镀镍制程技术
一.无电镀镍的作用: 便于焊接
二.化学镀镍的优点:
1. 不需外加直流电源设备
2. 可在非金属,半导体等各种不同基材上镀覆 3. 镀层厚度分布均匀 三.无电镀镍的原理:
1. 活化中心的氧化还原反应
通过对不具有催化表面的工件(芯片)的特殊预处理—清洗,活化,使其表面具有催化作用后,在工件(芯片)表面发生氧化还原反应【Ni被次亚磷酸钠还原成金属Ni-P合金而沉积在工件(芯片)表面】活用的活化剂(钯、镍、金盐)。 2. 烧渗(烧结)
金属离子在高温下有向硅晶体内部渗透扩散的特性 3. 二次镍与一次镍的结合,提高抗拉力
用硝酸洗去氧化镍后,芯片的表层镶嵌的镍磷合金就是催化剂,使得氧化还原反应在一次镍表面进行,一次镍与二次镍结合起来 四.影响化学镀镍的因素: 1. 活化前处理:
电桨蚀刻除去表层的SiO2及歼留的玻璃层;B浸泡1:10的HF,除去残留的SiO2.露出新鲜的硅层,便于硅层与活化剂作用形成活化中心,促进氧化还原反应的进行
电桨蚀刻不凈,浸泡1:10的HF时间不足,导致氧化层,玻璃层除去不撤底,最终导致芯片表面镀不上镍,或者影响镍层在芯片表面的附着,导致一次镍与芯片之间的Peeling 2. 活化处理:
A.活化剂的不同极其严重的影响一次镍的质量 氯化钯
氯化金 实验试作结果:采用氯化钯+氯化金活化更能提高镀
镍效果 氰金化钾 B.活化时间:
活化时间过短:活化不足,镀镍效果不佳
过长:a浪费物料;b增加活化后冲洗的难度 C.活化后清洗:
活化后之芯片必须漂洗干凈,以免活化剂带入镀镍液中,造成镀镍液自然发生氧化还原反应而失效
3. PH值:
碱性镀镍PH:8-9
A . PH值过低,反应慢,沉积速度低
B.PH值过高,溶液会反应剧烈,呈沸腾状,出现深灰色镍粉(溶液自然分解的象征)
操作中可以添加氨水来补充蒸发了的氨和中和沉积反应时产生的酸 4. 温度:
温度对沉积速度影响很大,温度俞高,沉淀速度俞快,当温度低于700C反应已不进行,当温度高于950C时,将大大降低溶液的稳定性,特别是加热不均匀,PH值偏高时,很容易的自然分解 5. 镀镍的时间:
时间过长,沉积的镍层过厚,在烧结时会导镍层致脱落,镀镍失败
时间过短,沉积的镍层过薄,烧结渗入芯片中的镍层不足,不会与二次镍足够的接合在一起,导致抗拉力不足。
本公司镀镍工艺采用渐延长时间的镀镍工艺,2-4min,控制镍层在一个比较均匀的范围内 6. 烧结:
由于热能的驱动,加上镍是比较活泼的金属,在高温下镍极易向硅层中渗透。 控制点:
A.氮气的流量 因镍在高温下极易氧化,氮气作为保护气体必须提供足够的保护作用 B.推拉杆的速度:
推进的速度过快:热应力过大,层与硅层的附着性降低
拉出的速度过快:芯片过热的情况下拉至炉口导致镍层氧化 C.在炉口冷却足够时间: 防止芯片镍层氧化
7. 去氧化镍及清洗: 目的:
A.去没有烧渗入硅层内部多余的镍层及氧化镍,为二次镍作与一次镍结
合提供清洁,无杂质干扰的环境 B.如氧化镍除去不凈,它会增高VF 工艺条件:
85℃热硝酸浸泡4min,浸1:10HF30秒,振清洗10:15min. 控制重点:
A.将一次镍外表的氧化镍及其它杂质振荡清洗撤底,如清洗不凈会导致一次镍与二次镍之间的结合不良,最终导致一次镍与二次镍之间的peeling.
B.针对Open/Junction之芯片在镀二次前浸的1:10的HF的酸性必须
比较弱,以致不损伤渗入芯片内部的镍层,不致一/二次镍间peeling一般用使用6批以后的1:10HF酸.
8. 镍层的均匀性:
A.镀镍时,有效的提动芯片,使整体芯片沉积均匀. B.控制镀镍时的温度的波动性,避免产生片状镍层.
C.O/J镀一次镍前浸冷镍水,避免反应过于剧烈,导致镍层不均. 9. 镀完镍后之芯片的保护: 控制点:
1).要将镍液撤底冲洗干凈,脱水,烘烤,如不能将镀镍液冲洗干凈,芯
片上镀镍液在空气中会腐蚀镍层. 2) . 绝对禁止将镀好镍的芯片存放在酸雾的地方,避免腐蚀镍层.
3).GPP芯片覆盖金属层以保护镍层;O/J芯片最好在干燥,绝氧的条件
下(如氮气柜中保存)
10.镀镍液的组成及配比:
A.一般增加镍盐浓度并不能相应镍的沉积速度(低浓度范围内除外)镍盐浓度过高,导致镀液稳定性下降,并易出现粗糙镀层.
B.次磷酸钠浓度(0.15~0.35mil 16-37G/L)浓度过高易引起镀液自然分解,浓度过低,沉积速度过慢
Ni2+/[H2PO2]的摩尔而比在0.4左右较合适. C.络合剂: (由于氧化还原反应的进行,次磷酸盐被氧化成亚磷酸盐,为防止亚磷酸镍微粒析出,可在溶液中添加柠檬酸钠等络合剂(酸性10-15G/L)碱性镀镍,常用焦磷酸或铵络合剂. D.缓冲剂:
为防止PH值的剧烈变化,常加入缓冲剂.
五.化学镀镍液的维护:
1 .避免镀镍液空载时间过长.
调节好PH值的镍水不易存放时间过长.
2. 浸过活化剂的芯片要清洗干凈才可镀镍,避免镍水分解
3. 镍水加热时温度不得超过95℃
4. 镀镍完毕后,要定期清洗镀镍槽,槽底和槽壁不得有残留海棉状镍存在,它会成为溶液自然分解的活化中心. 5. 为防止出现片状镀层(镀层脱落),在施镀时要严格控制工作控制工作温度,波动范围不超过±2℃
6. 避免金属层或固体粒子落入镀镍液中.
O/J.镍Peeling的改善
一、Ⅰ次镍与硅层间Peeling. Ⅰ次镍没有烧渗入硅层内部,或者渗透量不足. 原因分析:1.芯片清洗不凈,导致1次镍与芯片结合不好,阻挡镍层的渗入. 2.活化效果不佳,导致1次镍与芯片结合不佳,在烧结时镍层无
法均匀的渗透入硅层内部.
不良现象:洗硝酸后,芯片外观发蓝(无镍层扩散至硅层内部) 改善措施:1.增加自动提涮清洗设备(2002年底完成),提高清洗效果. 2.由氰金化钾活化,改用氯化金活化,并增加浸冷镍水,提升一
次镀镍效果(2000年8月份完成).
二、Ⅱ次镍与Ⅰ次镍之间Peeling(Ⅱ次镍与Ⅰ次镍结合不佳) 原因分析:1. HNO3去氧化镍后,振荡清洗不凈.
2. 镀Ⅱ次镍前浸1:10HF酸性过强,损伤Ⅰ次镍的表层. 不良现象:1. 焊接后做剥裂实验,断裂面两面都是镍层.
2. 二次镍后,出现不均匀的镍层花纹.
改善措施:1. HNO3去氧化镍后,振荡清洗增加更换纯水的频率(由每批
更换一次增加到三次).(已在2000年9月份完成). 2. 降低Ⅱ次镍前1:10HF酸的酸性,镀Ⅱ次镍前使用的HF(1:10)为使用过6批芯片以后的HF(已在2000年11月份完成).
三、镍层与焊片间浸润性不好.断裂 原因分析:1. 晶粒清洗不凈 2. 镀镍后的芯片,晶粒受酸汽腐蚀,存放过久,镍层轻度氧化. 改善措施:1. 镀镍完成后,禁止存放在酸汽严重的区域.
2. 密封保存.
※ ※ 标记为蓝色部份请制造部加强管制,有异常立即通知工程.
二极管芯片扩散制程分绍
一、分类:
在扩散制程中,依照产品不同,在供货商无法细分类时,需选择合适之芯
片阻值及厚度,利用球型测量仪及四点探针将其分类后,方可扩散出合适之电性。 二、清洗:(表面清洗)
1、 清洗的目的是为了去除硅晶圆表面上的氧化层及杂质,包括重金
属如铁、铜、油污和尘埃等。不同制程之前,大多需经过一道或几道的清洗,有些公司用酸类,将芯片表面减薄,即以HNO3(硝酸)、CH3COOH(冰醋酸)、HF(氢氟酸)、以5:0:1的配比,有些公司则利用哈摩粉(HAEM-SOL)为清洗材料。
2、在此硝酸与硅芯片起反应生成二氧化硅之氧化硅(SIO2)再由氢氟酸将二氧化硅之氧化层去除,冰醋酸则可降低酸温之反应速度。尿素则为缓冲用。
3、因此道工序使用的混合酸亦有将芯片表面之厚度蚀刻减薄之作
用,时间上控制及酸温相当重要,清洗后亦需抽测厚度是否属于正常范围内。(亦可用氢氧化钾-KOH)
4、清洗后应即刻去做完磷扩,以避免芯片表面再度氧化及污染,未
及时进炉,则应置于氮氧柜内,在8小时内,应做完磷硼扩。
5、清洗所用的水为去离子水(D. I. WATER)12M奥姆-18M奥姆-CM
左右。 三、磷扩散(P)
1、将磷纸(主要成分为P2O5和AL2O3)和N型基材(RAW. WAFER)之硅芯片层层堆栈,紧密压重后以12500C之高温,4–12HR不等(依产品)时间,磷即可掺入硅芯片表面成为负型硅(N-TYPE),二极管之N面即在此产生。(磷纸为P35或P70K)
2、N型半导体中,其主要带电粒子为带负电的电子。纯粹的硅在
室温不易导电,加入磷(P)或硼(B)取代硅的位置就会产生自由电子或自由电洞,加以偏压后就可轻易导电。
半导体芯片镀镍技术及peeling 处理
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