首頁 MOSFET正面金属化工艺高CP值选择-化学镀

MOSFET正面金属化工艺高CP值选择-化学镀

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MOSFET正面金属化工艺高CP值选择-化学镀

by ruby

发布日期:2019/1/8
发布单位:iST宜特

我们知道FSM工艺包括化学镀、溅镀,
你知道哪一种是成熟稳定,且可靠性极佳的工艺?
哪一种是CP值高,可以有较低的成本及较短的生产时间呢?

上个月小学堂我们得知,溅镀制程需经过高真空溅镀、黄光制程、蚀刻多道工艺,是一套成熟稳定、可靠性极佳的工艺,许多车用电子厂商与高端应用制造商均使用此工艺。

而较为成本导向的消费性产品所应用的MOSFET则较适合使用化学镀来做,可以有较低的成本及较短的生产时间。

化学镀工艺最大特色是,只需利用一系列的氧化还原反应,将镍金/镍钯金选择性的成长在铝垫上,完全不需要经过高真空溅镀/黄光工艺/蚀刻工艺,因此成本可降低,生产时间也可改善。是绝佳高CP值选择的MOSFET正面金属化工艺。那么本月小学堂,将深入介绍化学镀工艺如何进行。

  • 一、化学镀工艺最重要的起始点-前处理

    (一)铝垫的清洗和蚀刻

    前处理主要是在进行铝垫的清洗和蚀刻,将铝垫表面的有机物残留以及自然氧化物(Native oxide)去除,并使铝垫的表面成为亲水性,使表面湿润,并进行铝垫的微量蚀刻,确保铝垫能够完全和后续的锌活化药液反应。

    因此针对不同的前段代工厂所产出的不同的铝垫进行适度的调整前处理是一个非常重要的步骤。如图一所示,如果前处理蚀刻调整不当,铝垫将有严重损耗和破洞,使得后续的镍填入空洞中,这将使得后续界面连接处在可靠度测试中发生失效的情况。若是理想的前处理工艺,将会使得铝垫的蚀刻,致密而均匀,如图二所示。

    图一、前处理不当,使铝垫大量损失的情况

    图二、前处理得当时,铝垫的蚀刻,致密且均匀

    (二)如果前段代工厂的铝垫开窗工艺(Pad Opening)蚀刻不净该怎么办?

    另外,前段代工厂的铝垫开窗工艺 (Pad Opening)也是非常重要的步骤。实务上,宜特有客户因前段代工厂之铝垫开窗工艺(Pad Opening)蚀刻不净,导致镍金属成长厚度不足,宜特协助客户以改善前处理之方式,使得客户在其他同业无法顺利成长的化学镀工艺得以顺利成长,由此足见前处理的重要性。

    前处理可说是化学镀工艺最重要的起始点,如果前处理不当,将使得后续的锌活化和镍钯金成长发生异常。而宜特有经验丰富的前后段工艺整合团队,可针对个别产品进行前工艺的调整,使得客户可以得到稳定的化学镀工艺。

  • 二、锌活化

    (一)第一次鋅活化

    在完成前处理后,机台的机械手臂会自动化的将晶舟送到第一次锌活化槽进行锌活化,此时槽内的反应可以用式一来描述,铝Al会在反应中被氧化成铝离子Al3+溶解在溶液中,而锌离子Zn2+则会被还原成锌Zn成长在铝垫的表面

    2Al + 3Zn2+ ⇋ 2Al3+ + 3Zn (式一)

    (二)第二次锌活化

    随后,利用硝酸将表面粗糙的锌活化颗粒移除后,再进行第二次的锌活化工艺,锌的活化颗粒表面将较为致密,因此目前各化学镀同业均以进行两次锌活化为主要标准工艺,避免表面形态(Surface Morphology)不佳註一

  • 三、成长镍金或镍钯金

    (一) 镍槽导入了在线实时监控系统

    此时,已完成前处理及锌活化的工艺,便可开始依客户之需要进行镍金或镍钯金的成长了,镍槽中利用次磷酸盐和水的反应提供电子,使得锌成为锌离子,镍离子及磷离子则成为镍和磷,沈积在铝垫上。反应式如式二、式三、式四所示。一但完成了镀镍程序后,由于镍本身有催化能力,后续的钯金的镀膜,只要选择合适的化学药剂即可持续进行。

    H2PO2+ H2O → H2PO3+ 2H+ + 2e (式二)
    Ni2+ + 2e → Ni (式三)
    H2PO2 + e → P + 2OH (式四)

    也因此,镍的镀槽是所有工艺中,最为关键的步骤,必需要严格的做好控制,由于宜特有经验相当丰富之技术团队,在工艺建置之初,便在镍槽导入了在线实时监控系统(In-situ Monitoring System),使得系统可自动取样镍槽,自动检测PH值和利用光电比色计检测吸收率,并配合自动补液系统(Auto-doping),进行化学药液的调整,使得后续镀膜工艺稳定运作。

    随后的钯槽和金槽,分别使用次磷酸盐产生电子,使得钯离子及磷离子则成为钯和磷,而在金槽则是使用亚硫酸金的错合物,将金成长在镍上或是钯上。

    (二)成长镍金或镍钯金最怕遇到跳镀、缺镀

    目前已有多家客户验证通过,开始量产,举客户A, B为例,由晶圆外观来看,颜色均匀,如图三所示,若是个别以显微镜观察铝垫区域,可以看到不论是在芯片的上中下左右都是没有跳镀、缺镀的情况发生,如图四所示。

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    tech_20190108_4

    图三、A与B公司化学镀后之晶圆外观

    图四、化学镀后之铝垫外观

  • 四、化学镀工艺总复习

    化学镀工艺的程序,总结而言,就是如图五所示,先进行前处理后,进行第一次的锌活化 (Zincation)后以硝酸(HNO3)移除较粗糙的锌活化颗粒后,再进行第二次锌活化后,便可形成较细致的锌活化颗粒,接着进行镍金/镍钯金(NiAu / NiPdAu)成长。

    图五、化学镀工艺流程图

化学镀工艺完成后,会再进行后续的晶圆薄化,宜特是目前唯一的可以将化学镀和后续晶圆薄化(BGBM)、CP及Die Process完整结合的企业,可以让客户的晶圆在完成前段代工后,直接送至宜特厂房从晶圆变成晶粒(Dies),完整的一站式服务。
本文与各位长久以来支持宜特的您,分享经验,若您对MOSFET晶圆后端工艺整合服务,想要更进一步了解细节,欢迎洽+886-3-579-9909分机5802谢先生(Felipe) │Email: web_sp@istgroup.com 或洽中国免费咨询电话,400-928-9287│ Email: marketing_chn@istgroup.com

注一: 參考JH Lee, IG Lee, T. Kang, NS Kim, and SY OH, The Effects of Bath composition on the Morphologies of Electroless Nickel Under Bump metallurgy on Al Input/Output Pad, Journal of Electronic Materials, Vol. 34, No. 1, (2005).

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