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介紹

對于集成電路(IC)芯片，焊盤金屬化是在晶片被切割和芯片被封裝之前的制造過程中的最后一步。自集成電路工業(yè)開始以來，鋁(Al)一直是使用最廣泛的互連金屬。然而，在過去十年中，它已被新一代IC的銅(Cu)互連所取代。與鋁不同，銅易受環(huán)境退化的影響，并且由于可靠性問題而不能用于金(Au)引線鍵合。因此，對于Cu互連技術(shù)，IC制造商要么用Al覆蓋Cu，要么用Al 成最后的互連層。

本文介紹了使用化學(xué)鍍鎳-磷/鈀(NiP-Pd)來覆蓋銅焊盤，而不是用鋁來覆蓋它。使用無電工藝覆蓋銅鍵合焊盤比其他替代方案便宜得多，因為無電薄膜可以選擇性地沉積在鍵合焊盤上。這消除了許多步驟，包括光圖案化、蝕刻和清洗。在銅墊上化學(xué)鍍鎳的工作非常有限。然而，近年來，無電NiP/無電Pd (ENEP)、無電NiP/無電鍍金(ENIG)或無電NiP/無電Pd/浸金被廣泛研究和使用，用于覆蓋引線鍵合應(yīng)用的Al焊盤以及倒裝芯片應(yīng)用的凸點下冶金。

銅覆蓋的無電鍍工藝提出了許多獨特的挑戰(zhàn)。無電鍍工藝中的所有子步驟都必須優(yōu)化，因為每個步驟都可能導(dǎo)致嚴(yán)重的缺陷問題，如腐蝕、表面污染、橋接、臺階沉積、漏鍍、結(jié)節(jié)和毯式電鍍(圖1)。腐蝕是焊盤可靠性最關(guān)鍵的問題之一，也是本文的重點。

圖?1

在無電處理過程中發(fā)生的兩種類型的腐蝕機制已經(jīng)被確定:腐蝕Cu襯底；和化學(xué)鍍鎳的腐蝕。在這兩種情況下，腐蝕副產(chǎn)物都聚集在焊盤表面。腐蝕殘留物導(dǎo)致后續(xù)步驟中的引線鍵合不粘故障。

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結(jié)果和討論

鎳腐蝕

對被腐蝕的鍵合焊盤的檢查顯示，由于焊盤表面上鎳腐蝕副產(chǎn)物的積累，焊盤變色(圖3)。根據(jù)腐蝕的嚴(yán)重程度，墊表面上的腐蝕副產(chǎn)物的量不同，在嚴(yán)重的情況下，副產(chǎn)物膜厚且破裂(見圖3c)。與表面污染的嚴(yán)重程度相關(guān)的引線鍵合失敗，顯示了晶片內(nèi)的條紋特征(圖4)。

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圖3 顯微鏡下鍍NiP-Pd的鍵合焊盤表面

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圖4 因鎳腐蝕導(dǎo)致引線鍵合失敗的芯片的晶圓圖

鍵合焊盤的橫截面顯示了鍵合焊盤邊緣周圍的鎳腐蝕(圖5)。污染最嚴(yán)重的焊盤邊緣的鎳腐蝕最少；而鍵合焊盤的清潔區(qū)域具有最高水平的Ni腐蝕。

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銅片腐蝕

在銅腐蝕的情況下，腐蝕副產(chǎn)物也在墊表面上變干(圖7)。鎳腐蝕時，腐蝕副產(chǎn)物在表面形成一層膜，膜破裂后形成一層厚的沉積物；銅腐蝕，腐蝕副產(chǎn)物以晶體形式存在。這是鎳腐蝕和銅腐蝕的主要區(qū)別。

圖10 銅腐蝕和鎳鈍化的預(yù)期動電位行為

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結(jié)論

用于接合焊盤金屬化的無電鍍工藝的實施需要用于無缺陷電鍍的子工藝的適當(dāng)優(yōu)化。除了更好地研究活化、鎳和鈀浴的效果之外，理解和優(yōu)化干燥過程對于實現(xiàn)無缺陷電鍍也是至關(guān)重要的。已經(jīng)表明NiP和Cu膜由于干燥不良而被腐蝕。在干燥過程中實施改進(jìn)，并消除腐蝕剝離化學(xué)物質(zhì)在晶片上的凝結(jié)，消除了腐蝕。