EP0283681A1 - Galvanisiereinrichtung zur Erzeugung von Höckern auf Chip-Bauelementen - Google Patents

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EP0283681A1
EP0283681A1 EP88101499A EP88101499A EP0283681A1 EP 0283681 A1 EP0283681 A1 EP 0283681A1 EP 88101499 A EP88101499 A EP 88101499A EP 88101499 A EP88101499 A EP 88101499A EP 0283681 A1 EP0283681 A1 EP 0283681A1
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electroplating
anode
electroplating device
leveling
activated carbon
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/001—Apparatus specially adapted for electrolytic coating of wafers, e.g. semiconductors or solar cells

Definitions

  • Electroplating device for producing bumps on chip components.
  • the invention relates to a galvanizing device with a galvanic bath, which contains, among other things, a leveler, and the galvanizing device further comprises activated carbon filtering.
  • This device is used to produce finely structured, thick metal deposits on semiconductor wafers.
  • the hump is generally square in shape, with the side edges being 140 ⁇ m, 100 ⁇ m and less in length. Despite the unfavorable starting point, in the middle region of the cusps there are depressions of a maximum of 8 ⁇ m up to the connection pad, the cusp surface should be almost flat.
  • the geometric properties of the system should be mentioned first among the factors that determine the spreadability. They include the geometric formulas of the anode, cathode and electrolyte container as well as the arrangement of the electrodes in the electrolyte container and their distance from the vessel walls.
  • the electroplating device for producing finely structured, thick metal deposits on semiconductor wafers must also ensure a reproducible, uniformly good metal deposit for months. In addition, prevent that degradation products that interfere with good metal deposition can accumulate.
  • the invention is based on the object of designing the galvanizing device described at the outset which fulfills the extreme requirements mentioned. All known electroplating devices require at least a flat surface for this.
  • the electroplating device With the electroplating device according to the invention, it is possible to produce bumps with an almost flat surface and to achieve a uniform metallization thickness over the entire area of a semiconductor wafer. In addition, this device ensures reproducible, uniformly good metal deposition for months.
  • FIG. 1 denotes an electrolyte container, shown in section, in which a galvanizing cell 2 hangs.
  • An electrolyte container can also hold several electroplating cells.
  • An insulated arrangement feeder has the reference symbol 3, a disk holder 4 and an anode 5. Outside the electrolyte container there is a continuous circulation filter 6, an activated carbon intake container 7 and an activated carbon filter pump unit 8. The power supply is provided by a current / voltage constant 9.
  • the electroplating cell is open at the top and shown with the jacket partially cut open. With 10 an aperture is designated, which is also indicated by dashed lines in Figure 1.
  • Shielding screens or porous disks can be used in the space between the anode and the disk holder, for example for uniform deposition or filtering.
  • anode 11 In the middle of the expanded metal anode 11 there is a dome-shaped elevation 12. In the jacket of the cell, openings 13 are provided at the cathode height for the electrolyte exchange (flow).
  • the disc holder 4 the body of which is identified by 14 in FIG. 3, serves as the upper end of the electroplating cell shown in FIG.
  • the disks 15 are held in the disk holder with two contacting tips 16. 17 denotes the cathode connection and 18 the aperture ring.
  • FIG. 1 comprises the essential elements of the electroplating device, namely the electroplating cell 1, the circulation filter 6 for removing impurities and an activated carbon filter 7/8 that can be activated at any time.
  • the electroplating cell consists of a plastic tube. To generate a good current distribution (macro scattering), the anode surface is designed identically to the lower opening in the plastic tube.
  • the wafer holder 4/14 with the semiconductor wafer 15 and a galvanizing ring aperture 18 covers the upper opening.
  • the ring diaphragm 18 is covered with an insulating varnish as required, whereby the macro scattering can still be optimized.
  • the insoluble titanium expanded metal anode was given the shape shown in FIG. 1 to support good current distribution, for example.
  • the required soluble anode is filled into the expanded metal anode in the form of copper granules or pallets.
  • the electrolyte is continuously pumped through a candle filter (mesh size ⁇ 10 ⁇ m) as continuous circulation filtering. In order to the necessary movement of the electrolyte in the direction of the arrow is guaranteed. However, removal of the degradation products is of greater importance for good metal deposition.
  • a special activated carbon filtering 7/8 is provided for this.
  • Special activated carbon filtering is to be understood to mean that this filtering is carried out using a paper or candle filter impregnated with activated carbon, which adsorbs in particular the low molecular weight constituents.
  • the breakdown products and the leveler are worked out.
  • the wetting agent is retained in the bathroom if the activated carbon filter is selected correctly.
  • the optimization relates to the selection of the right ratio of the daily breakdown products and leveling in relation to the area of the activated carbon filter. For example, 1 liter of electrolyte should be pumped through 12 times through a filter area of 1 dm2.
  • the activated carbon filtering is carried out on a working day, with the breakdown products being removed with the leveler.
  • the renewed addition of approx. 0.1 to 0.5 ml / l leveler after the activated carbon filtering in the electrolyte cleaned of degradation products and used levelers is of particular importance for the quality of the metal deposition.
  • the newly added leveler has a very strong effect over a period of about one day. After that the leveling effect diminishes significantly.
  • the specified depressions then form again on the cusp surface in a concave shape ( ⁇ 4 ⁇ m).
  • leveler without the special activated carbon filtering no longer brings the strong leveling effect, but completely changes the separation characteristics, so that the opposite effect of leveling occurs.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment described and illustrated.
  • Glänzer alone or leveling and glittering can be used find.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Galvanisiereinrichtung zum Erzeugen feinstrukturierter, dicker Metallabscheidungen auf Halbleiterscheiben zu konzipieren. Dabei wird gefordert, daß trotz ungünstiger Ausgangsbasis die Höckeroberfläche nahezu plan sein soll und außerdem eine Gleichmäßigkeit für die Höckerhöhe von ± 1,0 µm erreicht werden soll. Außerdem muß die Galvanisiereinrichtung über Monate hinweg eine reproduzierbare, gleichmäßig gute Metallabscheidung gewährleisten. Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine mit Anode, Kathode und Blendring ausgestattete Galvanisierzelle zum Einhängen in ein Galvanikbad. Diese Zelle besteht aus einem Kunststoffrohr, dessen untere Öffnung mit der Anodenfläche ausgelegt ist und dessen obere Öffnung durch einen Scheibenhalter mit der Halbleiterscheibe abgedeckt ist. Ferner gehört zu der Galvanisiereinrichtung eine auf den Einebnungseffekt abgestimmte Aktivkohlefilterung. Anwendungsgebiet ist die Mikropack-Technik.

Description

  • Galvanisiereinrichtung zur Erzeugung von Höckern auf Chip-Bau­elementen.
  • Die Erfindung betrifft eine Galvanisiereinrichtung mit einem galvanischen Bad, das unter anderem einen Einebner enthält, und die Galvanisiereinrichtung ferner eine Aktivkohlefilterung auf­weist. Diese Einrichtung dient zum Erzeugen feinstrukturierter, dicker Metallabscheidungen auf Halbleiterscheiben.
  • Für die Mikropack-Technik, einer Bauform für integrierte Schal­tungen, sind auf den Chip-Bauelementen aufgalvanisierte Höcker erforderlich, die etwa 18 µm über die Chip-Oberfläche herausra­gen. In der Draufsicht besitzt der Höcker im allgemeinen eine quadratische Form, wobei die Seitenkanten eine Länge von 140 µm, 100 µm und kleiner aufweisen. Trotz der ungünstigen Aus­gangsbasis, im Mittelbereich der Höcker sind Vertiefungen von maximal 8 µm bis zum Anschluß-Pad vorgegeben, soll die Höcker­oberfläche nahezu plan sein.
  • Mit den bekannten Galvanisiereinrichtungen ist es aufgrund der Makrostreufähigkeit nicht möglich, über die Fläche einer zum Beispiel 100 mm-Halbleiterscheibe, mit Ausnahme eines schmalen Randbereiches, eine Gleichmäßigkeit für die Höckerhöhe von ± 1,0 µm zu erreichen. Unter den die Streufähigkeit bestimmen­den Faktoren sind die geometrischen Eigenschaften des Systems, die die primäre Stromverteilung bestimmen, an erster Stelle zu nennen. Zu ihnen gehören die geometrischen Formeln von Anode, Kathode und Elektrolytbehälter sowie die Anordnung der Elektro­den im Elektrolytbehälter und ihr Abstand von den Gefäßwandun­gen.
  • Die Galvanisiereinrichtung zum Erzeugen feinstrukturierter, dicker Metallabscheidungen auf Halbleiterscheiben muß außerdem über Monate hinweg eine reproduzierbare, gleichmäßig gute Me­tallabscheidung gewährleisten. Darüber hinaus ist zu verhindern, daß sich Abbauprodukte, die eine gute Metallabscheidung stören, ansammeln können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschrie­bene Galvanisiereinrichtung zu konzipieren, die die erwähnten, extremen Anforderungen erfüllt. Alle bekannten Galvanisierein­richtungen setzen hierzu wenigstens einen planen Untergrund voraus.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­zeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausfüh­rungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ansprüchen angegeben.
  • Mit der Galvanisiereinrichtung nach der Erfindung ist es mög­lich, Höcker mit nahezu planer Oberfläche zu erzeugen und über den gesamten Bereich einer Halbleiterscheibe eine gleichmäßige Metallisierungsdicke zu erreichen. Außerdem gewährleistet diese Einrichtung auch über Monate hinweg eine reproduzierbare, gleichmäßig gute Metallabscheidung.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Darstellung einer Galvanisierein­richtung nach der Erfindung,
    • Figur 2 eine Galvanisierzelle und
    • Figur 3 einen Scheibenhalter von oben und unten gesehen.
  • In der Figur 1 ist mit 1 ein im Schnitt dargestellter Elektro­lytbehälter bezeichnet, in dem eine Galvanisierzelle 2 hängt. Ein Elektrolytbehälter kann aber auch mehrere Galvanisierzellen aufnehmen. Eine isolierte Anordenzuführung hat das Bezugszei­chen 3, ein Scheibenhalter 4 und eine Anode 5. Außerhalb des Elektrolytbehälters befinden sich eine Dauerumlauffilterung 6, ein Aktivkohle-Einfahrbehälter 7 und ein Aktivkohle-Filterpum­penaggregat 8. Die Stromversorgung erfolgt über einen Strom-­/Spannungskonstanter 9.
  • In der Figur 2 ist die Galvanisierzelle oben offen und mit teil­weise aufgeschnittenem Mantel gezeigt. Mit 10 ist eine Blende bezeichnet, die auch gestrichelt in der Figur 1 angedeutet ist. Im Raum zwischen Anode und Scheibenhalter können Abschirmblen­den bzw. poröse Scheiben (Diaphragma) zum Beispiel zur gleich­mäßigen Abscheidung bzw. Filterung eingesetzt sein.
  • In der Streckmetallanode 11 ist in der Mitte eine kalottenför­mige Erhöhung 12. Im Mantel der Zelle sind in Kathodenhöhe Öff­nungen 13 für den Elektrolytaustausch (Durchströmung) vorgesehen.
  • Als oberer Abschluß der in der Figur 2 dargestellten Galvani­sierzelle dient der Scheibenhalter 4, dessen Körper in der Fi­gur 3 mit 14 gekennzeichnet ist. Im Scheibenhalter werden die Scheiben 15 mit zwei Kontaktierspitzen 16 gehalten. Mit 17 sind der Kathodenanschluß und mit 18 der Blendring bezeichnet.
  • Die Figur 1 umfaßt die wesentlichen Elemente der Galvanisierein­richtung, und zwar die Galvanisierzelle 1, die Umlauffilterung 6 zur Beseitigung von Verunreinigungen und eine jederzeit zu­schaltbare Aktivkohlefilterung 7/8. Die Galvanisierzelle be­steht aus einem Kunststoffrohr. Zur Erzeugung einer guten Strom­verteilung (Makrostreuung) ist die Anodenfläche identisch mit der unteren Öffnung im Kunststoffrohr ausgelegt. Der Scheiben­halter 4/14 mit der Halbleiterscheibe 15 und einer Galvanisier-­Ringblende 18 überdeckt die obere Öffnung.
  • Die Ringblende 18 wird je nach Erfordernis mit einem Isolier­lack bedeckt, wodurch sich die Makrostreuung noch optimieren läßt. Bei der insbesondere für die Kupferabscheidung gestalte­ten Galvanisierzelle erhielt die unlösliche Titan-Streckmetall­anode zur Unterstützung einer guten Stromverteilung zum Bei­spiel die aus der Figur 1 ersichtliche Form. Die erforderliche lösliche Anode ist in Form von Kupfer-Granalien oder Pallets in die Streckmetallanode eingefüllt.
  • Um die bei der Metallabscheidung störenden Verunreinigungen zu vermeiden, wird der Elektrolyt ständig durch ein Kerzen-Filter (Maschenweite ≦ 10 µm) als Dauerumlauffilterung gepumpt. Damit ist die notwendige Bewegung des Elektrolyts in Pfeilrichtung gewährleistet. Von größerer Bedeutung für eine gute Metallab­scheidung ist jedoch die Entfernung der Abbauprodukte.
  • Erfindungsgemäß ist hierfür eine besondere Aktivkohlefilterung 7/8 vorgesehen. Unter besondere Aktivkohlefilterung ist zu ver­stehen, daß diese Filterung unter Verwendung eines Aktivkohle getränkten Papier- bzw. Kerzenfilters erfolgt, das im besonde­ren die niedermolekularen Bestandteile adsorbiert. Bei einer täglichen, zeitoptimierten Aktivkohle-Filterung werden die Ab­bauprodukte und der Einebner ausgearbeitet. Das Netzmittel bleibt be richtiger Wahl der Aktivkohlefilter im Bad erhalten. Die Optimierung bezieht sich auf die Wahl des richtigen Ver­hältnisses der täglich anfallenden Abbauprodukte und Einebner in bezug auf die Fläche des Aktivkohlefilters. So soll zum Bei­spiel 1 Liter Elektrolyt 12 mal durch eine Filterfläche von 1 dm² durchgepumpt werden.
  • Vor Arbeitsbeginn wird jeweils an einem Arbeitstag zuerst die Aktivkohlefilterung durchgeführt, wobei die Abbauprodukte mit dem Einebner entfernt werden. Die erneute Zugabe von ca. 0,1 bis 0,5 ml/l Einebner nach der Aktivkohlefilterung in den von Abbauprodukten und benutzten Einebner gereinigten Elektrolyt hat eine besondere Bedeutung für die Qualität der Metallab­scheidung. Der frisch zugegebene Einebner wirkt über den Zeit­raum etwa eines Tages sehr stark. Danach läßt die einebnende Wirkung deutlich nach. Die vorgegebenen Vertiefungen bilden sich an der Höckeroberfläche dann wieder in konkaver Form (∼4 µm) ab.
  • Eine weitere Zugabe von Einebner ohne die besondere Aktivkohle­filterung bringt nicht mehr die starke einebnende Wirkung, son­dern verändert völlig die Abscheidungscharakteristik, so daß ein gegenteiliger Effekt der Einebnung entsteht.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann zum Beispiel statt Ein­ebner allein Glänzer allein oder Einebner und Glänzer Verwen­ dung finden.

Claims (9)

1. Galvanisiereinrichtung zum Erzeugen feinstrukturierter, dicker Metallabscheidungen (zum Beispiel Höcker auf Chip-Bau­elementen auf Halbleiterscheiben), mit einem galvanischen Bad, das unter anderem einen Einebnen enthält, und die Galvanisierein richtung ferner eine Aktivkohle-Filterung aufweist, da­durch gekennzeichnet, daß eine mit Anode (5), Kathode (17) und Blendring (18) ausgestattete Galvanisier­zelle (2) zum Einhängen in das Galvanikbad vorgesehen ist, daß die Galvanisierzelle die Halbleiterscheibe (15) in einem wech­selbaren Scheibenhalter (4/14) mit elektrischer Kontaktierung sowie Halterung und elektrisch verbundenem Blendring ohne Ab­schattung der zu galvanisierenden Scheibenfläche aufnimmt, und daß ferner eine auf den Einebnungseffekt abgestimmte Aktivkoh­lefilterung (7/8) angeordnet ist.
2. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisierzelle (2) aus einem im Elektrolyten eingehängten, offenen Kunststoffrohr besteht, dessen untere Öffnung mit einer sich über die gesamte Rohröffnung erstreckenden kalottenförmigen Anode (5) ausgelegt und dessen obere Öffung durch den Scheibenhalter (4, 14) mit der Halbleiterscheibe (15) überdeckt ist.
3. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Scheibenhalter (4, 14) zwei Kontaktierspitzen (16) und eine in ihrer Fläche ver­änderbare Galvanisier-Ringblende (18) vorgesehen sind.
4. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen Anode (5) und Scheibenhalter (4, 14) zusätzliche Abschirmblenden bzw. poröse Scheiben (Diaphragma) eingesetzt sind.
5. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisier-Ringblende (18) zur Verkleinerung je nach Erfordernis mit einem Isolier­ lack bedeckt ist.
6. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Galvanisier-Ringblende (18) zur Vergrößerung der Fläche über die Fläche des Scheiben­halters (4, 14) hinausragend ausgebildet ist.
7. Galvanisiereinrichtung für fluorid-freie Bäder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenfläche (5) als unlösliche Titan-Streckmetallanode (11) gitterförmig ausgebildet und die lösliche Anode im Kontakt mit der Kalotte eingefüllt ist.
8. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aktivkohlefilterung (8) Verwendung findet, die vorzugsweise die niedermolekularen Bestandteile des Bades, das heißt den verbliebenen Einebner und Abbauprodukte, herausfiltert und das hochmolekulare Netzmittel im bad beläßt.
9. Galvanisiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß statt Einebner Glänzer bzw. Einebner und Glänzer Verwendung findet.
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