镀液和镀覆方法
【专利说明】镀液和镀覆方法
[0001] 本发明涉及电解金属电镀领域。特别地，本发明涉及电解锡电镀领域。
[0002] 金属和金属合金商业上很重要，特别是在它们通常用作电连接，精整加工和焊料 的电子工业中。锡-铅曾经是最常见的锡合金焊料，由于对铅的限制越来越严格，其使用越 来越少。无铅焊料，例如锡，锡-银，锡-铜，锡-铋，锡-银-铜等是锡-铅焊料的常见替 代品。这些焊料通常使用镀液，例如电镀液沉积在基材上。
[0003] 电镀具有金属涂覆层的工件的方法通常涉及在镀液中两个电极之间通过电流，其 中一个电极（典型地是阴极）是待镀工件。典型的锡镀液包含溶解的锡离子，水，用量足以 给镀液提供电导性的酸电解质例如甲磺酸，抗氧化剂，以及用来改善电镀均匀性和金属沉 积质量的专门的添加剂。这类添加剂包括表面活性剂，和颗粒细化剂，以及其它。
[0004] 无铅焊料电镀的特定应用在电子工业中存在一些挑战。例如，当用作铜柱上的覆 盖层时，相对少量的无铅焊料，例如锡-银焊料，沉积在铜柱上面。在电镀如此少量的焊料 时，在芯片内以及横穿晶片的每个凸柱顶上电镀均匀高度的焊料组合物通常很困难。使用 常规的焊料电镀液还会产生具有相对粗糙表面形貌的沉积，例如，具有通过光学轮廓测量 的约800nm或更大的平均表面粗糙度（Ra)。这类相对粗糙的表面形貌通常与重熔后焊料中 的孔洞形成相关，最终产生了对焊料连接可靠性的担忧。因此，工业界存在着对避免相对粗 糙的表面形貌问题，以及提供改善的芯片内均匀性的锡或锡-合金焊料沉积的兴趣。
[0005] 许多常规的锡电镀液是已知的。当期望得到光泽表面时，光亮剂，有时称为颗粒细 化剂，通常用于锡电镀液中。常规的光亮剂包括醛类、酮类、羧酸类，羧酸衍生物类、胺类或 其混合物。在美国专利第7, 314, 543号中已经报道了由含有磺丙基化的阴离子表面活性 剂，例如分子式为R(〇CH2CH2)nO(CH2) 3S03X的那些，其中R是正烷基，以及X是阳离子物种，以 及颗粒细化剂例如10-30ppm之间的亚苄基丙酮的酸性锡电镀液沉积得到的锡层在6个月 的环境条件下贮存后未显示出晶须。然而，当含有磺丙基化的阴离子表面活性剂和作为颗 粒细化剂的亚苄基丙酮的锡或锡-合金电镀液用来在半导体晶片上沉积含锡焊料凸块时， 这类焊料凸块遭遇不良形貌和非常差的芯片内（WID)均匀性，通常>30%WID。相应地，在 工业中仍然存在着对用于沉积同时具有可接受的形貌和良好芯片内均匀性的含锡焊料层， 例如焊料凸块，或者铜柱上的覆盖层的电镀液和镀覆方法的需求。
[0006] 本发明提供了一种电镀组合物，其包含：锡离子源、酸电解质以及0. 0001-0. 075g/ L的式（1)或式（2)的颗粒细化剂
[0007]
【主权项】
1. 一种电镀组合物，包含：锡离子源、酸电解质以及0.0001-0. 〇75g/L的式（1)或式 (2)的颗粒细化剂
其中R1各自独立地是（C1J烷基、（Cp6)烷氧基、羟基或卤素；R 2和R3独立地选自H和 (CV6)烷基；R4是H、OH、（C 烷基或O(Cp 6)烷基；m是0-2的整数；R5各自独立地是（C η) 烷基；R6各自独立地选自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)的非离子表面活性剂：
其中A和B表示不同的氧化烯基团，以及X和y分别地表示各个氧化烯的重复单元数 目；以及水。
2. 根据权利要求1的电镀组合物，其中A和B独立地选自（C 2_4)氧化烯。
3. 根据权利要求1的电镀组合物，其中X和y独立地是1-100的整数。
4. 根据权利要求1的电镀组合物，其中非离子表面活性剂平均为1000-30000。
5. 根据权利要求1的电镀组合物，进一步包含合金的金属离子源。
6. 根据权利要求6的电镀组合物，其中合金的金属离子选自铜离子、银离子、金离子、 铋离子、锌离子、铟离子，或其混合物。
7. 根据权利要求1的电镀组合物，具有0-6的pH值。
8. 根据权利要求1的电镀组合物，其中颗粒细化剂选自肉桂酸、肉桂醛、亚苄基丙酮、 吡啶甲酸、吡啶二羧酸、吡啶甲醛、吡啶二甲醛，或其混合物。
9. 一种电镀含锡层的方法，该方法包括：提供包含多个导电性接合特征元件的半导体 晶片；使所述半导体晶片与权利要求1的组合物接触；以及施加足够的电流密度，在导电性 接合特征元件上沉积含锡层。
10. 根据权利要求9的方法，其中接合特征元件上的含锡层在电镀时以及重熔后基本 上不含空洞。
【专利摘要】包含特定光亮剂和非离子表面活性剂的锡电镀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内均匀性的含锡焊料沉积。
【IPC分类】C25D3-32
【公开号】CN104674311
【申请号】CN201410858387
【发明人】J·沃尔蒂克, 秦毅, J·D·普朗格, 蒙特西诺斯 P·O·洛佩兹
【申请人】罗门哈斯电子材料有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年11月5日
【公告号】EP2868778A2, EP2868778A3, US20150122662