半导体（晶圆）电镀技术.doc

半导体（晶圆）电镀技术摘 要近年来随著液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)的蓬勃发展,连带使得LCD驱动IC的封装产业受到注目,而LCD驱动IC封装程序中最上游亦是最关键的技术便是金凸块电镀制程.本文将介绍目前金凸块电镀制程之发展现况,接著探讨电镀设备之设计要点,最后展现新研发电镀设备之测试验证结果.The popularity of LCD flat panel display has generated a great demand of LCD drive ICs. For the integration of LCD panels and driver ICs, gold bumps are used as I/O contacts. Since gold bumps are mostly fabricated by wafer electroplating, the technology has become an important issue. This paper presents recent development of gold bump electroplating techniques, including process procedure, equipment design, and the testing results of newly designed plating equipment.前 言金(gold)电镀技术至今於微电子(microelectronics)及微系统(micro system)等领域已有许多的应用,诸如平面显示器(flat panel displays, FPD)与驱动晶片(driver ICs)的连接,砷化镓晶片上的传导线与气桥(air bridges)以及LIGA技术中X-ray光罩的制作等.以平面显示器与驱动IC的连接为例,驱动IC晶片利用卷带承载器封装(tape carrier packages, TCP)或COG(chip-on-glass)的方式[1][2]与平面显示器连接,而这些封装方式主要便是利用金凸块(gold bumping)电镀技术.此技术不仅可大幅缩小驱动IC的体积,使其可直接崁入显示萤幕上,具有节省空间,低感应及散热能力佳等特性,加上电镀制程的低成本优势,致使金凸块电镀技术蓬勃发展.已往在金电镀制程中多采用氰化金盐镀液,但其具有毒性且氰化物镀液会侵蚀多数光阻造成光阻剥离.近年来由於环保意识抬头加上金凸块品质要求提升,遂发展出以非氰化物为基底的镀液(如亚硫酸金盐,硫代硫酸金盐等)来电镀金凸块.除了镀液的性能要求之外,搭配选择适用於金凸块生产的电镀设备亦同等重要,特别是在量产线上,需考量到机台操控便利性及稳定性才能满足日益要求严格的金凸块品质要求.目前适用於金凸块制造的生产设备包括垂直挂镀式(Rack Type)及水平喷流式(Fountain Type)两种,其中垂直挂镀式设备常应用於氰化金盐镀液生产,而目前主流趋势则为使用非氰化金盐镀液以水平喷流式电镀设备来生产.由於水平喷流式电镀设备具有操作方便,镀槽扩充性佳及自动化程度高的特性,使其取代传统垂直挂镀式设备成为金凸块制造厂选购设备时的优先选择.金凸块电镀制程一,电镀液种类目前用於生产金凸块的电镀液主要分为氰化金盐类及非氰化盐类两种,这两种盐类的镀液各有其适用范围及优缺点,两者主要组成及特性比较如表一所示.纵使发展多年的氰化盐类金凸块电镀技术已经具有很可观的量产能力并且品质稳定不在话下,然而造成非氰化系镀液的崛起主要是因为环保问题的抬头以及电镀品质要求不断地提升,为了满足环保要求以及IC元件尺寸不断地缩小趋势,各大药液供应商无不投入相当的经费於非氰化系电镀液的开发.氰化金盐的电镀液除了具有稳定性高,价格低的优点外,其最大优势在於使用寿命高不易老化(劣化).但最为人诟病的是其易攻击光阻的特性难以避免,也因为此特性在较小或是较密集的线宽图形中便无法获得满意的结果[3].相对而言,非氰化金盐电镀液的价格高,反应较不稳定且使用寿命短,却也让各大厂商愿意投入大量资金研发的主要原因在於其对线宽图形的选择性不高,即使在很细小的线宽图形中也有相当理想的电镀结果.而且其不具毒性的特点给非氰化金盐电镀液著实地打了一剂强心针,让它在竞争强烈的金凸块市场中占有一席之地,不可取代.表一 氰化系与非氰化系电镀液的组成及特性比较氰化系非氰化系 氰化金盐【Au(CN)2】- 亚硫酸金盐【Au(SO3)2】3-导电盐类导电盐类 缓冲剂 缓冲剂组 成 添加剂 添加剂稳定 略不稳定价格低 价格高相对较高电流密度 相对较低电流密度有毒性 无毒性攻击光阻性高 与光阻相容性佳