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芯片凸點(diǎn)電鍍中的清潔生產(chǎn)技術(shù)
羅馳,胡彥彬
(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所,重慶400060)
摘要：清潔生產(chǎn)技術(shù)越來越受到重視,我國(guó)已經(jīng)將推進(jìn)清潔生產(chǎn)提到法律的高度。通過在芯片凸點(diǎn)電鍍過程中優(yōu)選電鍍液配方及施鍍方式,采用等離子清洗技術(shù),優(yōu)化陰極夾具,改善鍍層厚度均勻性等措施,達(dá)到提高資源利用率,減少污染物的產(chǎn)生,減輕對(duì)人和環(huán)境危害的目的。
關(guān)鍵詞；芯片;凸點(diǎn);電鍍;清潔生產(chǎn)
中圖分類號(hào):TN305•97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-3365(2010)03-0434-02
1引言
電鍍是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的行業(yè),但歷來也是重度污染行業(yè)。凸點(diǎn)電鍍是最近發(fā)展起來的新型電鍍技術(shù),是將傳統(tǒng)電鍍技術(shù)應(yīng)用于微電子微細(xì)加工領(lǐng)域的典型范例。近年來,蓬勃發(fā)展的MEMS電鍍以及超大規(guī)模集成電路銅布線電鍍等高新技術(shù),代表電鍍這門古老的工業(yè)技術(shù)正迅速向高技術(shù)含量、高精度、高可靠性方向邁進(jìn)。
與傳統(tǒng)電鍍技術(shù)一樣,凸點(diǎn)電鍍過程也面臨非常嚴(yán)峻的環(huán)境問題,比如氰化物鍍金、含鉛電鍍、節(jié)能節(jié)水、三廢排放與處理等,一旦處理不好,將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大危害。本文主要探討在芯片凸點(diǎn)電鍍過程中應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù)的考慮和措施。
2芯片凸點(diǎn)的典型加工流程
目前,比較典型的凸點(diǎn)制作工藝流程主要包括焊料凸點(diǎn)制作和金凸點(diǎn)制作。
焊料凸點(diǎn)制作工藝流程[2]:清洗→濺射Ti/Cu→光刻1→電鍍Cu/Ni→去膠→腐蝕→介質(zhì)制作→光刻2→腐蝕介質(zhì)→去膠→濺射Ti/Cu→光刻3→鍍Cu/Ni→鍍焊料→去膠→腐蝕Cu→腐蝕Ti→硅片回流→檢測(cè)凸點(diǎn)→劃片分割→成品。
金凸點(diǎn)制作工藝流程[2]:清洗→濺射TiW/Au→厚膠光刻→掃膠→電鍍Au→去膠→等離子清洗→腐蝕Au→腐蝕TiW→退火→檢測(cè)→成品。一般來說,凸點(diǎn)制備過程中,主要采用電鍍銅、鎳、金、錫鉛、錫銀等鍍種,一些特殊的凸點(diǎn)工藝還使用金錫、錫、銀、銦、化學(xué)鍍鎳等鍍種。
3凸點(diǎn)電鍍中的清潔生產(chǎn)技術(shù)
3.1配方及施鍍方式
目前,凸點(diǎn)電鍍中會(huì)涉及氰化物電鍍、含鉛電鍍等問題。就施鍍方式而言,可能會(huì)涉及電鍍、化學(xué)鍍,以及物理沉積等。首先,就電鍍液配方而言,基本上能夠做到全部選用無毒/微毒工藝,避免鉛、氰化物等有毒有害物質(zhì)的使用。表1列出目前凸點(diǎn)電鍍過程中選用的電鍍配方的主要成分。
其次,在凸點(diǎn)制備過程中,會(huì)多次用到物理沉積工藝,即采用專門的設(shè)備,利用真空蒸發(fā)、濺射方式,在真空容器內(nèi)將所需金屬或非金屬原子沉積到材料的表面。比如,凸點(diǎn)工藝中Ti/Cu和TiW/Au等薄膜的沉積就是采取濺射工藝,其膜層粘附力強(qiáng)、鍍層均勻、致密,具有比化學(xué)沉積用料省、幾乎無有害物質(zhì)產(chǎn)生等特點(diǎn)。
3.2工藝過程中的清潔生產(chǎn)
在凸點(diǎn)制備過程中,為了在電鍍之前去除晶圓表面的有機(jī)沾污,保證鍍層的結(jié)合力和外觀質(zhì)量,大量使用等離子清洗技術(shù),以取代部分化學(xué)活化,這在一定程度上減少了化學(xué)廢液的產(chǎn)生。等離子清洗是利用等離子體轟擊物體表面,以達(dá)到去除污物的目的。在凸點(diǎn)電鍍銅、金等工序之前,都會(huì)用到這種環(huán)保的前處理技術(shù)。
目前,大部分制造廠家都設(shè)計(jì)了專用晶圓陰極夾具,較好地解決了晶圓與陰極的電連接問題;PP密封環(huán)將所有暴露的多余金屬全部屏蔽,避免多余面積,減少材料的浪費(fèi),同時(shí)有利于計(jì)算電流和時(shí)間與鍍層厚度的關(guān)系。
一般鍍銅、鍍鎳以及電鍍錫銀等工藝中,均設(shè)計(jì)制作特殊的陽極籃,里面盛裝相應(yīng)的陽極球,外套過濾袋,以取代陽極板。當(dāng)陽極消耗一定數(shù)量以后,直接往陽極籃里補(bǔ)充陽極球。這樣,陽極材料的利用率可以達(dá)到接近100%,較之使用陽極板,大大提高了材料利用率。
在電鍍槽邊增設(shè)噴槍,可以對(duì)電鍍完成后的晶圓進(jìn)行出槽前噴淋,噴淋水直接流回鍍槽,可以減少40%~80%的離子帶出損失,避免產(chǎn)生污染。同時(shí),由于電鍍槽一直處于抽風(fēng)環(huán)境,鍍液揮發(fā)較快,因此,補(bǔ)充的清洗水不會(huì)造成鍍槽水位的較大變化。
用于制備金凸點(diǎn)的亞硫酸鹽鍍金溶液對(duì)pH值較為敏感,pH值需要保持在6.5~8之間,否則會(huì)發(fā)生沉淀。為此,一些廠家專門設(shè)計(jì)制作了pH自動(dòng)測(cè)試和調(diào)整系統(tǒng),利用特殊玻璃電極測(cè)試鍍液的pH值,然后由PLC控制計(jì)量泵向電鍍液中自動(dòng)補(bǔ)充磷酸或者氨水,將鍍液的pH值穩(wěn)定控制在工藝范圍內(nèi),大大增加了鍍液的使用壽命,減少了溶液處理過程中貴金屬的消耗,同時(shí)也減少了其他化學(xué)物質(zhì)的排放。
晶圓上的銅導(dǎo)線和凸點(diǎn)都有最低厚度要求,以保證優(yōu)良的導(dǎo)電性能。但實(shí)際情況是晶圓中間的鍍層厚度最薄,往往需要將四周的鍍層加很厚才能保證中間的鍍層厚度。因此,在陰陽極中間增加一個(gè)電力線擋板,以調(diào)節(jié)晶圓表面的電流分布,改善厚度均勻性。這樣做提高了金屬材料的利用率,縮短了電鍍時(shí)間,節(jié)約了能源。電力線擋板一般開孔直徑約為晶圓直徑的2/3。
在電鍍過程中采取的清潔生產(chǎn)措施還包括:鍍槽邊放置回收燒杯,晶圓在沖洗前先在杯中浸泡,電鍍完后將回收溶液補(bǔ)充到鍍液中;將節(jié)能、降污等理念寫進(jìn)工藝規(guī)范、管理文件等質(zhì)量體系文件。
3.3電鍍?nèi)龔U處理
電鍍過程會(huì)產(chǎn)生大量的廢水廢液和廢渣,對(duì)于含金的廢液和廢渣以及廢舊產(chǎn)品,一般可以用亞硫酸鹽還原法進(jìn)行回收利用;其他的全部收集起來,交由專業(yè)環(huán)保公司處理。電鍍過程排放的含金屬離子的清洗水先進(jìn)入沉淀池,用氫氧化鈉進(jìn)行沉淀,然后再進(jìn)一步處理。對(duì)于產(chǎn)生的酸性、堿性或混合氣體,一般用吸收塔進(jìn)行多級(jí)處理,處理藥水一般為特定的酸液或堿液。
4結(jié)論
實(shí)施清潔生產(chǎn)是推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。促進(jìn)電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn),發(fā)展綠色電鍍是一項(xiàng)利國(guó)利民的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。作為長(zhǎng)期工作在生產(chǎn)一線的電鍍工作者,正是這項(xiàng)政策最直接的實(shí)施者,只要我們一切從人類生存與發(fā)展出發(fā),從工藝細(xì)節(jié)入手,不斷改進(jìn),不斷創(chuàng)新,就能夠取得一個(gè)又一個(gè)進(jìn)步,把我國(guó)的清潔電鍍技術(shù)推向新的高度。
參考文獻(xiàn)：
[1]馮紹彬.電鍍清潔生產(chǎn)工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.
[2]羅馳,練東.電鍍技術(shù)在凸點(diǎn)制備工藝中的應(yīng)用[J].微電子學(xué),2006,36(4):468-471.
作者簡(jiǎn)介:羅馳(1977—),男(漢族),工程師,工學(xué)學(xué)士,從事封裝及電鍍技術(shù)研究。
