[發明專利]電鍍式無鉛凸點沉積

無效

• 申請號: 201180059957.8
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN103430287A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 丹尼爾·L·古德曼;阿瑟·凱格勒;約翰內斯·基烏;劉震球
• 申請（專利權）人: TEL內克斯有限公司
• 主分類號: H01L21/228
• 分類號: H01L21/228
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;全萬志

背景技術

1.技術領域

本公開的實施方案一般涉及用于將金屬結構施加到工件的方法和裝置，并且更具體地涉及用于將無鉛釬料沉積為在涂覆有抗蝕劑圖案化膜的工件表面中的微尺度圖案的方法和裝置，并且更具體地涉及用于電沉積錫-銀合金釬料凸點的方法和裝置。

2.相關發展的簡要說明

根據歐盟的有害物質限用指令(RoHS)的要求，半導體行業一直致力于消除在電子產品中的鉛。該行業比提供具有無鉛封裝的“綠色”消費的電子產品的規定發展更快。無鉛釬料的電沉積(如使用通過掩模圖案化沉積)是能夠提供用于先進電子封裝的緊間距凸點(連接間距小于約300微米)或微凸點的技術。錫(Sn)和銀(Ag)的合金是用于這些應用的首要備選金屬。基本上純的錫具有釬料金屬的大量期望特性，例如抗疲勞性、熱循環以及機械韌性性能，但該行業已經發現，基本上純的錫中的錫晶須生長使其成為用于先進封裝應用的不可靠的接合釬料。已經發現加入少量的銀(在約1％和4％(按重量計)之間的Ag)可以顯著地降低釬焊接頭中的Sn晶須形成的可能性。由于錫(-0.13伏SHE)和銀(+0.799伏SHE)之間的電化學還原電勢中的大差異，因此以傳統方式的錫-銀合金(SnAg)釬料電鍍比基本上純的錫電鍍或鉛-錫(PbSn)電鍍更困難。該還原電勢差異使溶液中的銀離子Ag⁺自發地與金屬錫和/或二價錫離子(Sn⁺²)反應，將Sn或Sn⁺²氧化為Sn⁺²或Sn⁺⁴，由此將金屬Ag浸漬沉積在Sn表面上。類似地，在電鍍溶液中的Ag⁺離子可以浸漬沉積在其它金屬如鎳或銅上。化學品供應商已經開發了有機分子，該有機分子與Ag⁺離子絡合，以將其還原電勢接近于Sn⁺²的還原電勢，由此使電鍍溶液中的Ag⁺離子穩定。當在這樣的UBM結構上電鍍SnAg無鉛釬料時，在電鍍溶液中絡合的有機Ag⁺離子絡合物并沒有消除不需要的Ag浸漬沉積物在通常是鎳或銅的凸點下金屬(under?bump?metal，UBM)上的可能性。這種不需要的浸漬沉積物可能引起在UBM/SnAg界面的空隙缺陷，在回流釬料之后，該空隙是可觀察到的，并且這樣的空隙可以引起芯片到封裝接合的機械和電氣故障。因此，需要一種電鍍SnAg釬料的替換方法以形成連接到下層金屬的可靠的無鉛凸點來解決當電子工業朝向消除所有集成電路產品的鉛行動時所面臨的問題。此外，工業也需要開發將鉛錫(PbSn)電鍍凸點結構替換為無鉛(SnAg)電鍍凸點結構的經濟方法。由于Ag絡合物和其它成分在商業SnAg電鍍化學品的高成本，所以SnAg電鍍凸點的典型成本是PbSn凸點的幾倍。在制造設備中，電沉積SnAg凸點的現有方法涉及昂貴的控制系統，例如如美國專利申請11/840,748所描述的，公開了具有控制系統的商業電鍍設備，該控制系統確保在整個沉積中，在釬料金屬中提供恒定的合金組合物，該專利的全部內容通過引用合并到本文中。因此，SnAg電鍍方法需要最大限度地減少昂貴化學品的使用，同時在SnAg和下層金屬之間提供可靠的界面。

附圖說明

下面的描述結合附圖來說明本實施方案的上述方面和其它特征。通過結合附圖參考下面描述可以更好地理解上述技術。在附圖中，貫穿不同的視圖，相同的附圖標記一般表示相同的部分。附圖不一定按比例繪制，而是重點一般放在描述技術的原理上。

圖1示出現有技術的在沉積步驟之后的橫截面圖；

圖2示出現有技術的在沉積步驟之后的橫截面圖；

圖3示出在熱處理之后的釬料凸點的橫截面圖；

圖4示出現有技術的自頂向下的截面，其顯示在UBM與SnAg的界面處存在空隙；

圖5示出本公開的實施方案的自頂向下的截面，其顯示在UBM與SnAg的界面處沒有空隙；

圖6示出本公開實施方案的在第二沉積步驟之后的橫截面圖；

圖7示出適于使用本公開的實施方案的制造過程的商業晶片電沉積機器；

圖8示出電沉積模塊；以及

圖9示出工藝流程圖。

具體實施方式

雖然將參考附圖中所示的實施方案描述本實施方案，但應當理解的是，本實施方案可以體現為實施方案的許多可替換的形式。另外，可以使用任何合適的尺寸、形狀或類型的元件或材料。本公開的實施方案提供了在電沉積的無鉛釬料凸點和凸點下金屬(UBM)之間提供可靠界面的方法。