电化学沉积技术在集成电路行业的应用
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发布时间：2024-09-04 23:34
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时间：2024-11-12 11:50
电化学沉积技术主要应用于集成电路制造的大马士革铜互连工艺制程和后道先进封装Bump、RDL、TSV等工艺制程，还可应用于化合物、MEMS中深孔加工、金凸块、金属膜沉积等领域。
随着晶体管尺寸的缩小，进入130 nm制程后，铝互连工艺已不能满足集成电路集成度、速度和可靠性的需求。铜的电阻率只有铝的一半左右，且铜的电迁移特性远好于铝，因此铜逐渐取代铝成为金属互连的主要材料。大马士革铜互连工艺需要沉积阻挡层、铜种子层，然后进行电镀填充，最后沉积氧化膜，多余的氧化膜采用光刻和刻蚀工艺去除。目前铜互连层最多可达15层以上。
TSV技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种技术解决方案，通过Z方向通孔实现芯片之间的互连，能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，芯片之间的互连线最短，外形尺寸最小，大大改善芯片速度和低功耗的性能。TSV技术按照集成类型的不同分为2.5D TSV和3D TSV。
Bump技术对芯片来说起着电气互连和应力缓冲的作用，电镀法制作凸点是目前最为普遍且工艺成熟的凸点制作方法，可制作各类凸点，IC芯片上的I/O数、焊区尺寸大小及凸点节距均不受限。
重布线技术（RDL）起着XY平面电气延伸和互连的作用，其核心是在晶圆表面沉积金属层和介质层并形成相应的金属布线图形，对芯片的I/O进行重新布局。在2.5D IC集成中，除了硅转接板中的TSV技术外，RDL技术同样关键。在3D IC集成中，对于同种芯片来说，上下堆叠直接通过TSV就可以完成电气互连，对于异质异构芯片，则需RDL将芯片的I/O重新布局进行对准，从而完成芯片的互连。
国外厂商方面，前道铜互连电镀设备主要被美国Lam垄断；后道先进封装电镀设备厂商主要包括美国AMAT、美国Lam、日本EEJA、新加坡ASM等。国内厂商方面，主要供应商上海盛美，科创板上市公司，电镀设备营业收入从2018年1200万增至2021年2.74亿元，2021年实现量产，交付20台电镀设备，2022年截止5月获得31台批量订单，其中前道铜互连电镀设备最高可以用于28 nm工艺节点。2021年全球半导体设备销售额突破1000亿美元；其中ECD设备市场约10亿美元，受WLP、2.5D、3D、SIP等先进封装技术的推动，未来3年市场空间可达15~20亿美元。
半导体产业发展的决定性因素在于其生产设备，其产业制高点的竞争，归根结底还是装备制造业的竞争，因此有“一代设备、一代工艺、一代产品”之说。装备制造也正是我国半导体产业中最薄弱的环节，作为芯片制造的基石，对我国半导体产业链安全具有重大意义。近几年以来的全球芯片短缺，引发全球晶圆厂尤其国内掀起扩产潮，对半导体设备的需求再次激增，作为上游的半导体设备行业持续增长，在行业扩容和国产替代的双重作用下，正式步入发展的“黄金时代”。
