與蒸鍍黃金製程比較,無電化學離子鍍金製程的優點如下:
1、可以大幅節省黃金的生產成本:
傳統的蒸鍍金製程,是將黃金靶材的黃金原子化,並在晶圓上形成黃金薄膜,然此物理性的金屬化方法,沒有方向性與選擇性,除了會在晶圓上形成整面的黃金薄膜外,也會在蒸鍍機腔體內的腔壁與傘架上形成黃金薄膜,這些零件都必須定期做黃金回收處理,且由於蒸鍍機內並非只製作黃金薄膜,可能還包含Cr/Pt/Ni等,故廢料組成為多種金屬,回收價值偏低,回收率也偏低,且相關零件需要經過再處理才能使用,故除了貴金屬回收的價值損失外,還須包含零組件維護的費用;而蒸鍍上晶圓的黃金薄膜,由於是整面蒸鍍,故還必須經過lift off製程將黃金電極與線路形成,被lift off的黃金薄膜又形成廢料,須再回收處理,造成另一次浪費,通常形成黃金電極與線路的面積只占總晶圓面積的5%~20%,換言之晶圓表面利用蒸鍍技術形成的黃金薄膜,有80%~95%是無用的,若加計蒸鍍腔體內的黃金浪費,則每次蒸鍍製程完成,其實有95%~98%以上的黃金是被浪費且無用的,必須回收。此外,蒸鍍設備屬於高耗能設備,相關零組件單價亦高,須常常維護,綜合而言,蒸鍍黃金製程對於生產來說算是高成本的關鍵,黃金的生產使用成本往往是廠內排名第一或第二,近年來,國際金價節節攀升,漲了數倍之餘,黃金成了無法節省且每年都提高的關鍵成本。 使用化學還原離子鍍厚金製程,只需利用蒸鍍機在晶圓表面製作一層極薄的金屬底材,並將之圖案化,則化學還原離子鍍厚金製程就可以按照金屬底材的圖形成長所需的厚度,完全沒有其他區域的黃金浪費,且設備維護便宜,沒有昂貴的消耗材,相較之下,節省生產成本的效果不言而喻,至少可以節省黃金採購成本達70%,且由於黃金使用量急遽降低,受國際金價的影響急速下降,使生產成本穩定,又由於不需花費大量現金購買黃金,使得現金流量提高,好處極多。
2、可以提升打線推拉力以及殘金量: 蒸鍍製程是將金屬靶材放入坩鍋內,利用E-Gun將金屬原子化,黃金靶材雖然是99.99%的純金,但在實際操作上,蒸鍍於晶圓上的黃金卻無法達到99.99%的純度,主要原因為,蒸鍍設備往往會沉積不同材質的金屬,故可能產生不同材質間的交叉金屬汙染,此外,如果參數設定不當,E-Gun可能傷害蒸鍍腔體內部其他金屬零件,導致其他金屬原子化,自然無法蒸鍍出高純度的黃金,一般常聞的坩鍋汙染/紅金現象也是如此。
化學還原離子鍍厚金製程的溶液內沒有任何其他不純金屬,且其沉積反應為黃金離子互相依附產生,不會有其他有機或無機物共析,故產生的黃金純度極高,經過瑞士送檢分析,純度高達99.99875%,黃金純度高即所謂的軟金,容易打線或焊接,在此高純度的黃金所形成的電極表面,可以提升打線拉力或推力約10~20%,也可以提高殘金量(目前殘金量測試標準為,黃金電極表面打線植金球後,側向推開金球,原植金球位置需有>80%面積的黃金殘留),不過正確數據會因為不同製造技術與底材粗糙表面而略有差距。
早期在推展此種化學鍍金製程時,客戶最大的疑慮在於,底材金層是否會與化學鍍金製程產生的金層間,可看出間隙或裂面,以及打線的數據上是否會有差距以及拔墊現象產生(打線後電極脫落),但經過長期測試,均未有看見以上情況,相反的,打線不黏率反而獲得改善,約可提升良率2~3%,下圖是化學還原離子鍍厚金製程後,金層的SEM高倍電子顯微鏡剖面照片,完全看不出有任何間隙或裂面,為一完整的金屬層結構(厚度為20000埃),晶格相當緻密,也可看出此製程的填覆凹洞效果相當優異。
3、簡化製程:
由於採用化學還原離子鍍厚金製程,是先形成極薄的圖案化金屬底材,再使用此技術加厚金層,故可實現以SiO2為保護層,將SiO2蝕刻出電極形狀後,再製作極薄的金屬底材,而後將其他區域金屬底材lift off,正因為金屬底材極薄,使得lift off製程能容易進行,傳統的蒸鍍技術因為金屬層極厚,無法輕易使用lift off製程形成電極圖案化,故黃光處理步驟較多,若導入此化學鍍金製程,可以SiO2做為最後一道光罩,輕易形成薄化圖案化金屬電極,再用此技術加厚,可以縮短黃光處理步驟。
4、產量大、操作容易:
傳統的蒸鍍設備,依靠傘架尺寸決定可掛片數與產量,設備產量擴充不易,且製作厚度極高的金屬層時,擔心溫度過高,必須分段操作,而化學還原離子鍍厚金製程每30公升體積的溶液可以同時生產100片2吋晶圓或50片4吋晶圓,且每30~60分鍾即可沉積出厚度為20000埃的金層,產量大,產出速度快,若需擴充產能,可以調整操作參數讓產出速度加快,或擴大槽體積或增加槽體數量,產量擴充相當容易,可以手動生產亦可全自動生產,彈性高,相當適合實驗型測試或小規模生產以及大規模量產。
化學還原離子鍍厚金製程的其他特性:
- 濕製程作業
- 藥水無毒,操作安全,排放容易
- 金屬層厚度均勻性極高,U% < 5%
- 黃金回收容易且回收率高
- 製程不須通電,設備耗能低,消耗材極少
- 監控參數極少,製程成熟而穩定
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