自動(dòng)化系統(tǒng)，可以通過(guò)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(jìn)行自動(dòng)化。在這種情況下，背板將被晶片載體取代，晶片載體將自動(dòng)按壓密封件，并在電鍍過(guò)程中將其固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。從陰極組件縮回后旋轉(zhuǎn)晶片載體可以用來(lái)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(jì)的晶片鍍陰極組件。例如，它可以實(shí)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(guò)其他方法提供電接觸，例如，細(xì)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(duì)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(shí)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(qiáng)度的金屬允許使用較薄的結(jié)構(gòu)來(lái)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(jiān)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(shí)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(dá)到所期望的性能，例如，低孔隙度。由于大多數(shù)有機(jī)聚合物傾向于疏水和合理的柔軟，任何在電鍍?cè)≈蟹€(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(guò)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?yàn)樗峁┑涂紫堵实耐繉印７勰┩繉油ㄟ^(guò)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(jìn)行聚合的混合物應(yīng)用。

本文所說(shuō)的陰極組件實(shí)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(jìn)行電鍍。