半导体d坑实验的意义

半导体d坑实验的意义,第1张

坑试验怎么做?附详解!在半导体封装工艺中,d坑试验是用来评估键合参数以及键合可靠性的。键合工艺使用的材料一般是金线,铜线或铝线,其中铝线一般是在大功率的产品中使用,铜线在解决了可靠性的问题之后应用也越来越多。d坑试验数据能够指导工艺工程等部门进行工艺设计改进,优化。FA 在进行这种分析时,针对不同的产品类型,一般采用什么样的方法呢?本文介绍几种常见的方法。

1. 铝 (Al bond pad)+ 金线键合(Au wire bond) 目的:分离金球(bond ball)与bond pad,用于检查分析 IMC 和bond pad 试剂:10% NaOH溶液 温度:室温 腐蚀时间:约5分钟 (取决于样品) 方法说明:该方法是利用铝的两性,通过碱性溶剂把金球和bond pad之间的铝层溶掉,最终把bond pad和金线分离出来,用于检查分析。在腐蚀铝层时,金线不会被腐蚀掉。溶液浓度可根据产品特点进行调整,也有用氢氧化钾的,但不宜用高浓度的碱进行腐蚀,需要控制好时间,否则会对芯片造成损伤。

2. 铝 (Al bond pad)+ 金线键合(Au wire bond) 目的:检查bond pad,不关注bond ball 试剂:碘化钾,单质碘,纯水, KI : I2 : DI =115g : 65g : 100g 温度:室温 腐蚀时间:10分钟~15分钟 (取决于样品) 方法说明:该方法是直接把金溶掉,最终把bond pad暴露出来进行检查分析,在腐蚀金的同时,bond pad上面的铝层也会被腐蚀掉。 特点是对金的腐蚀速率较快,缺点是腐蚀不掉的残留物有时较难去除干净。当然去除金的方法还有多种,比如王水,汞等,但王水的氧化性太强,对很多材料都有腐蚀性或者负面影响,汞属于毒性很强的物质一般也不常用,在冶金上面会用于提取金。

3. 铝 (Al bond pad)+ 铜线键合(Cu wire bond) 目的:分离铜球(bond ball)与bond pad,用于检查分析 IMC 和bond pad 试剂:10% NaOH 温度:室温 腐蚀时间:约5分钟 (取决于样品) 方法说明:该方法是用氢氧化钠溶解铝层,但氢氧化钠不会腐蚀铜线,最终可以把bond pad和铜线分离出来,可以检查bond pad和IMC,与金线IMC检查的方法一样。

4. 铝 (Al bond pad)+ 铜线键合(Cu wire bond) 目的:溶解铜线,用于检查分析 bond pad,不需要保证铜线的完整性 试剂:发烟硝酸 温度:室温 腐蚀时间:30秒~ 1分钟 (取决于样品) 这时可以进行bond pad的检查,此时铝层还在pad上,如果需要进一步把铝层去除,可以接着做下面一步: 试剂:HCL (37% ) 温度:50 °C 腐蚀时间:1分钟~ 3分钟 (取决于样品) 方法说明:该方法是用发烟硝酸直接溶解铜线,但由于铝具有钝化作用而得以保留,该方法分两步分别把铜线和铝层溶解掉,可以检查bond pad的铝层形貌以及去掉铝层后的芯片pad。

因为镓的熔点很低,在30摄氏度就成为了液态,这种液态的镓就可以与其他金属生成合金,就腐蚀金属了。

金属镓是一种银白色的稀有金属。1875年,法国的布瓦博德朗在用光谱分析从闪锌矿得到的提金属镓,镓的发现不仅是一个化学元素的发现,它的发现引起了科学家们对门捷列夫制定的元素周期系的重视,使化学元素周期系得到赞扬和承认。

【简介】

金属镓是银白色稀有金属。密度5.904克/厘米3。熔点29.78℃。沸点2403℃。化合价2和3。第一电离能5.999电子伏特。凝固点很低。由于稳定固体的复杂结构,纯液体有显著的过冷的趋势,可以放在冰浴内几天不结晶。质软、性脆,在空气中表现稳定。加热可溶于酸和碱与沸水反应剧烈,但在室温时仅与水略有反应。高温时能与大多数金属作用。由液态转化为固态时,膨胀率为3.1%,宜存放于塑料容器中。汉字镓是指一种稀有蓝白色三价金属元素。

【分类和用途】

金属镓按镓含量分为5N,6N,7N和8N共四种级别。质软,淡蓝色光泽。熔点29.78℃。沸点2403℃。斜方晶型,各向异性显著。0℃的电阻率沿a,b,c三个轴分别为1.75×10-6Ω·m,8.20×10-6Ω·m和55.30×10-6Ω·m。超纯镓剩余电阻率比值ρ300K/ρ4.2K为55 000。采用化学处理、电解精炼、真空蒸馏、区域熔炼、拉单晶等多种工艺方法制备。主要用于电子工业和通讯领域,是制取各种镓化合物半导体的原料,硅、锗半导体的掺杂剂,核反应堆的热交换介质。

湿法腐蚀的过程中,通过使用特定的熔液与需要腐蚀的薄膜材料进行化学反应,进而除去没有被光刻胶覆盖区域的薄膜。 湿法腐蚀的优点是工艺简单,但是在湿法腐蚀中所进行的化学反应没有特定方向,所以会形成各向同性的腐蚀效果。各向同性是湿法腐蚀固有的特点,也可以说是湿法腐蚀的缺点。湿法腐蚀通常还会使位于光刻胶边缘下边的薄膜也被腐蚀,这也会使腐蚀后的线条宽度难以控制,选择合适的腐蚀速度,可以减小对光刻胶边缘下边薄膜的腐蚀。 在进行湿法腐蚀的过程中,熔液里的反应剂与被腐蚀薄膜的表面分子发生化学反应,生成各种反应产物。这些反应产物应该是气体,或者是能溶于腐蚀液中的物质。这样,这些反应产物就不会再沉积到被腐蚀的薄膜上。控制湿法腐蚀的主要参数包括:腐蚀溶液的浓度、腐蚀的时间、反应温度以及溶液的搅拌方式等。由于湿法腐蚀是通过化学反应实现的,所以腐蚀液的浓度越高,或者反应温度越高,薄膜被腐蚀的速率也就越快。此外,湿法腐蚀跌反应通常会伴有放热和放气。反应放热会造成局部反应温度的升高,使反应速度加快;反应速率加快又会加剧反应放热,使腐蚀反应处于不受控制的恶性循环中,其结果将导致腐蚀的图形不能满足要求。反应放气产生的气泡会隔绝局部的薄膜与腐蚀的接触,造成局部的反应停止,形成局部的缺陷。因此,在湿法腐蚀中需要进行搅拌。此外,适当的搅拌(例如使用超声波震荡),还可以在一定程度上减轻对光刻胶下方薄膜的腐蚀。 目前常用的湿法腐蚀的材料包括:Si,SiO2和Si2N4等,下面我们将对此进行简要讨论。 一、Si的湿法腐蚀 在湿法腐蚀Si的各种方法中,大多数都是采用强氧化剂对Si进行氧化,然后利用HF酸与SiO2反应来去除SiO2,从而达到对硅的腐蚀目的。最常用的腐蚀溶剂是硝酸与氢氟酸和水(或醋酸)的混合液,化学反应方程式为 Si+HNO3+6HF——H2SiF4+HNO2+H2O+H2 其中,反应生成的H2SiF4可溶于水。在腐蚀液中,水是作为稀释剂,但最好用醋酸(CH3COOH),因为醋酸可以抑制硝酸的分解,从而使硝酸的浓度维持在较高的水平。对于HF-HNO3混合的腐蚀液,当HF的浓度高而HNO3的浓度低时,Si膜腐蚀的速率由HNO3浓度决定(即Si的腐蚀速率基本上与HF浓度无关),因为这时有足量的HF去溶解反应中生成的SiO2.当HF的浓度低而HNO3浓度高时,Si腐蚀的速率取决于HF的浓度(即取决于HF溶解反应生成的SiO2的能力)。 对Si的湿法腐蚀还可以用KOH的水溶液与异丙醇(IPA)相混合来进行。对于金刚石或闪锌矿结构,(111)面的原子比(100)面排的更密,因而(111)面的腐蚀速度应该比(100)面的腐蚀速率小。 采用SiO2层作为掩膜对(100)晶向的硅表面进行腐蚀,可以得到V形的沟槽结构。如果SiO2上的图形窗口足够大,或者腐蚀的时间比较短,可以形成U形的沟槽。如果被腐蚀的是(110)晶向的硅片,则会形成基本为直壁的沟槽,沟槽的侧壁为(111)面。这样就可以利用腐蚀速率对晶体取向的依赖关系制得尺寸为亚微米的器件结构。不过,这种湿法腐蚀的方法大多采用在微机械元件的制造上,在传统的集成电路工艺中并不多见。 二、SiO2的湿法腐蚀 SiO2的湿法腐蚀可以使用氢氟酸(HF)作为腐蚀剂,其反应方程式为: SiO2+6HF——SiF4+2H2O+H2 在上述的反应过程中,HF不断被消耗,因此反应速率随时间的增加而降低。为了避免这种现象的发生,通常在腐蚀液中加入一定的氟化氨作为缓冲剂(形成的腐蚀液称为BHF)。氟化氨分解反应产生HF,从而维持HF的浓度。NH4F分解反应方程式为 NH4F——NH3+HF 分解反应产生的NH3以气态被排除掉。 在集成电路工艺中,除了需要对热氧化和CVD等方式得到的SiO2进行腐蚀外,还需要对磷硅玻璃(简称PSG)和硼磷硅玻璃(简称BPSG)等进行腐蚀。因为这些二氧化硅层的组成成分并不完全相同,所以HF对这些SiO2的腐蚀速率也就不完全一样。基本上以热氧化方式生成的二氧化硅层的腐蚀速率最慢。 三、Si3N4的湿法腐蚀 Si3N4也是一种常用湿法腐蚀的材料。Si3N4可以使用加热的磷酸(130-150度的H3PO4)来进行腐蚀。磷酸对Si3N4的腐蚀速率通常大于对SiO2的腐蚀速率。


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