半导体电镀工艺介绍

文章来源：老虎说芯

原文作者：老虎说芯

本文介绍了半导体制造工艺中Plating(电镀)工艺的原理、设备、操作和维护。

Plating 定义

Plating(电镀)是一种电化学过程，通过此过程在基片(wafer)表面沉积金属层。在微电子领域，特别是在Bump连接技术中，电镀起到至关重要的作用，用于形成稳固且导电的连接点，这些连接点是芯片封装的关键组成部分。

设备介绍

①电镀槽

电镀槽是一个容器，用来盛放含有待沉积金属的溶液。基片通过特制的架子悬挂在溶液中。这些槽通常配备有搅拌器和温度控制系统，以保持化学溶液的均匀性和适宜温度。

②电源

电镀过程需要一个稳定的电源来提供电流或电压。电源的稳定性至关重要，因为电镀过程的质量直接受到电流密度和电压的影响。通常使用直流电源，但在特定应用中也可能使用脉冲电源以优化镀层的微观结构。

操作技巧

a. 电镀液的管理

化学成分与温度：确保电镀液的化学成分和温度恒定是获得高质量镀层的关键。镀液中的金属离子浓度、pH值和有机添加剂的含量必须严格控制。温度影响镀液的粘度和离子活性，通常维持在特定范围内，例如铜镀液通常保持在20°C到25°C。

b. 电流密度与镀层时间

电流密度：电流密度是决定镀层速率和质量的重要参数。电流密度过高可能导致镀层粗糙、气泡生成和不均匀沉积。适当调整电流密度可以帮助控制镀层的均匀性和结晶性。

镀层时间：镀层时间决定了镀层的总厚度。镀层时间需要与电流密度协同调整，以确保镀层的连续性和均匀性。

c. 电镀液的维护

定期检测：定期对电镀液进行化学和物理性质的检测，可以预防污染和成分失衡。例如，镀铜液中铜离子的消耗需要通过定期添加来补充，确保电镀过程的稳定性。

维护与过滤：电镀液中可能积累各种杂质，如溶解的金属颗粒和有机污染物。使用过滤系统可以去除这些杂质，防止镀层缺陷的发生。

常见问题与解决策略

a. 镀层不均匀

原因：电流分布不均、电镀槽中溶液流动不充分或基片固定不良。

解决方法：优化电极和基片的配置，提高槽液的循环与搅拌效果，检查并调整基片的固定方式。

b. 镀层剥落

原因：基片表面清洁度不足或电镀液中有机添加剂过量。

解决方法：改进基片的清洁工艺，调整有机添加剂的使用量和种类。

c. 镀层孔洞

原因：电流密度过高、气泡附着或镀液中有杂质。

解决方法：降低电流密度，优化搅拌和过滤系统以减少气泡和杂质。

Plating是Bump工艺中的核心步骤之一，对于保证产品的质量和性能至关重要。通过精细控制操作条件和维护电镀液的质量，可以显著提高镀层的一致性和可靠性。