新聞中心
脈沖電鍍納米金工藝分析
www.inzonline.com 化學鍍鎳--合航集團 2013-03-22 13:54
沙井電鍍廠資訊:
0前言
目前在工業領域中應用的電鍍金工藝可分為軟金工藝和硬金工藝[1]。前者主要應用于微電子硅晶片表面處理及芯片內部導線固定等方面,后者主要應用于芯片中電路連接器件接觸阻抗等方面。由于硬金工藝使用氰化物鍍液,近年來已逐漸被其他工藝所取代。當今電子技術發展日新月異,根據國際半導體技術發展路線圖報道,在2007年,最小線寬尺寸就已達到65nm。在如此小的微觀尺寸下,采用傳統的銅或鋁等材料作為芯片內連線會出現一系列的問題,而采用金作為未來45nm級芯片內連線具有很大的可能。近年來國內外關于電鍍金工藝的研究取得了很大的進展,提出了許多建設性的方法,但所獲得的結論往往偏重于經驗,且晶粒尺寸往往過大。本文著重討論軟金工藝中獲得納米金鍍層的工藝流程,從電鍍理論入手推導控制晶粒大小的方法,并對鍍液進行分析,從而試圖精準控制鍍層厚度和晶粒大小。
1理論分析
1.1鍍層厚度
法拉第定律可表示為:
w=Z×Q=Z×I×t(1)
式中:w為生成物的質量;Z為電化學當量;Q為電解池通過的電量;I為通過的電流;t為通電時間。電化學當量Z可通過下式求得:
式中:Awt為陰極上析出金屬的相對原子質量;n為參與沉積反應的電子數;F為法拉第常數,為96487C。
令鍍層厚度為h,體積為V,表面積為a,相對密度為d,則鍍層厚度可通過下式求得:
1.2金微粒半徑
晶芽形成時,自由能的變化ΔGN可表示為[2]:
ΔGN=ε×P-N×Δμ(4)
式中:ε為邊界能的平均值;P為晶核的周長;N為晶核中原子的數目;Δμ為原子在溶液中與在晶核中的化學位差。
當晶核中的原子數目達到臨界值NC時,晶核是穩定的。定義此時的ΔGC為臨界晶核生成能:
式中:g為二維晶核的幾何因子;ηc為陰極的過電位;q為沉積一個原子單層所需的電量;ro為臨界晶核半徑。
2實驗
2.1試片準備
首先使用LDJ-2A-F150型濺射鍍膜機對7.62cm硅片進行初步濺鍍金。在源能量400eV,束流60mA,中和電流72mA,濺鍍時間10min的條件下,可以得到金層厚度約為50nm。
隨后制作規格為1cm×1cm的掩模板,進而在硅片上甩上正膠(瑞紅),進行曝光,顯影后所得圖案,如圖1所示。
2.2鍍液組成及工藝條件
3結果與討論
3.1鍍層厚度
在鍍液中,金是以亞硫酸鹽的形式存在,為+1價。根據式(2)和式(3)計算出鍍層厚度的理論值為9.513μm。在電流密度為1.5A/dm2,電鍍時間為30min的條件下,使用臺階儀測量鍍層厚度,實驗結果,如表1所示。由表1可知:實際鍍層厚度和理論值是比較接近的。另外,鍍液中金離子的質量濃度對鍍層厚度也是有影響的。
3.2金微粒大小
由式(7)可知:金微粒半徑與過電位成反比,而過電位與電流密度的對數成正比。由此可知:金微粒半徑與電流密度的對數成反比。
分別選取電流密度為1.0A/dm2和1.5A/dm2對樣品進行實驗。使用德國Raith公司生產的E-line電子束系統對所得鍍層的微觀結構進行分析,實驗結果,如圖3所示。使用臺階儀在鍍層的四角、邊界及中央區域各選取若干點進行測量,然后對結果取平均值,從而得到金微粒的平均尺寸,實驗結果,如表2所示。
實際得到的金微粒尺寸的比值比理論值略小。其原因主要有以下幾個方面:
(1)與鍍液中金離子的質量濃度有關。電鍍后期陰極周圍金離子的質量濃度較低,鍍層稀疏從而使晶粒半徑起伏較大。
(2)與鍍液的選取有關。同一鍍液在使用多次后,內部成分會發生變化從而導致生成的金微粒大小不均勻。
(3)與脈沖電源有關。用示波器觀察脈沖電源時,發現在正負脈沖變化時會出現一個電壓的躍變,雖然幅度不是很大,但也會對鍍層有所影響。
4·結論
本文著重從理論分析入手,嘗試解決在脈沖電鍍金過程中的鍍層厚度和金微粒大小等問題。經過理論分析和實驗驗證,本文推導的理論數據可以較好地解決一些實際問題,但所得的金微粒仍然過大。其原因主要在于對陰極過電位和鍍液中金離子的質量濃度變化難以精準控制。這兩方面的問題可以通過改善電源穩定性和對鍍液進行更新等方法解決。
深圳市合航五金電子有限公司www.inzonline.com位于深圳市寶安區沙井,是廣東地區最專業的陽極工廠之一。專業從事金屬表面處理,主要包括化學鍍鎳,陽極氧化,硬質陽極氧化等。工廠擁有完善的配套(拋光、噴砂、打磨),也擁有完善的化學實驗室與檢測室,擁有德國FicsherX光測厚儀、ROSH檢測分析儀、鹽霧試驗機等。能做到快速的交期,產品質量穩定有保證。,沙井氧化廠,化學鍍鎳,陽極氧化,硬質陽極氧化,二次陽極氧化,二次氧化,二次陽極,鋅鎳合金,鋁氧化等加工服務。