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电化学技术在微电子工业中的应用

集成电路的制造过程是不同材料、不同图形以及不同厚度的多层薄膜相互层

叠的过程。生成这些薄膜的工艺有很多种，包括物理方法、化学方法以及物理化

学方法等。近些年，随着集成电路的特征尺寸越来越小，功能越来越复杂，与其

它学科的交叉越来越广泛，电化学制备金属薄膜这种传统的工艺在微电子领域的

应用越来越广泛，焕发出新的活力，在新的应用领域里体现出其它一些薄膜制备

工艺不具备的优势。下面从几个方面介绍电镀技术在微电子领域的一些应用。

1电镀在集成电路加工中的应用

过去在集成电路制作过程中，减小器件的几何特征尺寸就能够获取更快的处

理速度及更高的互连密度，但现在，这种发展已经到了极限。特征尺寸低0.18μ

m以下的器件，其性能不再决定于器件尺寸，而受互连线的延迟时间的决定。于

是IBM在早于1990年就着手开发芯片大马士革电镀铜互连工艺，并成为目前铜

互连的主要技术。铜布线较之铝布线的优点是电阻率低40%；不易电迁移，可靠

性更高。电镀铜较之其它工艺的优越性是优异的材料性能；高的镀层厚度一致性；

较好的沟道填充性能（无空洞）和低成本。

大马士革电镀工艺流程：沉积腐蚀终止和介质层→光刻→通孔腐蚀→光刻出

沟道→沟道刻蚀→沉积阻挡层和电镀导电层→镀铜→化学机械抛光（CMP）多余

铜层。

大马士革电镀工艺最大的挑战是形成无空隙的高深宽比填充沟道线条。实现

无缺陷沟道填充唯一的办法是相对于容易接近的平顶表面和上壁，在不易接近的

沟道底部获得较高的沉积速率。目前发表了许多这方面的专利，机理都是在酸性

镀铜溶液中加入加速剂、抑制剂等添加剂。

除集成电路铜布线技术以外，也有将无氰镀金工艺用于集成电路互联引线的

报道。

2电镀在混合集成电路制作中的应用

混合集成电路是一种将各种功能的元器件安装在预先做好道题图案或导体

与电阻组合图案的绝缘基板的电路。之所以叫混合集成电路是因为它们在一起结

构内组成两种不同的工艺技术，即有源芯片和成批制造的无源元件。按制造互连

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基板工艺的不同，混合集成电路常可分薄膜或厚膜，低端的混合集成电路基板也

可以是印刷电路板。

2.1电镀在厚膜电路中的应用

2.1.1镀铜在厚膜基板中的应用

为提高厚膜基板的传导电流能力，需要对厚膜导带进行电镀增厚处理。针对

厚膜布线中的银基导体系统，采用电镀镍-铜-镍的工艺。首先在银基导带上电镀

一层镍，把整个银基导带层整个包住，起到阻挡Ag迁移到外层，同时防止在烧

焊元器件时金属间化合物形成的作用，增强电极层的热附着力。在烧结银电极上

镀镍要求具有低应力。否则，镀镍后会由于镍层的应力作用将银层从基体剥开。

电镀镍选用氨基磺酸镍镀液，虽然成本高，但镀层应力很小。

镀镍后进行镀铜加厚，选择硫酸-硫酸铜的镀铜电镀液制备铜膜，配制溶液

时选用高浓度的酸和低浓度的铜离子以获取高均匀性的铜膜。通过计算电镀区域

面积，精确的控制电镀的电流和时间，可以得到一个准确的镀层厚度。在铜膜厚

度达到要求之后，再电镀一定厚度的镍，以防止基板导体焊盘在后序加工过程中

发生氧化，导致可焊接性变差。采用的工艺流程为：基板前烘→光刻胶涂覆→曝

光→显影→竖膜→电镀区域互连→活化→镀镍→镀铜→镀镍→去胶→取消电镀

区域互连。厚膜基板电镀后样品如图1所示。

图1厚膜基板电镀后样品示意图