电镀工艺:脉冲电镀纳米金工艺分析.doc
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1、电镀工艺:脉冲电镀纳米金工艺分析现代电镀网 4 月 18 日讯:谷城, 张伟风, 王珊(河南大学物理与电子学院,河南开封 475004)摘要:电镀金工艺在当今半导体微纳加工领域中的应用越来越广泛,然而,传统的电镀金工艺存在许多弊端。试图从理论分析入手,寻找一种较好的脉冲电镀金工艺。重点分析了镀层厚度和金微粒大小,并通过实验对理论分析结果进行验证。实验结果表明:理论分析结果可以较好地被验证,对具体工艺有指导意义。关键词: 脉冲电镀;理论分析;实验验证中图分类号:TQ 153 文献标识码:A 文章编号:1000-4742(2012)03-0019-030 前言目前在工业领域中应用的电镀金工艺可分为
2、软金工艺和硬金工艺1。前者主要应用于微电子硅晶片表面处理及芯片内部导线固定等方面,后者主要应用于芯片中电路连接器件接触阻抗等方面。由于硬金工艺使用氰化物镀液,近年来已逐渐被其他工艺所取代。当今电子技术发展日新月异,根据国际半导体技术发展路线图报道,在 2007 年,最小线宽尺寸就已达到 65nm。在如此小的微观尺寸下,采用传统的铜或铝等材料作为芯片内连线会出现一系列的问题,而采用金作为未来 45nm 级芯片内连线具有很大的可能。近年来国内外关于电镀金工艺的研究取得了很大的进展,提出了许多建设性的方法,但所获得的结论往往偏重于经验,且晶粒尺寸往往过大。本文着重讨论软金工艺中获得纳米金镀层的工艺流
3、程,从电镀理论入手推导控制晶粒大小的方法,并对镀液进行分析,从而试图精准控制镀层厚度和晶粒大小。1 理论分析1.1 镀层厚度法拉第定律可表示为:w=ZQ=ZIt(1)式中:w 为生成物的质量;Z 为电化学当量;Q 为电解池通过的电量;I 为通过的电流;t 为通电时间。电化学当量 Z 可通过下式求得:式中:Awt 为阴极上析出金属的相对原子质量;n 为参与沉积反应的电子数;F 为法拉第常数,为 96 487C。令镀层厚度为 h,体积为 V,表面积为 a,相对密度为 d,则镀层厚度可通过下式求得:1.2 金微粒半径晶芽形成时,自由能的变化 GN 可表示为2:GN=P-N(4)式中: 为边界能的平均
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