集成电路封装材料-电镀材料.pptxVIP

电镀材料;硅通孔相关材料-无机介质绝缘层材料;硅通孔相关材料-TSV粘附层和种子层;电镀（Eletroplating），也称为电沉积（Electrodeposition）:是利用电流（一般为直流或脉冲电流）使电解质溶液中的金属阳离子在电极表面还原并沉积，从而形成一层薄且连续的金属或合金材料镀层的工艺。

;图7-1电镀的基本原理;电镀工艺过程实际上是一种化学反应过程，以表面待电镀的材料或器件作为阴极，以镀层金属材料板或不溶性的导电材料板为阳极，含有镀层金属离子的盐溶液作为电解质（电镀液），当电源接通后，通过氧化还原电极反应，电镀液中的金属阳离子在作为阴极的待电镀材料上还原成金属原子，从而通过沉积得到所需的金属或合金镀。;相对于溅射工艺等薄膜工艺，电镀工艺沉积效率较高，可用于集成电路中厚度为亚微米级及以上的金属薄膜的沉积。

电镀工艺要求有导电层作为电镀种子层，不适用于半导体或缘缘介质衬底。;基于工艺本身的经济性和简便性，电镀已成为集成电路封装中重要的金属化技术之一。

表面处理工艺：ImmersionSn,ENIG,ENEPIG。

电镀工艺通常用于基于三维集成硅通孔（TSV）、玻璃通孔（TGV）及封装通孔（TPV）等微通孔内金属填充、面向层间（芯片与芯片间、芯片与芯片载体）微凸点互连的金属微凸点（铜或焊料材料）的制造及圆片级封装中的再布线等制程中。

以通孔工艺和凸点制造工艺介绍电镀材料

;集成电路先进封装工艺中，阴极是待镀的电子元器件或晶圆，阳极一般是镀层金属靶材（或不溶性材料）。

电镀工艺关联的主要材料包括电镀液及电镀阳极材料。;目录;硅通孔技术利用硅晶圆上的垂直金属通孔实现芯片间电互连，相较引线键合方式，硅通孔明显缩短互连长度，有较高的互连密度。

利用硅通孔可以实现更轻薄、集成度更高的封装与集成，硅通孔技术是3D集成中关键集成技术。

按照工艺制造过程在晶圆整体制造工艺中的先后顺序，硅通孔分为前通孔（Via-first）、中通孔（Via-middle）、和后通孔（Via-last）。;7.1硅通孔电镀材料;前通孔技术中，硅通孔的制造过程在前道工序（FirstEndOfLineFEOL）之前，硅通孔不会穿透互连金属层。

中通孔工艺中，硅通孔制造过程介于FEOL和后道工序（BackEndOfLine）之间，硅通孔不会穿透互连金属层。

后通孔工艺中，硅通孔的形成过程在BEOL之后，会穿透互连金属层。

先后顺序不同，但都需要应用相同的关键工艺，主要包括通孔刻蚀、通孔薄膜沉积、通孔填充、化学机械研磨、超薄晶圆减薄。;参数;7.1硅通孔电镀材料;硅通孔互连采用通孔导电材料填充技术实现，填充方式及可填充导电材料的选择通常与硅通孔的制造阶段、尺寸（孔径和深宽比）等相关。

填充方式：电镀和CVD。

一般说来，硅通孔尺寸较小，CVD更适合用于填充硅通孔。孔径在2mm以下时，液体不容易进入微孔，需要完全通过CVD方式进行通孔填充。CVD填充材料主要用铜、钨、多晶硅。

目前孔径在5mm以上，从工艺效率及工艺成本考虑，主要采用电镀填充方式。;单质铜具有较高的电导率和热导率，电镀工艺设备简单，价格低廉，通常在室温和大气压环境下即可进行。

合适工艺条件下电镀铜水溶液环境下可以得到均匀性很好的铜沉积层。

电镀铜工艺具有较快的沉积速率，比较适合产业化大批量生产。

电镀铜工艺与FEOL和BEOL工艺兼容性好。

通常被视为先进封装中通孔填充的最适合的工艺。;硅通孔电镀铜工艺：大马士革电镀（DamasceneElectroplating）和掩模电镀（ThroughMaskElectroplating）。

大马士革电镀:指先在晶圆上采用光刻工艺制造图形，获得一定深宽比的盲孔，再沉积种子层，种子层在图形上方，在电镀过程中孔内和表面均有金属层沉积，电镀结束后要CMP工艺去除表面覆盖的金属层。

掩模电镀是指在完成种子层沉积后，利用光刻工艺制造图形，种子层在图形的下方，在电镀过程中只会在图形中种子层暴露的区域沉积金属层，在电镀结束后需要去除未电镀区域的种子层。

;电镀方式;常温下，铜的CTE是17.7ppm/K,硅的是2.5ppm/K，在硅通孔尺寸较大或硅通孔密度较高情况下，填充铜与周围环绕硅材料CTE不匹配会产生较大的热应力，有可能造成硅通孔的失效。

;1000次热循环后，其顶部再布线层区域产生裂纹。

;7.1.1硅通孔电镀材料在先进封装中的应用

7.1.2硅通孔电镀材料类别和材料特性

7.1.3新技术与材料发展

;7.1.1硅通孔电镀材料在先进封装中的应用;7.1.1硅通孔电镀材料在先进封装中的应用;7.1.1硅通孔电镀材料在先进封装中的应用;7.1.2硅通孔电镀材料类别和材料特性;7.1.2