最近很火的 ECP 是什么？

01 引言

近日，北方华创正式发布公司首款12英寸电镀设备（ECP）—— Ausip T830。该设备专为硅通孔（TSV）铜填充设计，主要应用于2.5D/3D先进封装领域。北方华创的Ausip T830 设备采用高真空密封和电化学沉积技术，实时优化预润湿及电镀参数，实现高深宽比TSV填充。通过优化电场、流场和药液浓度，使TSV内部及边缘的铜沉积均匀，减少缺陷，提高芯片良率和可靠性。其双层双腔架构可同时处理两片晶圆，提高产能，节省空间。定制气缸和密封结构增强稳定性，降低维护成本。智能补液系统减少添加剂用量，助力绿色制造。设备支持模块化定制和后续技术升级，满足多样化需求。目前，该设备的电镀膜厚均匀性满足客户要求，能够有效填充孔直径2-12微米，孔深16-120微米的多种孔型产品。(来自北方华创官方)

那么什么是铜电镀呢？

02 电镀原理

铜电镀（Electrochemical Copper Plating），别名电化学沉积（电化学沉积，Electrochemical Deposition），其实我们都有过接触，例如家里用的水龙头都会镀层铬，来保护龙头不会锈蚀，而在芯片制造领域，电镀主要用来制作铜线，相对于其他沉积方式具有许多优势。

图1 电镀与其他沉积方式的比较（From：ASM）

对于ECD和ECP 的区别： ECD（电化学沉积，Electrochemical Deposition）主要是AMAT/LAM他们这么叫，是比较广义的说法；ECP（电化学铜电镀，Electrochemical Copper Plating）主要是电镀Cu/Co 国内ACM这些一般这么叫。（来自半导体盒知识星球一位大佬的回答）

图2 TSV 的流程（From：AMAT）

镀铜的概念很简单：将要镀的晶圆浸入电解液中，施加电流，铜离子将迁移并沉积到已有金属种子层的区域。

图3 电镀的基本原理

电解液包含三种主要的无机成分：硫酸铜（CuSO4）提供铜离子的来源。硫酸（H2SO4）使镀液导电并充当电荷载体。氯离子（Cl-）与有机物质结合形成络合物，减缓选择性区域的电镀速度。对于先进的封装应用，重要的是要仔细控制镀铜速度和沉积位置。几种有机镀液添加剂有助于达到预期的效果：

a.加速剂形成电活性物质，负责提高电镀速率。

b.抑制剂（Suppressors）与氯离子结合，抑制电镀在需要降低电镀速率的区域，也可以作为润湿剂（wetting agent）。

c.Levelers 使电流密度高的区域极化，使电流分布均匀，并有助于控制表面形态。有机添加剂的作用可能有些不同。

■ 半导体封装中的 Cu 电镀

在几个重要应用中使用铜电镀：双大马士革工艺，硅通孔（TSV），铜柱和铜重新分配层（RDL）。在每种情况下，由不同图案会采用不同的电镀工艺，及主要为添加剂的配比。

图4 先进封装中的铜电镀应用（From：Dupont）

双大马士革工艺（ dual damascene，DD）用于非常小的特征，在几十到几百纳米的范围内，在几秒钟或更短的时间内填充。这需要高浓度的加速器分子底部的槽（Trench）或孔（Via）。抑制剂吸附在侧壁上，抑制侧壁沉积，实现自下而上的充填。矫直机通常保留在顶部表面，减缓过镀速度，使镀层光滑，便于化学机械抛光（CMP）。与 DD 相比，TSV 相对较大，具有更高的深宽比。填充10 μm宽，100 μm深的通孔需要不到60分钟。加速剂到达通孔底部，而抑制剂和 Levelers 都吸附在侧壁和晶圆表面，在那里它们最大限度地减少了形成空洞的风险，并降低了在漫长的电镀过程中过多的 Cu 覆盖。铜柱（pillars）采用不同的制作方法。与 TSV 和 DD 晶圆不同，TSV 和 DD 晶圆在整个晶圆上都涂有铜籽层，而柱晶圆只在底部涂有铜籽层，在顶部涂有光刻胶来制备图案。在7到8分钟的电镀过程中，抑制剂浸湿光刻胶和 leveler 进入孔内，以帮助创建一个平顶柱。leveler 和 Suppressors 都具有极化能力，可以帮助控制不同晶圆片和不同晶圆片上的电镀均匀性。加速剂起 Cu 晶粒细化剂的作用。

图5 先进封装中的铜电镀应用（From：Dupont）

以上内容编译自：Copper electroplating fundamentals-dupont 阅读原文获取更都偶关于 Copper electroplating

03 报告分享

ASM 在 2019年在 iMAPs 2019（International Microelectronics Assembly and Packaging Society）的会议上所作的报告（共34页）。报告以先进封装的发展情况入手，逐步讨论到铜电镀工艺，同时以示例的方式解释在 TSV 中同电镀铜工艺的解决方案。

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