Beschichtung von kupferbasierten Halbleitern
Für Halbleiter auf Kupferbasis sind die Nickel- und Goldbäder die gleichen wie für Halbleiter auf Aluminiumbasis. In der Regel werden mehrere Reinigungsschritte auf Säurebasis durchgeführt, um Verunreinigungen zu beseitigen und Kupferoxid von der Oberfläche der I/O-Pads zu entfernen. Der Aktivierungsschritt für Kupfer ähnelt dem, der in der Beschichtungsindustrie für Laminatplatten verwendet wird, und verwendet normalerweise einen Katalysator auf Palladiumbasis. Das Know-how für die Beschichtung von Cu-Halbleitern besteht in der Fähigkeit, die Kupfer-I/O-Pads selektiv zu katalysieren, ohne die umgebende Passivierung zu aktivieren.
Dieses stromlose Beschichtungsverfahren ist von Natur aus kostengünstig und kann neben Flip-Chip- und WLCSP-Bumping für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt werden, darunter:
- Polymer-Flip-Chip (1-5um Ni/Au + leitende Epoxide)
- Anisotrope leitfähige Klebstoffe (10-25 um hohe Ni/Au + ACF oder ACA Materialien)
- Oberflächenbeschichtung von Kupfer- und Aluminiumpads für das Drahtbonden (2-5um Ni/Au, Ni/Pd oder Ni/Pd/Au)
- Oberflächenbeschichtung von Kupferpads für Sondenprüfungen (2-5 um Ni/Au, Ni/Pd oder Ni/Pd/Au)
Ein hoher Durchsatz und folglich niedrige Kosten werden durch die Verarbeitung von Waferkassetten in einer automatischen stromlosen Beschichtungsanlage erreicht. Die Tatsache, dass der Vernickelungsprozess hochselektiv ist und nur die freiliegenden Metalloberflächen (Aluminium oder Kupfer) beschichtet, führt zu einem großen Kostenvorteil für diese UBM-Beschichtungstechnik. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren für die Abscheidung von UBM hat die stromlose Vernickelung die folgenden Vorteile:
- Es sind keine Bearbeitungsschritte zur Definition des lötbaren Bereichs erforderlich (z. B. Vakuummetallabscheidung, Fotolithografie und Maskenätzen).
- Ein System verarbeitet alle Wafergrößen ohne Umstellung (3″ bis 12″).
- Die Investitionskosten für Beschichtungsverfahren sind relativ gering.
- Die Betriebskosten (Arbeits- und Gemeinkosten) sind geringer.
Die stromlose Beschichtung von integrierten Schaltkreisen kann jedoch aufgrund der fabrikationsspezifischen Unterschiede bei den Materialien und Verfahren, die bei der Herstellung der Schaltkreise zum Einsatz kommen, eine Herausforderung darstellen. Die Zusammensetzung der Aluminium- (oder Kupfer-) Legierung, die Unterstrukturen unter dem Pad-Metall, das Material und die Qualität der Passivierung, das elektrische Potenzial des Pads und die Energieempfindlichkeit (Strahlungs- und Erdungseffekte) spielen alle eine Rolle für die Beschichtungsrate, die Gleichmäßigkeit und die Haftung des Nickels.
Da die Verfahrensdetails (inhärente Tricks) im Allgemeinen nicht als patentierbar angesehen werden, behandeln die Entwickler ihre Verfahren als geschützt. Daher sind die Einzelheiten der stromlosen Vernickelung nicht ohne weiteres verfügbar.
Die ersten drei Schritte des Prozesses sind entscheidend für die Gesamtselektivität des Beschichtungsprozesses, die Nickelmorphologie und die Haftung des Nickels auf dem Aluminium- (oder Kupfer-) Pad. Im Allgemeinen werden mit einem Verfahren, das feinkörnige, gleichmäßige, dünne Schichten des Katalysators (Zink oder Palladium) erzeugt, die besten vernickelten Strukturen hergestellt. Die spezifische Chemie und das absolute Verhältnis der Komponenten sind entscheidend für die Herstellung dieser gewünschten Struktur. Neben der Auswahl der geeigneten Beschichtungschemikalien müssen auch Verfügbarkeit, Herkunftsort, Preis, Toxikologie, Badlebensdauer, Abfallbehandlung/-entsorgung und Umweltaspekte im Zusammenhang mit den Chemikalien berücksichtigt werden, wenn ein Verfahren in einer Produktionsumgebung eingeführt wird.
