在微電子封裝領(lǐng)域，鹵素（氟、氯、溴等）污染對(duì)金-鋁（Au-Al）鍵合界面的長(zhǎng)期可靠性構(gòu)成顯著威脅。其危害機(jī)制主要在于，當(dāng)界面存在鹵素離子且環(huán)境提供水汽（H?O）時(shí)，會(huì)引發(fā)電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致金屬間化合物異常生長(zhǎng)、界面空洞形成及鍵合強(qiáng)度退化，最終引發(fā)器件失效。
一、鹵素污染的來(lái)源與界面影響
鹵素污染可能來(lái)源于多個(gè)工藝環(huán)節(jié)，比如：
晶圓制造過(guò)程：如氧化硅蝕刻（氟化物殘留）、光刻膠去除（含氯溶劑）、RIE工藝殘留等。鹵素可能直接與鋁焊盤(pán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難去除的化合物。高濃度氟污染甚至?xí)?dǎo)致焊盤(pán)呈現(xiàn)特征性的棕色外觀，直接影響表面可鍵合性。
封裝材料：某些環(huán)氧樹(shù)脂或模塑料在固化或高溫老化過(guò)程中可能釋放鹵素氣體（主要為氯）。
外部環(huán)境：來(lái)自清洗溶劑、設(shè)備墊片或環(huán)境中的鹵素污染物。
二、去除與抑制鹵素污染的技術(shù)途徑
針對(duì)不同來(lái)源和結(jié)合狀態(tài)的鹵素，需采取差異化的清洗與防護(hù)策略：
污染狀態(tài) | 推薦去除方法 | 作用機(jī)制與注意事項(xiàng) |
物理吸附/弱結(jié)合鹵素 | 丙酮漂洗（如30秒） | 可有效去除表面物理吸附的氟離子等污染物；對(duì)于已發(fā)生化學(xué)結(jié)合的鹵素效果有限。 |
化學(xué)結(jié)合的鹵素（晶圓級(jí)） | 氬氣（Ar）等離子體濺射清洗 | 通過(guò)物理轟擊移除表面化合物層，可恢復(fù)焊盤(pán)可鍵合性，但可能引入輻射損傷，需評(píng)估對(duì)器件電性能的影響。常規(guī)器件通常可耐受此處理。 |
熱致釋放的鹵素（如封裝前） | 氧氣氣氛中熱處理（如300℃/30min） | 通過(guò)熱氧化作用使氯等鹵素?fù)]發(fā)脫離。適用于裸芯片粘貼前的晶圓級(jí)處理，一般不用于已封裝器件。 |
材料源頭的鹵素控制 | 使用無(wú)鹵素環(huán)氧樹(shù)脂/模塑料 | 從源頭消除污染，是最根本的預(yù)防策略。采用經(jīng)驗(yàn)證的無(wú)鹵素材料體系，并建立嚴(yán)格的供應(yīng)鏈管控。 |
三、結(jié)論與系統(tǒng)性建議
有效的鹵素污染控制需要貫穿于設(shè)計(jì)、制造與封裝全流程：
源頭預(yù)防：在材料選型與工藝設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用無(wú)鹵素或低鹵素方案。
過(guò)程監(jiān)控：對(duì)關(guān)鍵工藝節(jié)點(diǎn)（如清洗、蝕刻、鍵合前）進(jìn)行表面化學(xué)成分分析（如XPS、TOF-SIMS），早期識(shí)別污染風(fēng)險(xiǎn)。
針對(duì)性清洗：根據(jù)鹵素結(jié)合狀態(tài)選擇匹配的清洗工藝，并在處理后評(píng)估其對(duì)界面特性與器件性能的綜合影響。
可靠性驗(yàn)證：對(duì)可能存在鹵素風(fēng)險(xiǎn)的工藝批次，增加高溫高濕（如85℃/85%RH）或高壓蒸煮（HAST）等加速應(yīng)力測(cè)試，并結(jié)合界面形貌與成分分析，系統(tǒng)性驗(yàn)證鍵合可靠性。
通過(guò)上述多層次的協(xié)同控制，可顯著降低鹵素誘導(dǎo)的界面退化風(fēng)險(xiǎn)。在這一過(guò)程中，基于推拉力測(cè)試系統(tǒng)的力學(xué)性能評(píng)估與可靠性驗(yàn)證測(cè)試發(fā)揮著關(guān)鍵作用：科準(zhǔn)測(cè)控可提供專(zhuān)業(yè)的界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試方案，結(jié)合溫循-濕熱-機(jī)械應(yīng)力復(fù)合測(cè)試平臺(tái)，系統(tǒng)評(píng)估器件在嚴(yán)苛環(huán)境下的長(zhǎng)期服役穩(wěn)定性，為微電子封裝工藝優(yōu)化與可靠性保障提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。
