電子電鍍及表面處理技術(shù)的新進(jìn)展

1國(guó)內(nèi)和歐盟對(duì)電子器件、芯片的等向發(fā)展的需要,我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入2個(gè)階段電子信息產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)的主要產(chǎn)業(yè)。作為電子設(shè)備的此基礎(chǔ)生產(chǎn)技術(shù)，電子水電也取得了一些進(jìn)展。電子水電壓和表面處理技術(shù)的主要推動(dòng)力主要有兩個(gè)。首先，電子服務(wù)的微化已經(jīng)發(fā)展，即輕、薄、短、小。芯片的功能線寬度為90nm，在65nm或更詳細(xì)的方向上發(fā)展，制線的線寬距離也為mi級(jí)。其次，工藝環(huán)保要求日益嚴(yán)格。中國(guó)已正式通過(guò)《中華人民共和國(guó)清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》第二部分，歐盟的兩個(gè)命令（wei、rohs）已全面實(shí)施。下面只就通常所接觸到并已在實(shí)踐中取得應(yīng)用的幾個(gè)方面作簡(jiǎn)單介紹。2電子鉻技術(shù)的新技術(shù)2.1超純硫酸銅的組成及研究現(xiàn)狀1997年9月,美國(guó)IBM公司推出采用“大馬士革”鑲嵌工藝的芯片生產(chǎn)線,這是半導(dǎo)體制造技術(shù)中里程碑式的突破在大馬士革銅互連技術(shù)中需要克服的重要難點(diǎn)之一,是微溝槽的充填問(wèn)題,可能出現(xiàn)的不良結(jié)果見(jiàn)圖2。要使銅在溝槽內(nèi)充分均勻填滿,需要采取特殊組成的鍍液及電鍍技術(shù)。目前,各研究單位推薦采用的鍍銅基礎(chǔ)液成分各不相同,其中較典型的有如下組成:芯片電鍍中銅互連技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)鍍液要求極高,其基本指標(biāo)如下:金屬雜質(zhì)含量:單一金屬不超過(guò)0.1μg/mL,金屬雜質(zhì)總量不超過(guò)10μg/mL。顆粒度含量:每毫升溶液中粒徑大于0.2μm的顆粒數(shù)不超過(guò)200個(gè)。溶液中有機(jī)物的含量也有要求。經(jīng)過(guò)筆者所在公司與上海新陽(yáng)電子化學(xué)有限公司共同努力,研發(fā)的超純硫酸銅指標(biāo)如表1所示。以上鍍液已可批量生產(chǎn),并經(jīng)有關(guān)國(guó)際著名公司生產(chǎn)性考核,達(dá)到使用要求。在芯片銅互連中電鍍銅層的性能與常規(guī)電鍍銅有很大區(qū)別,除了要致密、粗糙度低以外,還有電阻率、電遷移性、應(yīng)力等一系列要求。通常在銅互連中電沉積銅性能及其測(cè)試方法見(jiàn)表2。鋁互連工藝從開(kāi)發(fā)到實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,前后經(jīng)過(guò)了30余年,相對(duì)而言,銅互連技術(shù)還是新技術(shù),人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還不充分。目前,ULSI互連技術(shù)正朝著納米方向快速發(fā)展,作為其中關(guān)鍵技術(shù)之一的銅電沉積,需要解決的問(wèn)題除了選擇和優(yōu)化鍍液組成,還包括改進(jìn)電沉積工藝以及設(shè)備裝置等。其中脈沖電流因其在改善電沉積銅層分布及物理化學(xué)性能方面的明顯作用,已成為當(dāng)前研究工作的一個(gè)重要組成部分IC芯片制作中,與表面處理有關(guān)的還有凸點(diǎn)電鍍、通孔電鍍等。2.2研磨硅片的制備化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)是實(shí)現(xiàn)銅互連技術(shù)的關(guān)鍵步驟之一。由于器件尺寸不斷縮小,光學(xué)光刻設(shè)備焦深的減少,要求硅圓晶片表面可接受的分辨率的平整度達(dá)到納米級(jí)。目前只有CMP技術(shù)可以提供整個(gè)硅圓晶片上全面平坦化。其作用原理如圖3所示。目前又出現(xiàn)了一種電化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)(eCMP,也作e-CMP早先CMP只用于硅片的拋光研磨,而在今日的銅互連(大馬士革結(jié)構(gòu))過(guò)程中,除了研磨硅材料外,還要研磨阻擋層(如TiN,TaN)和銅鍍層。因此研磨漿料組成要復(fù)雜得多。CMP技術(shù)中的核心材料有拋光墊和研磨漿料,還有含氧化劑的電解液,常用CMP漿料品種見(jiàn)表3。2.3微電鑄技術(shù)在mems制造中的應(yīng)用微機(jī)電系統(tǒng)是利用微細(xì)加工技術(shù)在單塊硅片或非硅層基體上集成了傳感器、執(zhí)行器、處理控制電路的微型系統(tǒng),簡(jiǎn)稱微機(jī)電系統(tǒng)。MEMS有如下基本特征:(1)尺寸在毫米到微米范圍之內(nèi),區(qū)別于傳統(tǒng)的尺寸大于1cm的“機(jī)械”,但并非進(jìn)入物理微觀層次。(2)MEMS中“機(jī)械”不限于機(jī)械力學(xué)中的機(jī)械,而是代表一切具有能量轉(zhuǎn)化傳輸功能的效應(yīng)(力、熱、聲、光、磁及化學(xué)、生物等)。有些MEMS器件就是利用IC制造中光刻工藝和電鍍工藝相結(jié)合制造而成的。圖5即是利用微電鑄技術(shù)獲得的微器件因此,電沉積技術(shù)在MEMS制造中大有用武之地。美國(guó)著名噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室最近建立了微納米電鍍及電加工實(shí)驗(yàn)室。2.4采用具有良好印制條件的高密度生產(chǎn)線目前,在印制板行業(yè)中出現(xiàn)一種新型的電鍍生產(chǎn)線,即采用不溶性陽(yáng)極(IrO這類生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)一些大型印制電路板廠已經(jīng)采用,并在擴(kuò)大使用中。此工藝最突出優(yōu)點(diǎn)為:可保持印制板面上全板面電流密度均勻,這對(duì)高密度板極為重要。為達(dá)到上述目的,此工藝除采用不溶性陽(yáng)極TrO2.5在鍍鉑鎳陽(yáng)極上的應(yīng)用由于鈮的導(dǎo)電率是鈦的3倍,并且化學(xué)穩(wěn)定性也很高,由鈮作基材的鍍鉑陽(yáng)極已在陽(yáng)極電流密度要求極高的條件下取得實(shí)際使用,如作為特殊輔助陽(yáng)極,見(jiàn)圖8,同時(shí)還用于含F(xiàn)無(wú)錫后宅分離應(yīng)用技術(shù)研究所在鍍鉑鈦陽(yáng)極生產(chǎn)基礎(chǔ)上,又研制成功了鍍鉑鈮陽(yáng)極。目前正在生產(chǎn)單位作壽命考察。3電子電子天平產(chǎn)量的一些新成果關(guān)于電子電鍍中有關(guān)清潔生產(chǎn)的內(nèi)容,已有相關(guān)論文發(fā)表3.1無(wú)鉛無(wú)鎘中磷光柵化學(xué)鍍鎳的穩(wěn)定性、耐蝕性筆者所在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了一種中磷無(wú)鉛無(wú)鎘新配方,經(jīng)考核已達(dá)到如下指標(biāo)(用鋁作基板):MTO>5(無(wú)吃缸),結(jié)合力良好,保持光亮,溫度85～90℃,無(wú)鉛無(wú)鎘,添加后可不調(diào)pH,磷含量6%～9%,裝載量2dm值得提出的是,上述無(wú)鉛無(wú)鎘中磷光亮化學(xué)鍍鎳的穩(wěn)定性、耐蝕性均優(yōu)于有鉛有鎘中磷光亮化學(xué)鍍鎳。3.2油相萃取劑與油酸銅溶液的相互作用目前印制電路板生產(chǎn)中使用最廣泛的方法是減成法,此法特點(diǎn)是要用蝕刻液將電路以外的銅刻蝕去除,據(jù)估計(jì)覆銅板上有超過(guò)70%的銅要被蝕刻而進(jìn)入溶液。當(dāng)銅含量大于150g/L后,蝕刻液效率下降,若不能再生,將作為廢液處理,現(xiàn)在有一種利用油性銅萃取劑對(duì)銅含量過(guò)高的蝕刻液進(jìn)行萃取的技術(shù),經(jīng)萃取的蝕刻液,銅含量降低,調(diào)整后,可再進(jìn)入蝕刻過(guò)程回用。油相萃取劑則用硫酸進(jìn)行反萃取,得到硫酸銅溶液再進(jìn)行電解回收銅。油相萃取劑可繼續(xù)用于銅萃取,這是一項(xiàng)完全符合清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)方法,雖然一次性投資較高,但回收很快(8