TWI383455B - Wafer Reduction Electroless Gold Plating Method - Google Patents

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TWI383455B TW097139802A TW97139802A TWI383455B TW I383455 B TWI383455 B TW I383455B TW 097139802 A TW097139802 A TW 097139802A TW 97139802 A TW97139802 A TW 97139802A TW I383455 B TWI383455 B TW I383455B
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Description

晶片還原式無電化學鍍金方法
本發明係提供一種晶片還原式無電化學鍍金方法，尤指利用無電解電鍍方式來提供晶圓表面進行還原反應沉積形成金屬層之鍍金方法，並可有效增加打線、焊接或覆晶封裝時的附著力，也可製作出特定部位、區域之金屬層，更能節省材料使用及製造上之成本者。
按，由於現今高科技的蓬勃發展，許多科技產品都具有相當卓越的功能，不論是工作上或日常生活中，高科技產品皆能提供使用者在使用產品時快速與便捷，也引領人們享有高科技產品所帶來的舒適生活，同時綠色設計所講究節能、可再生利用性以及降低對人體與環境造成的傷害與污染外，更是當前全球化社會眾所矚目的重要議題。
然而，照明設備裡普遍裝設有發光二極體(Light Emitted Diode，LED)，其係具有體積小、壽命長、驅動電壓與耗電量低，以及效率較高且價格低廉等多項優點之外，主要用以取代目前所使用之白熾燈泡、鹵素燈泡等傳統燈泡；此外，近年來業已發展出太陽能電池搭配照明設備來持續供應其所需之電源，而其可再生的綠色發電不會產生二氧化碳等有害氣體，亦不會造成環境污染。
但就目前太陽能電池、發光二極體之製程而言，其使用晶片製程主要為磊晶片、金屬層蒸鍍或濺鍍、光罩、蝕刻、熱處理、切割、固晶以及黏著、打線、封裝等，其中，又以金屬層製程對於晶片良率影響最為關鍵，由於金屬層為利用蒸鍍或濺鍍方式所沉積形成，此種方式除了可將製程中所欲沉積之金屬材質沉積於欲鍍物上外，亦會沉積於蒸鍍或濺鍍設備之真空腔體內壁上，造成靶材不必要的浪費，以致整體製造上之成本提高，更嚴重者，也將使真空腔體潔淨度大幅降低，進而影響其所沉積形成之金屬層的品質與良率。
是以，上述習用欲鍍物上之金屬層為由蒸鍍或濺鍍方式所沉積形成以致使用時仍存在有諸多問題與缺失，且尚有待進一步改良之必要，即為本發明人與從事於此行業者所亟欲改善之方向所在。
故，發明人有鑑於上述習用之不足與缺失，乃搜集相關資料經由多方評估及考量，方以從事於此行業之多年經驗，並透過不斷的構思、修改，始開發、設計出此種晶片還原式無電化學鍍金方法發明專利誕生。
本發明之主要目的乃在於利用無電解電鍍方式提供晶圓表面進行還原反應，並使金沉積於晶圓表面上形成金屬層，而利用此方法所得到之晶圓，其化學鍍金可產生均勻分佈且 厚度一定之金屬層，且晶圓單面或雙面皆可同時進行還原反應沉積，因此，即不會有如習用蒸鍍或濺鍍方式使靶材部份沉積於真空腔體內壁上造成不必要的浪費、整體製造成本之提高以及潔淨度大幅降低等缺失發生，進而達到確保所沉積形成之金屬層品質與良率者。
本發明之次要目的乃在於晶圓鍍金進行還原反應沉積時可在晶圓表面上預先沉積有金屬底材，其金屬底材可為晶圓覆蓋或圖案化，且晶圓上形成有圖案化之阻隔層及可供金屬底材露出之複數開口，使其晶圓浸入化學鍍金槽內進行還原反應而於複數開口內之金屬底材上沉積有金屬層後，再移除該阻隔層或保留該阻隔層；亦或是在晶圓鍍金進行還原反應沉積時為於晶圓表面上預先沉積有金屬底材，使其金屬底材可為晶圓覆蓋或圖案化後，再將晶圓浸入化學鍍金槽內進行還原反應而於金屬底材上沉積有金屬層，以供晶圓表面為可製作出具特定部位、區域範圍與形狀之金屬層或電極接點，不需全面進行金屬層沉積，更能有效節省材料使用及製造上之成本。
本發明之另一目的乃在於晶圓鍍金進行還原反應沉積時不需翻面再次處理，便可簡化製程、有效節省製造之工時而降低作業上之不便與困難度，且此方法所得到之金屬層表面亦較習用蒸鍍或濺鍍方式所產生之金屬層表面粗糙度為大、 金屬純度相對較高，可有效增加打線、焊接或覆晶封裝時的附著力，更能夠形成穩固之接合狀態而具有高度的穩定性與可靠度，進而提升其產品之競爭力者。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。
請參閱第一、二圖所示，係為本發明較佳實施例之步驟流程圖及結構示意圖，可由圖中清楚看出，當利用本發明之晶片還原式無電化學鍍金方法於使用時，係依照下列之製程步驟進行處理：(101)有機溶劑浸洗：將晶圓浸入於有機溶劑槽內分段加熱至20~100℃，且保持溫度1~120分鐘，用以溶解晶圓表面有機物；(102)水清洗：將晶圓浸入於水洗槽內清洗、分段加熱至20~100℃，保持溫度1~120分鐘；(103)水去除：將晶圓表面水份利用空氣、氮氣(N2 )等氣體進行吹乾、去除；(104)電漿表面處理：對晶圓表面以氮氣(N2 )、氧氣(O2 )或氬氣(Ar)等氣體進行電漿表面處理，用以去除殘留的有機物； (105)預浸潤濕：將晶圓浸入於預浸潤濕槽內並浸濕、分段加熱至20~100℃，酸鹼值3~11，保持溫度1~120分鐘；(106)化學鍍金：將晶圓浸入於化學鍍金槽內進行還原反應，並使金沉積於晶圓表面上而形成金屬層，其沉積速率0.1~10um/hr、金含量1~10g/L，且金沉積時間為取決於金屬層所欲達到的厚度；(107)水清洗：將晶圓浸入於水洗槽內分段加熱至20~100℃，保持溫度1~120分鐘；(108)水去除：將晶圓表面水份利用空氣、氮氣(N2 )等氣體進行吹乾。
上述之金屬層製程步驟中，為可利用二甲基砒喀酮(N-Methylpyrrolidone，NMP)、二甲亞碸(Dimethyl Sulfoxide，DMSO)、丙二醇(Propylene Glycol，PG)、單乙醇胺(Monoethanlo Amine，MEA)、丁酮(Methyl Ethyl Ketone，MEK)、丙酮(Acetone，ACE)、異丙醇(Isopropyl Alcohol，IPA)、乙酸丁基二甘醇酯(Diethylene Glycol Monobutyl Ether Aacetate，BDG)，亦或上述按照一定比例混合作為有機溶劑使用，並將晶圓浸入有機溶劑槽內，同時分段加熱至20~100℃以提升有機溶劑清潔能力，保持溫度1~120分鐘，且可由超音波進行振盪或是擺動方式予以混合均勻、加速溶解晶圓表面的有機物，亦可進一步設置有循環裝置，用以提供有機溶劑槽內之有機溶劑濃度保持一定均勻，則可達到晶圓表面有機物良好的清潔效果。
而後，即可將晶圓浸入於水洗槽內清洗、加熱至20~100℃，使其保持溫度1~120分鐘後；再利用空氣、氮氣(N2 )等氣體將晶圓表面上的水份進行吹乾或旋乾方式去除；除此之外，亦可以氮氣(N2 )、氧氣(O2 )或氬氣(Ar)等氣體來進行電漿表面處理、去除殘留的有機物，而時間為1~120分鐘；續將晶圓浸入於預浸潤濕槽內，同時可分段加熱至20~100℃，使其酸鹼值為介於3~11之間，且保持溫度1~120分鐘，並可由擺動或振盪方式加速潤濕效果，亦可進一步設置有循環裝置，用以提供預浸潤濕槽之濃度保持一定均勻，進而可達到增加晶圓表面的潤溼度、使其後續化學鍍金品質予以大幅提昇；再將晶圓浸入於化學鍍金槽內進行還原反應，並使金沉積於晶圓表面上而形成金屬層，同時分段加熱至20~80℃以提升 金的沉積速率，且可由超音波進行振盪或是擺動方式來加速化學鍍金槽內之還原反應劑擴散的速度，也可進一步設置有循環裝置，使其還原反應劑濃度保持一定均勻、酸鹼值介於3~11之間，而其沉積速率為0.1~10um/hr、金含量為1~10g/L之間，且金沉積時間取決於金屬層欲達到的均勻分佈厚度，又，上述化學鍍金槽使用之槽體可為預定材質所製成，用以防止不當的槽體材質會導致金異常析出其表面，且槽體內之接合處主要為採導角設計，或是一體成型方式所製成，如此可避免缺陷產生以致金析出於該處；最後將晶圓浸入水洗槽內清洗、加熱至20~100℃，且保持溫度1~120分鐘後；再次利用空氣、氮氣(N2 )等氣體將晶圓表面的水份進行吹乾或旋乾方式去除，便完成製作出太陽能電池或發光二極體晶圓之金屬層。
而利用此方法所得到太陽能電池或發光二極體之晶圓，其化學鍍金為可產生均勻分佈且厚度一定之金屬層，且晶圓單面或雙面皆可同時進行還原反應沉積，因此，即不會有如習用蒸鍍或濺鍍方式使靶材部份沉積於真空腔體內壁上造成不必要的浪費、整體製造成本之提高以及潔淨度大幅降低等缺失發生，進而可確保所沉積形成之金屬層的品質與良率；另其化學鍍金時亦不需將晶圓翻面再次處理，便可進行雙面的還原反應沉積以簡化製程、有效節省製造工時，則可方便 現場人員操作而降低作業上之不便與困難度。
此外，太陽能電池或發光二極體晶圓利用此方法所得到之金屬層表面亦較習用蒸鍍或濺鍍方式所產生之金屬層表面粗糙度為大、金屬純度相對較高，可有效增加金屬層打線、焊接或覆晶封裝時的附著力，更能夠形成穩固之接合狀態而具有高度的穩定性與可靠度，進而可達到提升其產品競爭力之效用者。
再者，上述本發明晶片還原式無電化學鍍金方法所得到之金屬層即會附著、包覆於太陽能電池或發光二極體之晶圓表面上，此外，若欲限制沉積金屬在晶圓表面上特定部位、區域時，可在晶圓表面上預先沉積有金屬底材，其金屬底材可為晶圓覆蓋或圖案化，且晶圓上形成有圖案化之阻隔層及可供金屬底材露出之複數開口，而阻隔層為可使用有如二氧化矽(SiO2 )、光阻或配向膜(Polyemid，PI)等介電材料所製成，續使晶圓浸入化學鍍金槽內進行還原反應而於複數開口內之金屬底材上沉積有金屬層後，再移除該阻隔層或保留該阻隔層；亦或是在晶圓鍍金進行還原反應沉積時為於晶圓表面上預先沉積有金屬底材，使其金屬底材可為晶圓覆蓋或圖案化後，再將晶圓浸入化學鍍金槽內進行還原反應而於金屬底材上沉積有金屬層，另其金屬底材也可使用濺鍍、蒸鍍或是無電解電鍍等方式進行金屬底材沉積 ，以供晶圓表面製作出具有特定部位、區域範圍與形狀之金屬層或電極接點，不需全面進行金屬沉積，更能有效節省材料使用及製造上之成本。
承上所述，當欲鍍物之金屬底材沉積之金屬層為金時，其中還原式無電化學鍍金製程所使用還原反應劑內可添加有氰化金、亞硫酸金、三氯化金或其他金屬鹽，而阻隔層則於金屬沉積後可予以去除或保留；又，金屬層可為金、鎳、銅、白金、鈀、鋅、錫、銀、鉻等金屬材質所製成，且在金屬底材選擇上通常為以具極佳延展性及導電性之金使用最多，但亦可為鎳、銅、鈀、鋅、錫、銀或鉻等金屬材質及其合金所製成。
本發明較佳實施主要是以無電解電鍍方式應用於製作出太陽能電池或是發光二極體晶片、晶圓之金屬層為例，使其金屬層可為電極接點、凸塊或襯墊等，以供作為電、熱傳導或打線、焊接、覆晶封裝等用途，但本發明於實際應用時，則並非是應用在製作太陽能電池或是發光二極體晶片、晶圓之金屬層為限，亦可應用於其他符合上述功能、使用用途之欲鍍物金屬層；此外，金屬層的加工方法除了可利用浸濕法之外，也可使用噴塗法、刷鍍法或滾鍍法等，其僅只需提供晶圓表面進行化學鍍金的還原反應時沉積形成穩定的金屬層即可，凡其它未脫離本發明揭示之技藝精神下完成之均等變 化與修飾變更，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。
請繼續參閱第二、三圖所示，係分別為本發明較佳實施例之結構示意圖及另一較佳實施例之結構示意圖，由圖中所示可清楚看出，本發明之無電化學鍍金設備1係包括有承載基座11、複數儲液槽12、輸送裝置13及夾持構件14所組成，其中：該承載基座11為由複數支撐框架所構成，且承載基座11上為分別設置有複數儲液槽12、輸送裝置13及夾持機構14。
該複數儲液槽12為位於承載基座11正下方位置處，其儲液槽12可為有機溶劑槽、水洗槽、預浸潤濕槽、化學鍍金槽等型式，且各儲液槽12內部所儲存之液體可為有機溶劑、水或還原反應劑等。
該輸送裝置13為位於複數儲液槽12上方相對位置，其輸送裝置13可為機械手臂、天車等型式，並以輸送裝置13所具之升降裝置帶動其呈一上、下位移以及由位移裝置作左、右往復的位移行程。
該夾持構件14為連接於輸送裝置13，並以夾持構件14穩固夾持於晶圓治具15，且夾持構件14可為多方位夾爪、組合夾具或液、氣壓夾具等型式，另其晶圓治具15 可為水平或垂直擺設型式，並於晶圓治具15內定位有至少一片以上之晶圓2；再者，晶圓治具15可為塑膠、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)、丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物(Acrylonitrile-butadiene-styrene，ABS)、玻璃、不銹鋼或鐵氟龍等材質所製成。
俾當本發明於組裝、使用時，係先將晶圓2置放於晶圓治具15內形成穩固的定位，且晶圓2與晶圓治具15之間定位方式除了可為三點～八點抵持接觸定位外，亦可由環形抵持邊、限位環槽或是使用預設夾片予以夾持定位等型式，如此便可將無電化學鍍金設備1之夾持構件14穩固夾持於晶圓治具15，並利用輸送裝置13所具之升降裝置、位移裝置移動或是承載晶圓治具15作多方向的往復位移行程，同時可供移動的路徑更加穩定，而使晶圓治具15即可依序浸入於複數儲液槽12內，且依照上述晶片還原式無電化學鍍金方法的詳細製程步驟進行處理，則可透過各儲液槽12內部之液體對晶圓2進行還原反應以供沉積形成有金屬層，且因金屬層可為電極接點、凸塊或襯墊等，藉此可方便後續作為電、熱傳導或打線、焊接、覆晶封裝等用途使用。
另其無電化學鍍金設備1為可依照不同之使用需求或是因應製程步驟的限制，而可任意調整排列順序或以組合不同液體種類、不同數量之儲液槽12；此外，輸送裝置13之升降裝置可為交叉式連桿或液、氣壓缸等可供帶動夾持構件14穩固夾持於晶圓治具15呈一上升、下降之裝置，並使位移裝置亦可為液、氣壓缸或馬達驅動螺桿之結構形成二維前後、左右的往復位移，藉此使輸送裝置1可如機械手臂、天車等型式呈現三維多方向的往復位移行程；且將晶圓治具15依序浸入於複數儲液槽12內，使晶圓2表面進行化學鍍金還原反應時形成有金屬層，又晶圓治具15內部定位之晶圓2間也可進一步設置有間隔板、外部進一步套接有套桶而具有良好的屏蔽與隔離效果，以此結構設計，便可由套桶屏蔽外部光源照射防止影響其化學鍍金的還原反應、同時可避免儲液槽12內部液體擾動而影響沉積速度以及隔離其他可能沾粘有灰塵或雜質的污染源(如可曝露在外界中之夾持構件14、晶圓治具15)，舉凡可達成前述效果之方法、步驟、流程皆應受本發明所涵蓋，此種簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明專利範圍內，合予陳明。
綜上所述，本發明上述之晶片還原式無電化學鍍金方法為於使用時，確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出 申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若　鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感公便。
1‧‧‧無電化學鍍金設備
11‧‧‧承載基座
12‧‧‧儲液槽
13‧‧‧輸送裝置
14‧‧‧夾持構件
15‧‧‧晶圓治具
2‧‧‧晶圓
第一圖　係為本發明較佳實施例之步驟流程圖。
第二圖　係為本發明較佳實施例之結構示意圖。
第三圖　係為本發明另一較佳實施例之結構示意圖。

Claims (2)

  1. 一種晶片還原式無電化學鍍金方法，尤指由無電解電鍍方式來提供晶圓表面進行還原反應沉積形成金屬層之鍍金方法，係依照下列製程步驟進行處理：(A)將晶圓浸入於有機溶劑槽內溶解有機物；(B)將晶圓浸入於水洗槽內清洗；(C)將晶圓表面水份去除；(D)對晶圓表面進行電漿表面處理去除殘留的有機物；(E)將晶圓浸入於預浸潤濕槽內浸濕；(F)將晶圓浸入於化學鍍金槽內進行還原反應，並使金為沉積於晶圓表面上而形成金屬層，沉積速率0.1~10um/hr、金含量1~10g/L之間；(G)將晶圓浸入於水洗槽內清洗；(H)將晶圓表面水份去除。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶片還原式無電化學鍍金方法，其中該步驟(F)之金沉積時間取決於金屬層所欲達到的厚度，同時分段加熱至20~80℃、酸鹼值為介於3~11之間。
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