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芯片凸点电镀中的清洁生产技术

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-20  浏览次数:735

芯片凸点电镀中的清洁生产技术

罗驰,胡彦彬

(中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆400060)

摘要:清洁生产技术越来越受到重视,我国已经将推进清洁生产提到法律的高度。通过在芯片凸点电镀过程中优选电镀液配方及施镀方式,采用等离子清洗技术,优化阴极夹具,改善镀层厚度均匀性等措施,达到提高资源利用率,减少污染物的产生,减轻对人和环境危害的目的。

关键词;芯片;凸点;电镀;清洁生产

中图分类号:TN305•97文献标识码:A文章编号:1004-3365(2010)03-0434-02

1引言

2002年6月29日,第九届全国人大常委会第二十八次会议讨论通过了《中华人民共和国清洁生产促进法》,明确了清洁生产是指采取改进设计、使用清洁的能源和材料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施,从源头削减污染,提高资源利用率,减少或避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。这是我国首次将清洁生产提到法律的高度[1]。

电镀是国民经济中不可缺少的行业,但历来也是重度污染行业。凸点电镀是最近发展起来的新型电镀技术,是将传统电镀技术应用于微电子微细加工领域的典型范例。近年来,蓬勃发展的MEMS电镀以及超大规模集成电路铜布线电镀等高新技术,代表电镀这门古老的工业技术正迅速向高技术含量、高精度、高可靠性方向迈进。

与传统电镀技术一样,凸点电镀过程也面临非常严峻的环境问题,比如氰化物镀金、含铅电镀、节能节水、三废排放与处理等,一旦处理不好,将会对环境产生巨大危害。本文主要探讨在芯片凸点电镀过程中应用清洁生产技术的考虑和措施。

2芯片凸点的典型加工流程

目前,比较典型的凸点制作工艺流程主要包括焊料凸点制作和金凸点制作。

焊料凸点制作工艺流程[2]:清洗→溅射Ti/Cu→光刻1→电镀Cu/Ni→去胶→腐蚀→介质制作→光刻2→腐蚀介质→去胶→溅射Ti/Cu→光刻3→镀Cu/Ni→镀焊料→去胶→腐蚀Cu→腐蚀Ti→硅片回流→检测凸点→划片分割→成品。

金凸点制作工艺流程[2]:清洗→溅射TiW/Au→厚胶光刻→扫胶→电镀Au→去胶→等离子清洗→腐蚀Au→腐蚀TiW→退火→检测→成品。一般来说,凸点制备过程中,主要采用电镀铜、镍、金、锡铅、锡银等镀种,一些特殊的凸点工艺还使用金锡、锡、银、铟、化学镀镍等镀种。

3凸点电镀中的清洁生产技术

3.1配方及施镀方式

目前,凸点电镀中会涉及氰化物电镀、含铅电镀等问题。就施镀方式而言,可能会涉及电镀、化学镀,以及物理沉积等。首先,就电镀液配方而言,基本上能够做到全部选用无毒/微毒工艺,避免铅、氰化物等有毒有害物质的使用。表1列出目前凸点电镀过程中选用的电镀配方的主要成分。

其次,在凸点制备过程中,会多次用到物理沉积工艺,即采用专门的设备,利用真空蒸发、溅射方式,在真空容器内将所需金属或非金属原子沉积到材料的表面。比如,凸点工艺中Ti/Cu和TiW/Au等薄膜的沉积就是采取溅射工艺,其膜层粘附力强、镀层均匀、致密,具有比化学沉积用料省、几乎无有害物质产生等特点。

3.2工艺过程中的清洁生产3.2.1等离子清洗技术

在凸点制备过程中,为了在电镀之前去除晶圆表面的有机沾污,保证镀层的结合力和外观质量,大量使用等离子清洗技术,以取代部分化学活化,这在一定程度上减少了化学废液的产生。等离子清洗是利用等离子体轰击物体表面,以达到去除污物的目的。在凸点电镀铜、金等工序之前,都会用到这种环保的前处理技术。

3.2.2阴极夹具的工艺优化

目前,大部分制造厂家都设计了专用晶圆阴极夹具,较好地解决了晶圆与阴极的电连接问题;PP密封环将所有暴露的多余金属全部屏蔽,避免多余面积,减少材料的浪费,同时有利于计算电流和时间与镀层厚度的关系。

3.2.3使用特制阳极篮代替阳极板

一般镀铜、镀镍以及电镀锡银等工艺中,均设计制作特殊的阳极篮,里面盛装相应的阳极球,外套过滤袋,以取代阳极板。当阳极消耗一定数量以后,直接往阳极篮里补充阳极球。这样,阳极材料的利用率可以达到接近100%,较之使用阳极板,大大提高了材料利用率。

3.2.4槽边设置去离子水喷枪

在电镀槽边增设喷枪,可以对电镀完成后的晶圆进行出槽前喷淋,喷淋水直接流回镀槽,可以减少40%~80%的离子带出损失,避免产生污染。同时,由于电镀槽一直处于抽风环境,镀液挥发较快,因此,补充的清洗水不会造成镀槽水位的较大变化。

3.2.5镀金溶液pH值的检测和自动调整

用于制备金凸点的亚硫酸盐镀金溶液对pH值较为敏感,pH值需要保持在6.5~8之间,否则会发生沉淀。为此,一些厂家专门设计制作了pH自动测试和调整系统,利用特殊玻璃电极测试镀液的pH值,然后由PLC控制计量泵向电镀液中自动补充磷酸或者氨水,将镀液的pH值稳定控制在工艺范围内,大大增加了镀液的使用寿命,减少了溶液处理过程中贵金属的消耗,同时也减少了其他化学物质的排放。

3.2.6改善镀层厚度均匀性

晶圆上的铜导线和凸点都有最低厚度要求,以保证优良的导电性能。但实际情况是晶圆中间的镀层厚度最薄,往往需要将四周的镀层加很厚才能保证中间的镀层厚度。因此,在阴阳极中间增加一个电力线挡板,以调节晶圆表面的电流分布,改善厚度均匀性。这样做提高了金属材料的利用率,缩短了电镀时间,节约了能源。电力线挡板一般开孔直径约为晶圆直径的2/3。

3.2.7其他

在电镀过程中采取的清洁生产措施还包括:镀槽边放置回收烧杯,晶圆在冲洗前先在杯中浸泡,电镀完后将回收溶液补充到镀液中;将节能、降污等理念写进工艺规范、管理文件等质量体系文件。

3.3电镀三废处理

电镀过程会产生大量的废水废液和废渣,对于含金的废液和废渣以及废旧产品,一般可以用亚硫酸盐还原法进行回收利用;其他的全部收集起来,交由专业环保公司处理。电镀过程排放的含金属离子的清洗水先进入沉淀池,用氢氧化钠进行沉淀,然后再进一步处理。对于产生的酸性、碱性或混合气体,一般用吸收塔进行多级处理,处理药水一般为特定的酸液或碱液。

4结论

实施清洁生产是推动我国国民经济实现可持续发展的重要保障。促进电镀行业清洁生产,发展绿色电镀是一项利国利民的长期战略。作为长期工作在生产一线的电镀工作者,正是这项政策最直接的实施者,只要我们一切从人类生存与发展出发,从工艺细节入手,不断改进,不断创新,就能够取得一个又一个进步,把我国的清洁电镀技术推向新的高度。

参考文献:

[1]冯绍彬.电镀清洁生产工艺[M].北京:化学工业出版社,2005.

[2]罗驰,练东.电镀技术在凸点制备工艺中的应用[J].微电子学,2006,36(4):468-471.

作者简介:罗驰(1977—),男(汉族),工程师,工学学士,从事封装及电镀技术研究。

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