鍍液和鍍覆方法
【專利說明】鍍液和鍍覆方法
[0001] 本發(fā)明涉及電解金屬電鍍領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及電解錫電鍍領(lǐng)域。
[0002] 金屬和金屬合金商業(yè)上很重要，特別是在它們通常用作電連接，精整加工和焊料 的電子工業(yè)中。錫-鉛曾經(jīng)是最常見的錫合金焊料，由于對(duì)鉛的限制越來越嚴(yán)格，其使用越 來越少。無鉛焊料，例如錫，錫-銀，錫-銅，錫-鉍，錫-銀-銅等是錫-鉛焊料的常見替 代品。這些焊料通常使用鍍液，例如電鍍液沉積在基材上。
[0003] 電鍍具有金屬涂覆層的工件的方法通常涉及在鍍液中兩個(gè)電極之間通過電流，其 中一個(gè)電極（典型地是陰極）是待鍍工件。典型的錫鍍液包含溶解的錫離子，水，用量足以 給鍍液提供電導(dǎo)性的酸電解質(zhì)例如甲磺酸，抗氧化劑，以及用來改善電鍍均勻性和金屬沉 積質(zhì)量的專門的添加劑。這類添加劑包括表面活性劑，和顆粒細(xì)化劑，以及其它。
[0004] 無鉛焊料電鍍的特定應(yīng)用在電子工業(yè)中存在一些挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)用作銅柱上的覆 蓋層時(shí)，相對(duì)少量的無鉛焊料，例如錫-銀焊料，沉積在銅柱上面。在電鍍?nèi)绱松倭康暮噶?時(shí)，在芯片內(nèi)以及橫穿晶片的每個(gè)凸柱頂上電鍍均勻高度的焊料組合物通常很困難。使用 常規(guī)的焊料電鍍液還會(huì)產(chǎn)生具有相對(duì)粗糙表面形貌的沉積，例如，具有通過光學(xué)輪廓測(cè)量 的約800nm或更大的平均表面粗糙度（Ra)。這類相對(duì)粗糙的表面形貌通常與重熔后焊料中 的孔洞形成相關(guān)，最終產(chǎn)生了對(duì)焊料連接可靠性的擔(dān)憂。因此，工業(yè)界存在著對(duì)避免相對(duì)粗 糙的表面形貌問題，以及提供改善的芯片內(nèi)均勻性的錫或錫-合金焊料沉積的興趣。
[0005] 許多常規(guī)的錫電鍍液是已知的。當(dāng)期望得到光澤表面時(shí)，光亮劑，有時(shí)稱為顆粒細(xì) 化劑，通常用于錫電鍍液中。常規(guī)的光亮劑包括醛類、酮類、羧酸類，羧酸衍生物類、胺類或 其混合物。在美國專利第7, 314, 543號(hào)中已經(jīng)報(bào)道了由含有磺丙基化的陰離子表面活性 劑，例如分子式為R(〇CH2CH2)nO(CH2) 3S03X的那些，其中R是正烷基，以及X是陽離子物種，以 及顆粒細(xì)化劑例如10-30ppm之間的亞芐基丙酮的酸性錫電鍍液沉積得到的錫層在6個(gè)月 的環(huán)境條件下貯存后未顯示出晶須。然而，當(dāng)含有磺丙基化的陰離子表面活性劑和作為顆 粒細(xì)化劑的亞芐基丙酮的錫或錫-合金電鍍液用來在半導(dǎo)體晶片上沉積含錫焊料凸塊時(shí)， 這類焊料凸塊遭遇不良形貌和非常差的芯片內(nèi)（WID)均勻性，通常>30%WID。相應(yīng)地，在 工業(yè)中仍然存在著對(duì)用于沉積同時(shí)具有可接受的形貌和良好芯片內(nèi)均勻性的含錫焊料層， 例如焊料凸塊，或者銅柱上的覆蓋層的電鍍液和鍍覆方法的需求。
[0006] 本發(fā)明提供了一種電鍍組合物，其包含：錫離子源、酸電解質(zhì)以及0. 0001-0. 075g/ L的式（1)或式（2)的顆粒細(xì)化劑
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電鍍組合物，包含：錫離子源、酸電解質(zhì)以及0.0001-0. 〇75g/L的式（1)或式 (2)的顆粒細(xì)化劑
其中R1各自獨(dú)立地是（C1J烷基、（Cp6)烷氧基、羥基或鹵素；R 2和R3獨(dú)立地選自H和 (CV6)烷基；R4是H、OH、（C 烷基或O(Cp 6)烷基；m是0-2的整數(shù)；R5各自獨(dú)立地是（C η) 烷基；R6各自獨(dú)立地選自H、0H、（C1J烷基或O(Cp6)烷基；η是1或2;以及p是0、1或2; 式（3)或式（4)的非離子表面活性劑：
其中A和B表示不同的氧化烯基團(tuán)，以及X和y分別地表示各個(gè)氧化烯的重復(fù)單元數(shù) 目；以及水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍組合物，其中A和B獨(dú)立地選自（C 2_4)氧化烯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍組合物，其中X和y獨(dú)立地是1-100的整數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍組合物，其中非離子表面活性劑平均為1000-30000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍組合物，進(jìn)一步包含合金的金屬離子源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求6的電鍍組合物，其中合金的金屬離子選自銅離子、銀離子、金離子、 鉍離子、鋅離子、銦離子，或其混合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍組合物，具有0-6的pH值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍組合物，其中顆粒細(xì)化劑選自肉桂酸、肉桂醛、亞芐基丙酮、 吡啶甲酸、吡啶二羧酸、吡啶甲醛、吡啶二甲醛，或其混合物。
9. 一種電鍍含錫層的方法，該方法包括：提供包含多個(gè)導(dǎo)電性接合特征元件的半導(dǎo)體 晶片；使所述半導(dǎo)體晶片與權(quán)利要求1的組合物接觸；以及施加足夠的電流密度，在導(dǎo)電性 接合特征元件上沉積含錫層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中接合特征元件上的含錫層在電鍍時(shí)以及重熔后基本 上不含空洞。
【專利摘要】包含特定光亮劑和非離子表面活性劑的錫電鍍液提供了具有良好形貌、降低的孔洞形成率以及改善的芯片內(nèi)均勻性的含錫焊料沉積。
【IPC分類】C25D3-32
【公開號(hào)】CN104674311
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410858387
【發(fā)明人】J·沃爾蒂克, 秦毅, J·D·普朗格, 蒙特西諾斯 P·O·洛佩茲
【申請(qǐng)人】羅門哈斯電子材料有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年11月5日
【公告號(hào)】EP2868778A2, EP2868778A3, US20150122662