詳解化學(xué)鎳沉積技術(shù)的沉積過程

本文報道了這種化學(xué)鎳的形成，包括在100pm以下的模具,通過掃描電鏡檢查，研究了各種預(yù)處理刻蝕過程和鋅酸鹽活化對最終化學(xué)鎳碰撞質(zhì)量的影響，以幫助詳細(xì)了解活化機(jī)理，并確定它們對化學(xué)鎳碰撞形貌的影響。碰撞剪切試驗(yàn)進(jìn)行了確定最佳預(yù)處理方案，以確保化學(xué)鎳的粘合墊和電阻測量碰撞模具，確保預(yù)處理程序產(chǎn)生一個低人工智能和化學(xué)鎳之間的電阻接口。最后，使用鋼網(wǎng)印刷在UBM上產(chǎn)生焊料凸起，從而形成焊料球，在組裝過程中可以很容易地回流到PCB上。

在這項(xiàng)工作中使用了兩種類型的晶圓。A型晶片由一家商業(yè)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)，由6x6mm模具和菊花鏈測試結(jié)構(gòu)組成,焊墊為AI-Cu（1%）合金，在下午225點(diǎn)和300點(diǎn)布置在模具周圍,護(hù)墊的厚度是下午3點(diǎn)，呈八角形，寬度為晚上90點(diǎn),鈍化后的開口直徑為下午75點(diǎn),B型晶片被設(shè)計(jì)為一種測試工具，以確定化學(xué)鎳和焊料糊印刷工藝的鍵墊間距限制，并由一個大學(xué)設(shè)施制造,這種晶圓類型包括一些3x3毫米的模具與純AI的lpm厚的鍵墊,在晚上150點(diǎn)、晚上125點(diǎn)、lOOpm和晚上90點(diǎn)，鍵墊被安排在外圍和全陣列布局中形成菊花鏈結(jié)構(gòu),鍵墊是八角形的，直徑60點(diǎn)的開口，晚上150點(diǎn)，125點(diǎn)，100點(diǎn)，90點(diǎn)的直徑50點(diǎn)。

對于化學(xué)鎳沉積過程，樣品按照圖1所示的工藝路線在一系列化學(xué)浴中進(jìn)行處理。

碰撞前的表面如圖2所示。兩種晶圓類型的形態(tài)都有所不同，說明供應(yīng)商所采用的工藝在所使用的技術(shù)和加工參數(shù)上都有所不同,晶片A上的鍵墊非常光滑和均勻，有一些晶界的證據(jù),晶片B上的鍵墊表面具有粗糙的紋理結(jié)構(gòu)，有許多孔或針孔,兩種結(jié)構(gòu)的差異可能是不同的加工或不同的合金組成的結(jié)果：晶片A由AI-Cu（1%）合金組成，而晶片B為純A1金屬；B晶片上的純a1墊大約有1點(diǎn)厚，關(guān)鍵的是，局部缺陷，如針孔不能減少這個A1層的厚度，對圖2b所示區(qū)域進(jìn)行的x射線分析顯示，這些區(qū)域的A1含量存在顯著差異。第p區(qū)（多孔區(qū)域）顯示從A1層下的襯底有更高的Si信號。

在本研究中，晶片A上的AI-Cu合金鍵墊在微觀尺度上似乎是光滑的，許多晶粒在5-1Opm范圍內(nèi)(圖2a)。鋅酸處理過程中鋅團(tuán)的沉淀均勻，但較大的鋅團(tuán)在晶界線上分離。這些邊界比晶粒體具有更高的自由能，因此在鋅酸鹽溶液中更容易被激活，從而導(dǎo)致鋅粒子的成核程度更大，對鍵墊表面的仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，鋅顆粒之間形成了凹坑，這可能是由于a1的溶解導(dǎo)致溶液中鋅離子的還原而形成的。不同組成會導(dǎo)致氫氧化鈉和鋅酸溶液中不同的溶解速率，這對于晶圓B上的純a1鍵合墊尤為重要，并且很容易被這一過程損壞。

此外，在晶界的溶解速率可能更高，產(chǎn)生更不均勻的表面。通過本文發(fā)現(xiàn)，AI-Cu的溶解速率低于純鋁?？磥恚珺上A1墊的粗糙表面紋理不利于Zn層的均勻性和覆蓋范圍，經(jīng)過鋅酸鹽處理后，在這些墊片上觀察到更大的鋅島；第二個鋅酸沒有產(chǎn)生更均勻和更好的覆蓋鋅層（觀察晶片）尚不清楚，但可能是由于大殘留鋅集群形成第一鋅酸，沒有完全刪除在硝酸蝕刻過程之前第二鋅酸處理；在第二次鋅酸鹽處理期間，這些殘留的鋅團(tuán)簇可以繼續(xù)生長，從而導(dǎo)致觀察到的更大的鋅團(tuán)簇。另外第一個鋅酸步驟，純a1墊的局部變薄可能導(dǎo)致下面的硅暴露，從而顯著減少成核位點(diǎn)的數(shù)量。

在操作過程中，化學(xué)鎳層與A1襯底的良好粘附性對于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的良好可靠性尤為重要。為了測量這一點(diǎn)，對被化學(xué)鎳碰撞到下午15點(diǎn)左右厚度的晶片進(jìn)行了剪切測試，在下午7點(diǎn)的剪切高度和150碼的剪切速度下，從晶片A上的Ni凸起所獲得的剪切強(qiáng)度，與其他研究一致，雙鋅酸處理產(chǎn)生的鎳/鋁界面粘附一般優(yōu)于單鋅酸處理，很容易將這種增強(qiáng)的附著力與雙鋅酸鹽過程產(chǎn)生的非常薄、均勻的鋅層聯(lián)系起來，許多其他因素，如蝕刻的表面形貌等，也會影響附著力，并將在稍后討論。結(jié)果表明，將鋅酸鹽浸沒時間延長到40和60s對剪切強(qiáng)度不利，令人驚訝的是，如果在Ni電鍍之前在5%氫氧化鈉溶液中進(jìn)行10s蝕刻，使用10s鋅酸處理（單或雙）的Ni凹凸的剪切強(qiáng)度非常好。

在不同條件下對鍍鎳凸塊進(jìn)行剪切試驗(yàn)后的斷裂面，剪切試驗(yàn)中的凸起主要有三種失效模式，一種是來自Ni/Al界面的脆性斷裂，這是在5%氫氧化鈉溶液中10s蝕刻產(chǎn)生的Ni凸起的情況；第二種失效類型是在Ni/Al界面和在Si表面附近的A1鍵合墊處的混合斷裂，在5%氫氧化鈉溶液中腐蝕10秒后，在10秒單和雙鋅酸處理的腫塊中偶爾觀察到這種現(xiàn)象，第三種失效模式是通過在AI/%界面附近的A1墊進(jìn)行剪切，這主要是在5%氫氧化鈉溶液中蝕刻20秒后的雙鋅酸處理的凸起。

最后，利用對相互連接的焊片之間的四點(diǎn)電阻測量，對化學(xué)鎳凸起進(jìn)行了電驗(yàn)證并總結(jié)了這些結(jié)果?？梢钥闯鲣\酸鹽處理后和鍍鎳前的電阻都有所增加，在5%氫氧化鈉溶液中蝕刻的時間越長，電阻的增加就越大，這進(jìn)一步證實(shí)了A1墊的厚度減少引起的阻力略有增加，而不是鎳涂層，這與剪切試驗(yàn)結(jié)果一致。很明顯，晶圓B的A1墊片的厚度是至關(guān)重要的，在加工過程中必須小心，以保持它。

最后研究了化學(xué)鎳沉積技術(shù)，并用于生成UBM夾層，用于后續(xù)的焊膏模板印刷，以實(shí)現(xiàn)低成本的細(xì)溝翻轉(zhuǎn)芯片組裝滴。

1. 鍵合墊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)會影響UBM過程，在A晶片光滑的AI-Cu(l%)合金晶片上，比在粗糙的純AI晶片上更細(xì)、更薄、更均勻。

2. 雙鋅酸比單鋅酸產(chǎn)生單鋅酸更細(xì)、更薄、更均勻的鋅酸層，這是由于硝酸去除第一鋅層的扁平效應(yīng)，并且產(chǎn)生了更多的成核位點(diǎn)，然而并不適用于晶圓B。

3. A1鍵墊的組成和厚度會導(dǎo)致氫氧化鈉和鋅酸溶液中不同的溶解速率，在晶界處可能發(fā)生優(yōu)先蝕刻，這對于晶圓B上的純a1鍵合墊尤為重要，一樣薄可能會被這個過程損壞。

4. 在晶片A和B上都產(chǎn)生了蘑菇狀凸起，但是晶片A上的Ni凸起在形狀和表面光潔度上更均勻，因?yàn)樵阱冩囍霸诤副P上形成了更光滑、更薄和更致密的鋅酸鹽層。

5. 剪切強(qiáng)度和電阻測量已經(jīng)驗(yàn)證了晶片A和晶片b的焊盤上化學(xué)鍍鎳涂層的可靠性，通過焊膏印刷和回流在這些UBM夾層上產(chǎn)生的焊料凸點(diǎn)被證實(shí)具有均勻和足夠的凸點(diǎn)高度以及對下面焊盤的良好粘附性。
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