在微电子封装领域，卤素（氟、氯、溴等）污染对金-铝（Au-Al）键合界面的长期可靠性构成显著威胁。其危害机制主要在于，当界面存在卤素离子且环境提供水汽（H₂O）时，会引发电化学腐蚀反应，导致金属间化合物异常生长、界面空洞形成及键合强度退化，最终引发器件失效。
一、卤素污染的来源与界面影响
卤素污染可能来源于多个工艺环节，比如：
晶圆制造过程：如氧化硅蚀刻（氟化物残留）、光刻胶去除（含氯溶剂）、RIE工艺残留等。卤素可能直接与铝焊盘发生化学反应，形成难去除的化合物。高浓度氟污染甚至会导致焊盘呈现特征性的棕色外观，直接影响表面可键合性。
封装材料：某些环氧树脂或模塑料在固化或高温老化过程中可能释放卤素气体（主要为氯）。
外部环境：来自清洗溶剂、设备垫片或环境中的卤素污染物。
二、去除与抑制卤素污染的技术途径
针对不同来源和结合状态的卤素，需采取差异化的清洗与防护策略：
污染状态 | 推荐去除方法 | 作用机制与注意事项 |
物理吸附/弱结合卤素 | 丙酮漂洗（如30秒） | 可有效去除表面物理吸附的氟离子等污染物；对于已发生化学结合的卤素效果有限。 |
化学结合的卤素（晶圆级） | 氩气（Ar）等离子体溅射清洗 | 通过物理轰击移除表面化合物层，可恢复焊盘可键合性，但可能引入辐射损伤，需评估对器件电性能的影响。常规器件通常可耐受此处理。 |
热致释放的卤素（如封装前） | 氧气气氛中热处理（如300℃/30min） | 通过热氧化作用使氯等卤素挥发脱离。适用于裸芯片粘贴前的晶圆级处理，一般不用于已封装器件。 |
材料源头的卤素控制 | 使用无卤素环氧树脂/模塑料 | 从源头消除污染，是最根本的预防策略。采用经验证的无卤素材料体系，并建立严格的供应链管控。 |
三、结论与系统性建议
有效的卤素污染控制需要贯穿于设计、制造与封装全流程：
源头预防：在材料选型与工艺设计中优先采用无卤素或低卤素方案。
过程监控：对关键工艺节点（如清洗、蚀刻、键合前）进行表面化学成分分析（如XPS、TOF-SIMS），早期识别污染风险。
针对性清洗：根据卤素结合状态选择匹配的清洗工艺，并在处理后评估其对界面特性与器件性能的综合影响。
可靠性验证：对可能存在卤素风险的工艺批次，增加高温高湿（如85℃/85%RH）或高压蒸煮（HAST）等加速应力测试，并结合界面形貌与成分分析，系统性验证键合可靠性。
通过上述多层次的协同控制，可显著降低卤素诱导的界面退化风险。在这一过程中，基于推拉力测试系统的力学性能评估与可靠性验证测试发挥着关键作用：科准测控可提供专业的界面结合强度测试方案，结合温循-湿热-机械应力复合测试平台，系统评估器件在严苛环境下的长期服役稳定性，为微电子封装工艺优化与可靠性保障提供精准数据支撑。
