晶圆电镀时,电子的流向?以电镀铜为例,如果我们追踪电子的运动方向(从电源负极出发),整个过程是这样的:
1,电子从直流电源的负极流出。
2,电子首先到达电镀机台的阴极导电环。这些金属触点紧紧压在晶圆的最边缘(通常只有 1-2mm 宽的区域)。
3,电子从边缘的触点进入晶圆表面的种子层(Seed Layer)。
注意:电子几乎不走下面的硅基底,因为硅是半导体,电阻远大于表面的金属铜种子层。电子主要沿着这一层只有几百纳米厚的铜膜,像水流一样从边缘向晶圆中心扩散。
4,当电子流经种子层表面的某一点时,正好遇到了电解液中游过来的铜离子。
5,电子被铜离子捕获,发生还原反应
铜离子变成了固态铜原子,沉积在晶圆表面。
6,在阳极那边,铜阳极失去电子变成离子进入溶液,补充消耗。
那么对于电流来说:
晶圆电镀通常通过边缘的触点导电。电流从晶圆边缘进入,通过种子层流向晶圆中心。
种子层 = 电阻,种子层通常很薄(几百纳米),虽然是金属(铜),但因为太薄,它具有显著的方阻。
当电流从边缘流向中心时,由于种子层的电阻,电压会逐渐下降。
结果:
晶圆边缘电位高, 电流密度大 ,沉积速率快。
晶圆中心电位低, 电流密度小,沉积速率慢。
这就是为什么如果控制不好,电镀出来的晶圆通常是“碗状”的(边缘厚,中间薄)。
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