在半导体制造的 “金属化赛道” 上，电化学沉积（ECD）设备以 “自下而上填充” 的独特优势，成为铜互连与先进封装的核心装备。SEMI 数据显示，2023 年全球 ECD 设备市场规模达 15 亿美元，其中逻辑芯片铜互连设备占比超 50%，其技术革新直接影响 7nm 以下制程的量产进度。
ECD 通过施加直流电场（1-5V），使铜离子（Cu²+）从电解液中定向沉积到晶圆表面的种子层上，形成致密铜薄膜。该工艺具有三大特点：
· 高深宽比填充：在深宽比＞30:1 的通孔中，可实现无空洞填充，优于传统 PVD + 电镀组合工艺；
· 低温沉积：工艺温度＜50℃，兼容铝、钛等敏感材料；
· 高纯度薄膜：铜纯度达 99.999%，电阻率低至 1.7μΩ・cm，接近单晶铜水平。
在 7nm 逻辑芯片中，ECD 用于次微米级（＜0.1μm）铜互连线段的填充。台积电、英特尔的产线数据显示，采用 ECD 工艺的铜互连电阻较传统大马士革工艺降低 12%，电迁移寿命提升 50%，这使得芯片的动态功耗降低 8%，运算速度提升 15%。在 3nm 制程中，ECD 进一步升级为 “脉冲电化学沉积”，通过脉冲电压（100kHz 频率）调控铜离子沉积速率，使薄膜晶粒尺寸从 50nm 细化至 20nm，进一步提升可靠性。
在 2.5D/3D 封装中，ECD 用于直径 5-10μm、深度 50-100μm 的 TSV 通孔填充。某国产厂商的设备通过优化电解液循环速度（5-10L/min）与阴极电流密度（10-20mA/cm²），使 TSV 通孔的填充时间从传统电镀的 2 小时缩短至 40 分钟，且空洞率＜0.1%。该技术已被长电科技用于高端 CPU 的扇出型封装，良率提升至 99.5%。
尽管 ECD 设备市场长期被 Lam Research、泛林集团垄断，但国产厂商已实现 28nm 制程的全流程覆盖。2023 年某国产厂商的 ECD 设备在华虹半导体 28nm 产线稳定运行，铜互连薄膜的厚度均匀性误差＜1.8%，颗粒污染率＜3 个 / 晶圆（300mm），成本较进口设备低 35%。在第三代半导体领域，国产 ECD 设备已用于 SiC 功率器件的铜焊盘沉积，结合超声辅助电镀技术，界面结合强度提升至 50MPa 以上。
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结语：当 “溶液中的原子迁移” 替代 “真空中的离子轰击”，ECD 设备用 “电化学智慧” 破解了金属化工艺的精度与成本难题。随着国产厂商在脉冲沉积、多金属共沉积等领域的突破，这项技术将成为中国半导体产业链在先进制程与先进封装中 “换道超车” 的关键抓手。
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