Когда говорят про формирование золотых выступов bumps, многие сразу представляют себе что-то вроде штамповки или напыления — чистый, почти лабораторный процесс. На деле, в цеху всё пахнет иначе: химикатами, стрессом и постоянной борьбой с параметрами. Это не просто этап упаковки, это часто самое узкое место, где микроны решают всё, а золото ведёт себя капризнее, чем кажется по учебникам.
Основная иллюзия — что раз технология отработана десятилетиями, то и проблем особых нет. Берёшь подложку, вакуумную установку, испаряешь золото — и готово. Но вот первый нюанс: адгезия. Без правильно подготовленного барьерного слоя (часто титан/никель) золотой bump просто отойдёт, как наклейка на жирной поверхности. И это выясняется не на этапе контроля, а уже при термоциклировании на клиенте. Приходилось сталкиваться, когда партия уходила с идеальными электрическими параметрами, но через месяц возвращались с жалобами на расслоение. Вина? Недостаточная активация поверхности перед нанесением барьера. Мелочь, которая стоила недель простоя.
Второй момент — равномерность осаждения по краю пластины. В центре толщина может быть в допуске, а на периферии — уже нет. Особенно критично для больших пластин. Здесь спасает только юстировка и калибровка источников с кропотливым построением карт толщин. Иногда кажется, что оборудование работает идеально, но стоит сменить партию мишеней или даже поставщика газа-очистителя, и профиль меняется. Нужно постоянно ?чувствовать? установку.
И третий, самый коварный аспект — чистота золота. Да, мы используем высокие 99.99%, но даже следовые примеси вроде органики из предыдущих процессов или меди могут резко изменить механические свойства выступа. Он становится хрупким или, наоборот, слишком пластичным. Контроль не только по сертификату, но и свой, выборочный масс-спектрометрический анализ — обязательная практика. Как в ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии? — без своего строгого входного контроля и перепроверки ключевых материалов даже с 20-летним опытом за плечами лезть в серийное производство было бы самонадеянно.
Сам процесс формирования выступов начинается, конечно, с литографии. И здесь своя головная боль — фоторезист. Для высоких аспектных соотношений (а bumps бывают и по 50-100 мкм в высоту) нужен толстый, но с вертикальными стенками резист. И он должен прекрасно держаться на уже имеющихся слоях, не отслаиваться при последующем осаждении золота. Бывали случаи, когда из-за внутренних напряжений в резисте после проявки возникали микротрещины, и золото затекало под маску, создавая короткие замыкания между соседними контактами. Решение искали в изменении температурного режима мягкого запекания (soft bake) и подборе другого поставщика фоторезиста — методом проб, иногда дорогостоящих.
Ещё один практический момент — выравнивание (alignment). Если на пластине уже есть предыдущие металлические слои, топология становится неидеально плоской. И совместить маску для bumps с нижележащими контактными площадками (pads) с точностью до микрона — задача нетривиальная. Автоматические системы совмещения, конечно, помогают, но ?слепые? зоны, особенно по краям, требуют ручной проверки и иногда корректировки рецепта. Это та самая ?ручная работа?, которую не афишируют в брошюрах, но без которой стабильный выход годных падает.
После осаждения золота идёт лифт-офф (удаление резиста и излишков металла). Казалось бы, просто отмыть в растворителе. Но если золото проникло глубоко в поры резиста или образовало боковые наплывы (overhang), отмывка может быть неполной. Остатки органики и микрочастицы металла потом приводят к утечкам или коррозии. Приходится оптимизировать не только химический состав стриппера, но и методы ультразвуковой или мегасонной обработки, чтобы не повредить при этом сами нежные золотые выступы.
Контроль высоты и диаметра bumps — это базовая необходимость. Профилометры, конфокальные микроскопы. Но ключевой параметр, который часто упускают на старте — это копланарность, то есть равность высоты всех выступов на пластине. Разброс даже в несколько микрон может привести к катастрофе при последующей сборке flip-chip — одни чипы будут иметь идеальный контакт, другие ?повиснут? в воздухе. Мы настраивали систему контроля так, чтобы строить 3D-карту всей пластины, а не выборочные замеры. Это удлиняет процесс, но спасает от брака целых партий.
Ещё один вид контроля — неразрушающий, на адгезию. Есть методы типа shear test (тест на срез), но они выборочные и разрушающие образец. В серийном производстве важно иметь косвенные признаки. Например, анализ звукового сигнала при ультразвуковой сканирующей микроскопии (C-SAM) может показать расслоения на границе раздела. Научиться читать эти картинки — целое искусство. Опытный оператор по изменению контраста или появлению артефактов может заподозрить проблему ещё до того, как она проявится электрически.
И, конечно, электрический контроль контактного сопротивления. Это финальная проверка. Но и здесь ловушка: хорошее сопротивление на постоянном токе не гарантирует хороших ВЧ-характеристик. Для высокочастотных применений формула bumpа, его геометрия и даже шероховатость боковой стенки начинают играть огромную роль. Порой приходится идти на компромисс между механической надёжностью и электрическими параметрами, подбирая форму не столбика, а усечённого конуса.
Говоря о золоте, нельзя не затронуть вопрос стоимости. Альтернативы? Медные или оловянные выступы дешевле, но для многих высоконадёжных применений, особенно в аэрокосмической или оборонной отрасли, где важна стойкость к коррозии и долговечность контакта, золото остаётся безальтернативным. Однако его расход нужно минимизировать. Здесь на помощь приходят технологии селективного осаждения, а не осаждения через маску на всю пластину. Но они требуют ещё более сложного контроля химического состава ванны и потенциалов.
Работа с поставщиками — отдельная история. На сайте https://www.ywxtbdt.ru наша компания заявляет о 20-летнем опыте, и этот опыт во многом — это наработанная база надёжных партнёров. Потому что качество золотых мишеней, химикатов для подготовки поверхности, даже фильтров для чистых помещений — всё это влияет на итог. Однажды сменили поставщика деионизованной воды, и сразу пошла повышенная шероховатость на барьерном слое. Месяц искали причину, пока не вернулись к старому контракту.
Экология и безопасность. Процессы связаны с цианистыми электролитами (при гальваническом осаждении) или агрессивными кислотами. Системы вентиляции, нейтрализации стоков, защита персонала — это не просто статьи расходов, а условие выживания производства. Любая проверка Роспотребнадзора или экологической службы может остановить линию, если что-то не так. Поэтому документация и соблюдение регламентов — такая же часть профессии, как и настройка установки.
Тренд на миниатюризацию не обошёл и bumps. Требования к уменьшению шага (pitch) между выступлениями ужесточаются. Если раньше 100 мкм было нормой, то сейчас говорят о 40 мкм и меньше. Это ставит новые задачи к точности литографии и к равномерности осаждения. Возможно, будущее за комбинацией методов — например, струйной печатью микрокапель золотого полимера с последующим спеканием. Но это пока лабораторные разработки, до серийного цеха далеко.
Другой вектор — интеграция процесса формирования выступов в общую цепочку, так называемый ?процесс в процессе?. Чтобы не возить пластину между разными цехами, а иметь кластерную установку, где последовательно идут очистка, нанесение барьера, осаждение золота и даже первичный контроль. Это снижает риски загрязнения и сокращает цикл. Компании вроде нашей, ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии?, постоянно оценивают такие решения, но их внедрение — это всегда баланс между приростом качества и колоссальными капитальными затратами.
В итоге, формирование золотых выступов на полупроводниковых пластинах — это не ?золотая? страница в техпроцессе, а скорее плотная паутина взаимосвязанных параметров, материалов и человеческого опыта. Успех здесь определяется не столько следованием ГОСТу или ТУ, сколько способностью инженера предвидеть, как изменение одного параметра потянет за собой десяток других. И это та самая практика, которую не купишь и не скачаешь — она нарабатывается годами в цеху, у установки, с пачкой бракованных пластин на столе для разбора полётов.
