在半導體研發與封裝領域，實驗室晶圓電鍍設備是實現晶圓級金屬化的核心工具，其作用涵蓋芯片凸點（Bumping）制備、TSV（硅通孔）填充、RDL（重布線層）鍍膜等關鍵工藝。相較于量產設備，實驗室設備更注重靈活性、高精度與科研適配性，為高校、研究所及企業研發團隊提供從納米級互連到工藝優化的全面支持

一、核心功能與技術原理

電化學沉積技術

銅電鍍：用于TSV填充、 Damascene 溝槽鍍銅，需添加劑（抑制劑、加速劑、整平劑）控制深孔覆蓋能力。

金/鎳凸點電鍍：BEOL（后段互連）中制備微焊盤，要求鍍層厚度均勻（誤差<±2%）、表面光潔（粗糙度<5nm）。

錫銀合金電鍍：3D封裝中低溫互連（如扇出型FOPLP），熔點匹配焊料需求。

通過陰極（晶圓）與陽極的電位差驅動金屬離子還原，形成致密鍍層。

典型工藝：

特殊場景適配

三維集成（3D IC）：高深寬比TSV（直徑<10μm，深度>100μm）的底部填充，需脈沖電鍍或噴流技術改善深孔覆蓋。

晶圓修復：局部電鍍修復劃痕或缺陷區域，恢復金屬層連續性。

材料研究：探索新型鍍液（如無氰鍍金）、納米顆粒復合鍍層（如石墨烯/銅共沉積）對性能的影響。

二、設備架構與關鍵技術

模塊化設計

多工藝兼容：支持直流電鍍、脈沖電鍍、循環伏安法（CV）等模式，適應不同材料與結構需求。

小型化腔體：可處理4-12英寸晶圓，兼容切割片、碎片及定制化小批量實驗。

精密控制系統

參數調控：電流密度（1-200 mA/cm2）、溫度（10-80℃）、pH值（在線監測）獨立調節，支持梯度實驗。

自動化程序：預設配方庫（如標準銅鍍液配方：CuSO?·5H?O 0.8mol/L + H?SO? 0.1mol/L），支持多步驟連續操作（清洗-活化-電鍍-退鍍）。

流體與過濾系統

噴流/旋轉噴淋：高深寬比結構采用定向噴流（如TSV側壁鍍覆），平面鍍層使用旋轉噴淋確保均勻性。

鍍液循環過濾：0.1μm~1μm多級過濾，去除顆粒雜質；在線補液系統維持金屬離子濃度穩定。

檢測與安全保障

實時監測：厚度儀（熒光法/X射線）、電阻率測試、光學顯微鏡（表面缺陷檢測）。

安全設計：防腐蝕腔體（PVDF/PP材質）、緊急停機、廢液收集與中和處理（如銅回收電解系統）。

三、應用場景與行業價值

科研與教學

材料研究：開發新型鍍液（如石墨烯摻雜銅層）、添加劑（抑制燒焦或枝晶生長）。

工藝優化：模擬產線條件（如高深寬比TSV填充），研究電流波形、溫度對應力的影響。

教學示范：晶體管電極制備、微納加工課程中的金屬化步驟演示。

封裝驗證

扇出型封裝（FOPLP）：RDL鍍金/銅線路，驗證焊盤與封裝基板的連接可靠性。

芯片堆疊（Chiplet）：混合鍵合前的凸點電鍍（如Cu Sn Ag焊料凸點），控制高度偏差<±1μm。

MEMS器件：慣性傳感器的金屬電極沉積，保障高頻信號傳輸性能。

失效分析與修復

電遷移測試：通過電鍍制備窄金屬線（寬度<1μm），研究電流承載極限。

缺陷修復：局部電鍍晶圓邊緣漏電區域或劃痕導致的氧化層損傷。

四、技術趨勢與挑戰

前沿方向

原子層電鍍（AEP）：結合ALD技術實現單原子層沉積，用于超薄屏障層（如TaN）。

綠色環保工藝：無氰鍍金、水性鍍液替代傳統有毒體系，減少危廢處理成本。

智能化控制：AI算法預測鍍層均勻性，自動補償邊緣效應（Edge Effect）。

核心挑戰

深孔填充能力：TSV孔徑縮小至5μm以下時，需解決添加劑吸附導致的孔底空洞問題。

應力控制：銅鍍層內應力（>10MPa）易導致晶圓翹曲，需通過退火或階梯電流緩解。

異質集成兼容性：多材料體系（如SiC、GaN）的鍍前處理（如種子層沉積）仍需優化。

實驗室晶圓電鍍設備是連接基礎研究與產業應用的橋梁，其高精度、高靈活性特性。隨著chiplet、3D封裝等技術的普及，設備需進一步突破深孔填充、異質材料鍍覆等難題，同時向綠色化、智能化方向演進，為半導體創新提供持續動力。