晶圆电镀：制作工艺及性能指标

2021-11-30 17:15

光电子技术和芯片知识

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1、晶圆电镀金常用工艺过程：

1、在晶圆上先做打底层金属，什么CrNiAu； TiPtAu； AiWAu等形成导电层。

2、涂光刻胶、光刻电镀需要的图案。

3、清洗后进行电镀

4、去掉光刻胶，也会撕掉部分不需要的图案处的金

5、去胶清洗

6、退火

2、电镀工艺控制

　　电镀工艺参数的控制对镀层性能的影响很大。现以氰化物电体系镀金药水为例，详细介绍电镀金工艺中需要控制的几个主要参数：

　　（1）电流密度：0．1～1．0A／dm2

　　2电流密度的提高，镀层的表面粗糙度增加。

　　（2）温度：40～80℃

　　镀液温度高于40℃后，温度继续升高，镀层的粗糙度变化不是很明显，一般是在100nm左右。随着温度升高，镀层硬度将有所下降。

　　（3）pH：5．0～7．0

　　pH对镀层表面粗糙度的影响趋势为：随着pH逐渐升高，镀层表面粗糙度略有增加，但仍保持在100nm以下。

　　提高pH值，允许的电流密度将提高，镀层中的金含量提高，同时镀层的硬度和内应力将有所下降。

　　（4）金质量浓度：8～20g／L

　　提高镀液中金的质量浓度，可提高电流密度范围，提高金的沉积速度。金的质量浓度提高，镀层的光亮度和均匀度都有改善。

　　（5）密度

　　随着镀液使用的时间逐渐延续，镀液的密度将越来越大，镀层的粗糙度也会越来越大。另外，镀金液由于金盐质量浓度低，需要大量的导电盐来支持电极过程的进行，导电盐的质量浓度可通过镀液的密度来反映。

　　（6）流量：10～30L／min

　　电镀时的流量控制也很重要，因为流量的大小对镀层的性能会有影响，如果流量太小，则离子交换速度慢，镀层粗糙；若流量太大，金离子未来得及被还原就被带走，这样镀层会变得疏松。另外，如果使用的电镀设备是杯镀，在电镀过程中如果流量始终不变的话，那么停留在晶圆中间的气泡就会一直停留在那里，容易在镀层上形成凹孔。此时若突然改变流量，则气泡所受到的平衡力将被破坏，气泡的运动状态即可发生改变，这就是平时所讲的除泡过程。所以，杯镀设备在设计时，循环系统中采用变频器调节流量。挂镀的气泡则较容易去除。此外，镀金液应使用1μm以下的PP滤芯连续过滤。镀金液不建议使用空气搅拌。

　　（7）添加剂

　　添加剂能改善镀层的表面粗糙度，但添加时应逐步进行，总量最好不要超过5mL／L，因为添加剂的中无机成分，可能会影响金镀层的纯度，也会使镀层的硬度增大。

3、镀层性能

　　3．1镀层厚度及均匀性

　　镀层厚度量测设备可以分为接触式和非接触式两种，接触式的量测有Profiler等仪器；非接触式的量测有X－ray和干涉显微镜。

　　由于边缘效应的影响，晶圆镀金层边缘厚，中间薄。一般半导体后道封装中的引线键合和焊接工艺对within－wafer（全片均匀性）的要求是小于10％。

　　3．2镀层表面粗糙度

　　影响镀层表面粗糙度的因素主要有：电流密度、温度、pH、密度、循环流量和添加剂质量浓度。镀层表面粗糙度应控制在100nm左右，粗糙度太大或太小对引线键合和焊接都会产生不良影响。因此，我们需要保证镀层有一定的粗糙度。

　　3．3镀层硬度

　　影响镀层硬度的因素主要有：温度、循环流量、添加剂质量浓度。

　　镀金工艺后，镀层硬度还可以通过退火来调节。退火之前镀层硬度大约在100HV左右，在退火条件为300℃保温30min后，镀层的硬度一般是在60HV左右。退火效果也受退火设备的影响。

　　3．4镀层剪应力