金鍍層具有接觸電阻低、導電性能好、可焊性好、耐腐蝕性強，因而電鍍金在集成電路制造中有著廣泛的應用，例如：在驅動IC封裝中普遍使用電鍍金凸塊;在CMOS/MEMS中應用電鍍金來制作開關觸點和各種結構等;在雷達上金鍍層作為氣橋被應用;電鍍還被用于UBM阻擋層的保護層，以及用于各種引線鍵合的鍵合面等等。

1 電鍍金工藝1.1 電鍍金工藝流程集成電路中的金電鍍工藝流程：

①在硅片上濺射鈦、鈦鎢等金屬作為黏附層，再濺射很薄的一層金作為電鍍的導電層;②涂布光刻膠，光刻顯影出電鍍所需的圖形;③清洗后進行電鍍金;④褪除光刻膠;⑤蝕刻圖形以外的導電層;⑥退火。

1.2 電鍍金原理鍍金陽極一般采用鉑金鈦網材料。當電源加在鉑金鈦網(陽極)和硅片(陰極)之間時，溶液會產生電流，并形成電場。陽極發(fā)生氧化反應釋放出電子，同時陰極得到電子發(fā)生還原反應。陰極附近的絡合態(tài)金離子與電子結合，以金原子的形式沉積在硅片表面。鍍液中的絡合態(tài)金離子在外加電場的作用，向陰極定向移動并補充陰極附近的濃度消耗，如圖1為水平杯鍍示意圖，圖2為垂直掛鍍示意圖。電鍍的主要目的是在硅片上沉積一層致密、均勻、無孔洞、無縫隙、無其它缺陷的金。

1.3電鍍藥水集成電路電鍍金工藝通常有兩種體系的電鍍液：氰化物體系及非氰化物體系。氰化物體系穩(wěn)定性高，壽命長，因而成本較低，但氰化物有毒性，需有嚴格的使用規(guī)范加以管理。目前集成電路制造中常見的氰化物電鍍金藥水是微氰體系，呈弱酸性，鍍液中金以Au(CN)-2的絡合物形式存在。主要成分為：金鹽、導電鹽、緩沖劑和添加劑。這種鍍液體系穩(wěn)定，毒性較小，鍍層光亮平滑，硬度適中，耐磨性好，孔隙率低，可焊性好。非氰化物體系的以亞硫酸金鈉為常見的金鹽，亞硫酸根比較容易被氧化，因而較之氰化物體系，其工藝穩(wěn)定要差一些。本文主要針對氰化物體系的電鍍金工藝。

1.4電鍍金設備選擇合適的電鍍設備，將會獲得較為滿意的鍍層。電鍍設備可分為二類：水平噴流式杯鍍和垂直掛鍍兩種方式。杯鍍式將晶圓覆蓋在一個杯狀的鍍槽上，電鍍以一杯一片的方式進行。掛鍍式則是將晶圓垂直浸入鍍液中，一個鍍槽可以同時進行多片電鍍。杯鍍式的電鍍需注意氣泡的去除，否則將會影響鍍層厚度的全片均勻性。掛鍍式則比較容易去除反應產生的氣泡，但需注意傾斜鍍層的產生。

1.5電鍍工藝控制電鍍工藝參數(shù)的控制對鍍層性能的影響很大?，F(xiàn)以氰化物電體系鍍金藥水為例，詳細介紹電鍍金工藝中需要控制的幾個主要參數(shù)：

(1)電流密度：0.1~1.0A/dm22電流密度的提高，鍍層的表面粗糙度增加。

(2)溫度：40~80℃鍍液溫度高于40℃后，溫度繼續(xù)升高，鍍層的粗糙度變化不是很明顯，一般是在100nm左右。隨著溫度升高，鍍層硬度將有所下降。

(3)pH：5.0~7.0pH對鍍層表面粗糙度的影響趨勢為：隨著pH逐漸升高，鍍層表面粗糙度略有增加，但仍保持在100nm以下。

提高pH值，允許的電流密度將提高，鍍層中的金含量提高，同時鍍層的硬度和內應力將有所下降。

(4)金質量濃度：8~20g/L提高鍍液中金的質量濃度，可提高電流密度范圍，提高金的沉積速度。金的質量濃度提高，鍍層的光亮度和均勻度都有改善。

(5)密度隨著鍍液使用的時間逐漸延續(xù)，鍍液的密度將越來越大，鍍層的粗糙度也會越來越大。另外，鍍金液由于金鹽質量濃度低，需要大量的導電鹽來支持電極過程的進行，導電鹽的質量濃度可通過鍍液的密度來反映。

(6)流量：10~30L/min電鍍時的流量控制也很重要，因為流量的大小對鍍層的性能會有影響，如果流量太小，則離子交換速度慢，鍍層粗糙;若流量太大，金離子未來得及被還原就被帶走，這樣鍍層會變得疏松。另外，如果使用的電鍍設備是杯鍍，在電鍍過程中如果流量始終不變的話，那么停留在晶圓中間的氣泡就會一直停留在那里，容易在鍍層上形成凹孔。此時若突然改變流量，則氣泡所受到的平衡力將被破壞，氣泡的運動狀態(tài)即可發(fā)生改變，這就是平時所講的除泡過程。所以，杯鍍設備在設計時，循環(huán)系統(tǒng)中采用變頻器調節(jié)流量。掛鍍的氣泡則較容易去除。此外，鍍金液應使用1μm以下的PP濾芯連續(xù)過濾。鍍金液不建議使用空氣攪拌。

(7)添加劑添加劑能改善鍍層的表面粗糙度，但添加時應逐步進行，總量最好不要超過5mL/L，因為添加劑的中無機成分，可能會影響金鍍層的純度，也會使鍍層的硬度增大。

2·鍍層性能2.1鍍層厚度及均勻性鍍層厚度量測設備可以分為接觸式和非接觸式兩種，接觸式的量測有Profiler等儀器;非接觸式的量測有X-ray和干涉顯微鏡。

由于邊緣效應的影響，晶圓鍍金層邊緣厚，中間薄。一般半導體后道封裝中的引線鍵合和焊接工藝對within-wafer(全片均勻性)的要求是小于10%。

2.2鍍層表面粗糙度影響鍍層表面粗糙度的因素主要有：電流密度、溫度、pH、密度、循環(huán)流量和添加劑質量濃度。鍍層表面粗糙度應控制在100nm左右，粗糙度太大或太小對引線鍵合和焊接都會產生不良影響。因此，我們需要保證鍍層有一定的粗糙度。

2.3鍍層硬度影響鍍層硬度的因素主要有：溫度、循環(huán)流量、添加劑質量濃度。

鍍金工藝后，鍍層硬度還可以通過退火來調節(jié)。退火之前鍍層硬度大約在100HV左右，在退火條件為300℃保溫30min后，鍍層的硬度一般是在60HV左右。退火效果也受退火設備的影響。

2.4鍍層剪應力要測量鍍層的剪切應力，鍍層厚度需要在10μm以上。一般工藝要求剪切應力大于8mg/μm2。

2.5鍍層的鍵合性能(可焊性)常見的金線直徑為25μm，鍵合溫度為135℃，用超聲波加強鍵合。通過拉力測試評價鍵合性能，業(yè)界一般要求拉力在8cN以上。

集成電路制造對電鍍金的性能，如鍍層均勻性、粗糙度、硬度、剪應力、可焊性等，要求越來越高，但只要選擇合適的電鍍設備系統(tǒng)和恰當?shù)碾婂兯幩铱刂坪孟嚓P參數(shù)，仍然可以獲得性能優(yōu)越的金鍍層以滿足業(yè)界需求。