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晶圆电镀的阳极钝化是什么?

01/05 08:36
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这个是可溶性阳极的常见问题,关于什么是可溶性阳极,可以参考之前文章:电镀机的阳极是什么材质?用一句通俗的话来概括阳极钝化就是原本应该顺畅溶解、补充金属离子的阳极,因为表面生成了一层致密的“皮”(钝化膜),导致金属无法溶解进入溶液。

什么是阳极钝化?

在正常的晶圆电镀(以最常见的电镀铜为例)中,阳极(Anode)发生氧化反应,释放金属离子:

阳极钝化发生时,这个反应受阻。取而代之的是,阳极表面形成了不导电或难溶的化合物薄膜。这会导致阳极电位急剧上升,原本的金属溶解反应停止,可能会转而发生副反应(如电解水):

为什么会发生钝化?

作为工艺工程师,排查钝化问题通常关注以下三个核心维度:

A. 阳极电流密度过高

原理: 当你为了追求产率开大电流时,阳极表面的金属溶解速度跟不上电子转移的速度。

后果: 阳极附近的金属离子瞬间浓度过高,达到饱和,结晶析出形成盐膜,堵死阳极表面。

B. 关键成分缺失(以酸性镀铜为例)

氯离子 异常: 在磷铜阳极体系中,氯离子至关重要。它帮助形成一层正常的、透性的“黑膜”。如果 Cl- 太少,阳极无法正常溶解,会形成致密的钝化层;如果 Cl-太多,会产生过厚的氯化亚铜(CuCl)沉淀,同样导致钝化。

C. 溶液的搅拌或对流不佳

电镀槽(Bath)内的药水循环不好,阳极表面溶解出来的金属离子运不走,局部浓度爆表,导致结晶沉淀覆盖阳极。

阳极钝化的“破坏力”

1,电压异常: 为了维持设定的电流,整流器必须输出更高的电压来击穿钝化膜。

2,金属离子浓度下降: 因为阳极不再溶解补充金属离子,而阴极(晶圆)还在消耗,导致镀液中金属浓度迅速降低,破坏工艺稳定性。

3,添加剂快速消耗: 如果发生析氧副反应(产生 O2),刚生成的初生态氧会迅速氧化破坏昂贵的有机添加剂(光亮剂、整平剂),导致成本飙升和有机污染超标。

等等。

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