电镀式无铅凸点沉积的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种使用沉积在工件上形成金属特征的方法。该方法包括：在工件上提供用于电子器件的钎料的凸点下金属层，将基本上纯的锡层直接沉积到凸点下金属层，并且将锡银合金层沉积到在基本上纯的锡层上。
【专利说明】电镀式无铅凸点沉积
【背景技术】
[0001]1.【技术领域】
[0002]本公开的实施方案一般涉及用于将金属结构施加到工件的方法和装置，并且更具体地涉及用于将无铅钎料沉积为在涂覆有抗蚀剂图案化膜的工件表面中的微尺度图案的方法和装置，并且更具体地涉及用于电沉积锡-银合金钎料凸点的方法和装置。
[0003]2.相关发展的简要说明
[0004]根据欧盟的有害物质限用指令(RoHS)的要求，半导体行业一直致力于消除在电子产品中的铅。该行业比提供具有无铅封装的“绿色”消费的电子产品的规定发展更快。无铅钎料的电沉积(如使用通过掩模图案化沉积)是能够提供用于先进电子封装的紧间距凸点(连接间距小于约300微米)或微凸点的技术。锡(Sn)和银(Ag)的合金是用于这些应用的首要备选金属。基本上纯的锡具有钎料金属的大量期望特性，例如抗疲劳性、热循环以及机械韧性性能，但该行业已经发现，基本上纯的锡中的锡晶须生长使其成为用于先进封装应用的不可靠的接合钎料。已经发现加入少量的银(在约1%和4% (按重量计)之间的Ag)可以显著地降低钎焊接头中的Sn晶须形成的可能性。由于锡(-0.13伏SHE)和银(+0.799伏SHE)之间的电化学还原电势中的大差异，因此以传统方式的锡-银合金(SnAg)钎料电镀比基本上纯的锡电镀或铅-锡(PbSn)电镀更困难。该还原电势差异使溶液中的银离子Ag+自发地与金属锡和/或二价锡离子(Sn+2)反应，将Sn或Sn+2氧化为Sn+2或Sn+4，由此将金属Ag浸溃沉积在Sn表面上。类似地，在电镀溶液中的Ag+离子可以浸溃沉积在其它金属如镍或铜上。化学品供应商已经开发了有机分子，该有机分子与Ag+离子络合，以将其还原电势接近于Sn+2的还原电势，由此使电镀溶液中的Ag+离子稳定。当在这样的UBM结构上电镀SnAg无铅钎料时，在电镀溶液中络合的有机Ag+离子络合物并没有消除不需要的Ag浸溃沉积物在通常是镍或铜的凸点下金属(under bump metal, UBM)上的可能性。这种不需要的浸溃沉积物可能引起在UBM/SnAg界面的空隙缺陷，在回流钎料之后，该空隙是可观察到的，并且这样的空隙可以引起芯片到封装接合的机械和电气故障。因此，需要一种电镀SnAg钎料的替换方法以形成连接到下层金属的可靠的无铅凸点来解决当电子工业朝向消除所有集成电路产品的铅行动时所面临的问题。此外，工业也需要开发将铅锡(PbSn)电镀凸点结构替换为无铅(SnAg)电镀凸点结构的经济方法。由于Ag络合物和其它成分在商业SnAg电镀化学品的高成本，所以SnAg电镀凸点的典型成本是PbSn凸点的几倍。在制造设备中，电沉积SnAg凸点的现有方法涉及昂贵的控制系统，例如如美国专利申请11/840，748所描述的，公开了具有控制系统的商业电镀设备，该控制系统确保在整个沉积中，在钎料金属中提供恒定的合金组合物，该专利的全部内容通过引用合并到本文中。因此，SnAg电镀方法需要最大限度地减少昂贵化学品的使用，同时在SnAg和下层金属之间提供可靠的界面。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]下面的描述结合附图来说明本实施方案的上述方面和其它特征。通过结合附图参考下面描述可以更好地理解上述技术。在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记一般表示相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是重点一般放在描述技术的原理上。
[0006]图1示出现有技术的在沉积步骤之后的横截面图；
[0007]图2示出现有技术的在沉积步骤之后的横截面图；
[0008]图3示出在热处理之后的钎料凸点的横截面图；
[0009]图4示出现有技术的自顶向下的截面，其显示在UBM与SnAg的界面处存在空隙；
[0010]图5示出本公开的实施方案的自顶向下的截面，其显示在UBM与SnAg的界面处没有空隙；
[0011]图6示出本公开实施方案的在第二沉积步骤之后的横截面图；
[0012]图7示出适于使用本公开的实施方案的制造过程的商业晶片电沉积机器；
[0013]图8示出电沉积模块；以及
[0014]图9不出工艺流程图。
【具体实施方式】
[0015]虽然将参考附图中所示的实施方案描述本实施方案，但应当理解的是，本实施方案可以体现为实施方案的许多可替换的形式。另外，可以使用任何合适的尺寸、形状或类型的元件或材料。本公开的实施方案提供了在电沉积的无铅钎料凸点和凸点下金属(UBM)之间提供可靠界面的方法。
[0016]现在参考图1，示出了在已经准备好用于电沉积的工件的工件表面处的单一凸点的横截面图。电接触元件101基本上被绝缘膜100包围，这些类型的特征以半周期阵列设置在整个集成电路工件上方，例如300毫米的硅晶片可以具有分布在整个表面的1000至100000这样的电接触元件。注意，可以提供任何合适的工件或衬底，例如，砷化镓或其它的。使用籽层102涂覆工件，然后使用光刻胶104涂覆，光刻胶104被光图案化以提供开口，凸点下金属106(例如镍(Ni)或铜(Cu)、或Ni和Cu层系列)被电沉积到开口中。使用相同的抗蚀剂图案掩模层104将钎料金属120电沉积到凸点下金属106上。例如，美国专利7，012，333教导了 SnAg钎料合金的沉积，在低于SnAg低共熔点下(约3.5% (按重量计))沉积该合金；该专利的全部内容通过引用合并到本文中。
[0017]现在参考图2，示出了提供无铅凸点(例如SnAg和SnAgCu合金)的另一现有技术方法，其中在沉积基本上纯的锡层130之前，在凸点下金属上沉积更贵重的基本上纯的金属层131。美国专利6，596，621教导了通过如下方法来形成无铅SnAgCu凸点:使用由约2微米厚的Ni组成的凸点下金属层106，然后利用与形成SnAgCu合金凸点所需的基本上纯的Snl30成比例的Ag/Cul31涂覆层106，所述SnAgCu合金凸点具有3.5%的Ag和约0.6%的铜并且具有余量Sn的比例；该专利的全部内容通过引用合并到本文中。
[0018]现在参考图3，将讨论这些现有技术方法的潜在缺点，图3示出热回流处理之后的钎料凸点的横截面图。在后续处理之前，热回流过程对使钎料凸点结构稳定是有利的。在电沉积步骤之后，移除光刻胶104(未示出)，并且将除了被凸点下金属106保护的地方以外的所有地方的籽层102蚀刻掉。随后，在所谓的回流处理步骤中对晶片进行热处理。简要地描述，回流涉及在控制的气氛中加热工件使得在钎料熔化之前基本上移除锡氧化物，对于SnAg合金，钎料熔化可能发生在约221°C和约232°C之间；约221°C是在约3.5%的Ag的组分下的SnAg低共熔点，约232°C是基本上纯的Sn的熔点，当钎料从固相变到液相时，由于液体表面张力使表面区域最小化，所以表面张力使金属体积改变形状，转化成基本上球形126。在升高温度下还发生金属间化合物(MC)层128的形成，金属间化合物(MC)是若干合金相的混合物，例如在Cu/Sn界面处MC将是Cu5Sn6和Cu3Sn合金相的组合。在升高温度下还发生可能在沉积期间被引入钎料中的各种有机分子的气化和除气。这些升高温度过程通过晶片或衬底的冷却而停止，从而使钎料固化，其中，固体钎料包括可以具有不同的尺寸和组成的许多亚微米尺寸的晶粒。例如，美国专利6，805，974教导了控制合金组成和冷却速率以避免不想要的大Ag3Sn板状晶粒的形成、而是形成Sn晶粒和Ag3Sn小晶粒的细晶粒的分散体的重要性；该专利的全部内容通过引用合并到本文中。
[0019]在凸点下金属(UBM)和钎料之间提供可重复且良好控制的金属间结构(MC)以及在钎料内部提供良好控制的晶粒结构的重要性可以影响钎料凸点的机械性和电迁移可靠性两者。另外，在冷却期间，钎料晶粒结构的成核和生长受所形成的MC强烈影响。通过比较图4和图5证明，在回流的初始阶段期间，在远离凸点下金属界面处禁止Ag的存在是有利的，图4和图5示出已将该凸点搭接和抛光至金属下凸点和钎料之间的界面区域232、242的凸点的光学显微镜图像230、240，其中亮与暗的颜色对应于钎料、UBM以及MC的不同材料，其中非常暗的点为空隙。在图4所示出的例如使用镍的UBM层和约2.5%的Ag合金单一步骤电沉积的SnAg，在UBM和SnAg之间的区域中可频繁出现界面空隙234、236以及238。相反，如图5所示出的重复地使用基本上纯的锡的第一层和锡-银的第二层的本公开实施方案，没有出现这样的界面空隙。基本上纯的Sn层/浴可以指的是例如市售的基本上纯的Sn材料或浴，如从Dow Chemical可得到的。
[0020]现在参考图6，其以截面示出了单一凸点结构。用具有基本上被绝缘膜100包围的电接触元件101的结构252制备工件250，其中这些类型的特征以半周期阵列设置，其中使用籽层102涂覆工件，然后使用抗蚀剂104涂覆，抗蚀剂104被光图案化以提供开口，凸点下金属106(如镍(Ni)或铜(Cu)、或Ni和Cu层系列)被电沉积到开口中。注意，可以提供任何合适的凸点下金属。使用具有不包括除锡以外的其它金属离子的金属离子成分的电镀浴来电沉积基本上纯的锡层121。注意，可以对工件250进行清洗以移除电镀浴。然后在具有包括锡离子和银离子的金属离子成分的另一电镀浴中使用相同的抗蚀剂图案掩模层104来电沉积锡-银层122。根据下面的等式调整基本上纯的Sn层的厚度Tsn、SnAg层的厚度TSnAg和SnAg层中的％ Ag(CSnAg)以提供最终％ Ag的组成:
[0021]% Ag — CSnAg X TSnAg/ (TSnAg+TSn)。
[0022]例如，为了得到％ Ag等于1.5% Ag的最终组成，Tsn = TSnAg以及CSnAg = 3.0%。
[0023]已经考虑了施加基本上纯的银(Ag)和基本上纯的锡(Sn)以有利于SnAg合金的制造，或甚至施加Ag,然后Cu,然后Sn,然后对其进行回流以形成SnAgCu合金，因为基本上纯的Ag和基本上纯的Sn的镀覆材料比SnAg合金镀覆材料更便宜，所以该方法可具有特别的成本优势。当使用基本上纯的金属层的组合时，在施加基本上纯的锡之前，施加更贵重的金属是有必要的，其原因有两个:(I)因为不受控制的Ag浸溃沉积在Sn上问题，所以将Ag电沉积至Sn表面上难以控制，由此产生不稳定的Sn/Ag界面，这将引起沉积步骤和热处理回流步骤之间的生产控制问题；(2)在热回流处理期间，基本上纯的Ag不熔化而是溶入Sn中，因此Ag金属层在熔化的锡钎料球上将是不稳定的，并且在Sn熔化和Ag充分溶入Sn之间的这段时间内到处漂移。但是，在形成金属间层的回流处理期间，将Ag直接施加到UBM材料的顶部，Sn和UBM之间的Ag的存在引起金属间层中空隙的形成，这些空隙降低钎焊接头的可靠性。因为SnAg材料比Sn材料贵几倍，所以本公开的实施方案提供了基本上纯的Ag和基本上纯的Sn的方法的一些经济效益，例如将钎料沉积成本降低约50%或更多，而没有使钎焊接头可靠性变差的相关缺点。
[0024]现在参考图7，其示出了适合于使用本公开的实施方案的制造过程的商业晶片电沉积机器。可以在市售的电沉积机器，如从Billerica MA的NEXX系统市售的Stratus中实现本公开的实施方案。系统200可能包括如在
【公开日】期为2005年5月12日的国际申请W02005/042804A2中公布的特征，其全部内容通过引用合并到本文中。作为示例性的系统，系统200以方框图的形式示出。注意，可以提供具有不同配置和位置的或多或少的模块。工业电沉积机器200可以包括负载端口 206，通过负载端口 206上述先前用抗蚀剂图案化的衬底被插入系统且从系统中取出。装载站204可以具有机械臂，该机械臂将衬底278转移到衬底夹具270、272以及274中，然后通过传输机280将衬底转移到模块210、212、214、216、260、262、264以及266，并且连续地进行。该连续过程可以包括铜(Cu)电沉积模块216、镍(Ni)电沉积模块214、锡(Sn)电沉积模块212以及锡-银(SnAg)电沉积模块210。然后衬底可以返回到装载站204，该装载站204卸载衬底且将它们传送通过衬底清洗模块202，衬底从衬底清洗模块202返回到负载端口 206。可以在电沉积步骤之前和之后设置使用例如去离子水进行的清洗步骤，例如，可以提供清洗模块260、262、264、266。可替换地，模块260、262、264以及266可以是清洗模块或热处理模块以及清洗模块。可以在每个站或模块内提供控制器220以使站或模块内的处理和/或运输程序化。可以在系统200内提供系统控制器222以使站之间的或处理模块之间的衬底程序化并且协调系统动作，如，主机通讯、批量装载和卸载，或需要控制系统200的其它的动作。控制器222可以被编程为在处理模块212中使用基本上纯的锡对工件进行镀覆，该处理模块212配置成支持具有合适金属离子成分(例如，如上面所描述的)的镀覆浴。应该注意，处理模块212可以包括纯锡阳极或不能溶解的钼-钛(Pt-Ti)阳极。控制器222还可以被编程为在清洗槽中对工件进行清洗，该清洗槽设置成支持对来自工件中的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分进行清洗。控制器222还可以被编程为在处理模块210中使用锡和银对工件进行镀覆，该处理模块210设置成支持具有合适金属离子成分(例如，如上面所描述的)的镀覆浴。应该注意，处理模块可以包括例如不能溶解的Pt-Ti阳极或任何其它合适的阳极。控制器222或任何其它合适的控制器还可以被编程为在热处理模块中对工件进行热处理，该热处理模块设置成对工件进行热处理以使锡和锡-银层混合并且形成基本上均匀的锡-银合金特征。控制器222还可以被编程为使用铜电沉积模块216在工件上沉积铜。控制器222还可以被编程为使用镍电沉积模块214在工件上沉积镍。控制器222还可以被编程为使用清洗模块260对工件进行清洗。在所示的实施方案中，示出四个电沉积模块210、212、214、216和四个清洗模块260、262、264、266。然而，应该注意，可以提供或多或少的模块。例如，可以只提供锡(Sn)电沉积模块和锡-银(SnAg)电沉积模块。再例如，可以提供具有锡(Sn)电沉积模块和锡-银(SnAg)电沉积模块的单独的工具。再例如，可以提供多种完全一样的电沉积模块以使得能够并行处理多个工件来增加系统的产量。因此，系统配置的所有这样的变化、替换和修改都被包括。
[0025]现在参考图8，示出了示例性的电沉积处理模块210的方框图。电沉积模块210可以包括在Billerica Ma的NEXX系统的Stratus工具中发现的模块特征，并且可以包括如根据
【公开日】期为2005年5月12日的国际申请W02005/042804A2所公开的特征，其全部内容通过引用合并到本文中。示例性的电沉积模块具有容纳液体302的壳体300，且液体302可以流过壳体300，并且液体302可以是循环的电解液。工件夹具272可以通过处理器280从壳体300移除，工件夹具272可以夹住衬底278。虽然示出两个衬底，但夹具可以夹住或多或少的衬底。阳极310、312提供有屏蔽板314、316和搅拌物或流体搅拌组件318和320。应该注意，可以提供或多或少的组件。例如，可以提供单一阳极。再例如，阳极可以是壳体300或屏蔽板314、316的一部分，且可以不提供搅拌物或流体搅拌组件318和320。
[0026]可以进行示出的过程，例如以下将利用装置200进行进一步的描述。如可以实现的，可以适当地对控制器220进行编程以使过程至少部分地以自动的方式实现。
[0027]现在参考图9，出示了示例性的工艺流程图400，该工艺流程图400示出用于在工件上形成无铅钎料凸点的方法。根据示例性的实施方案，例如，可以在例如装置中提供具有导电籽层的工件，该导电籽层被具有多个开口的图案化抗蚀剂掩模层覆盖，方框402。可以将工件浸入锡镀覆浴中(方框404)，该锡镀覆浴包含例如基本上纯的锡阳极或不能溶解的钼-钛阳极。在方框404中，可以形成对籽层的电接触，并且在工件和阳极之间施加电势以使得能够沉积基本上纯的锡，例如，在抗蚀剂图案特征中沉积约2微米和约150微米之间的锡。在方框408中，可以将工件移动至清洗槽。在方框410中，可以对来自工件的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分进行清洗。工件可以从清洗槽移出(方框412)，并且浸入包含锡和银离子以及阳极(例如，不能溶解的钼-钛阳极)的镀覆浴中(方框414)。按照方框416可以形成对籽层的电接触，在工件和阳极之间施加电势以使得能够沉积锡-银合金。例如，可以在抗蚀剂图案特征中沉积约2微米和约150微米之间的锡-银合金。在方框418中，可以移除抗蚀剂图案化的层，按照方框420，可以移除基本上所有未被镀覆锡和锡-银合金覆盖的籽层。例如，在约210°C至约230°C (摄氏度)之间对工件进行热处理(如在方框422中)可以使锡和锡-银层能够混合并且形成所期望的基本上均匀的锡-银合金特征。在示例性的工艺400中，锡层和锡-银层可以具有任意合适的厚度或组成，例如，锡层可以为约30微米，并且锡-银层合金层为约30微米，并且锡-银合金的组成在热处理之前可以具有约1%和约7%之间的银(按重量计)，在热处理之后具有约0.5%至约3.5%的银(按重量计)。再例如，锡层可以为约10微米，并且锡-银合金层可以为约10微米，并且锡-银合金的组成在热处理之前可以具有约1%和约7%之间的银(按重量计)，在热处理之后具有约0.5%至约3.5%的银(按重量计)。再例如，锡层可以为锡-银层的厚度的约四分之一。另外，在本实施方案中，工艺400可以提供或多或少的步骤，或者在一个或更多个步骤或工艺中可以组合一个或更多个的步骤。再例如，锡层可以为约I微米或10微米，并且锡-银层可以为约20微米至约120微米。
[0028]根据实施方案，提供了使用沉积在工件上形成金属特征的方法。提供具有用于电子器件的钎料的凸点下金属层的工件。将基本上纯的锡层直接沉积到凸点下金属层。将锡银合金层沉积到基本上纯的锡层上。
[0029]在本实施方案中，可以清洗来自工件中的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分。[0030]在本实施例方案中，通过电沉积来实现沉积。
[0031]在本实施方案中，凸点下金属包括铜或镍。
[0032]在本实施方案中，提供了用于在具有导电籽层的工件上形成无铅钎料凸点的装置，该导电籽层由具有多个特征开口的图案化抗蚀剂掩模层覆盖。该装置具有第一镀覆浴，第一镀覆浴具有适合于在抗蚀剂图案特征上沉积基本上纯的锡层的金属离子成分。可以提供清洗槽并且清洗槽适合于清洗来自工件中的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分。提供适合于在抗蚀剂图案特征中沉积锡-银合金层的金属离子成分的第二镀覆浴。
[0033]在本实施方案中，提供铜电沉积模块。
[0034]在本实施方案中，提供铜电沉积模块和镍电沉积模块。
[0035]在本实施方案中，提供清洁模块。
[0036]在本实施方案中，通过具有将基本上纯的锡层直接沉积到用于电子器件的钎料的凸点下金属的层的步骤的工艺来制备具有无铅钎料特征的电子器件。提供将锡-银合金层沉积到基本上纯的锡层上的步骤。
[0037]在本实施方案中，可以提供清洗来自电子器件的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分的步骤。
[0038]在本实施方案中，通过电沉积来实现沉积。
[0039]在本实施方案中，凸点下金属包括铜或镍。
[0040]在本实施方案中，提供了 一种用于在工件上形成无铅钎料凸点的方法，该方法包括如下步骤:提供具有导电籽层的工件，该导电籽层被通过具有多个特征开口的图案化抗蚀剂掩模层覆盖。将工件浸入具有金属离子成分的第一镀覆浴中。该方法包括提供对籽层的电接触并且提供跨越第一镀覆浴中的金属离子成分的电势以使得在抗蚀剂图案特征中能够沉积约2微米和约150微米之间的基本上纯的锡。将工件浸入具有金属离子成分的第二镀覆浴中。形成对籽层的电接触并且提供跨越第二镀覆浴中的金属离子成分之间的电势以使得在抗蚀剂图案特征中能够沉积约2微米和约150微米之间的锡-银合金。
[0041]在本实施方案中，提供了一种方法，该方法包括:将工件移动至清洗槽，清洗来自工件的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分以及将工件从清洗槽移出。
[0042]在本实施方案中，提供抗蚀剂图案化层的移除。
[0043]在本实施方案中，移除基本上所有未被镀覆锡和锡-银合金覆盖的籽层。
[0044]在本实施方案中，提供了在约210摄氏度至约230摄氏度之间对工件进行热处理以使锡层和锡-银层能够互混并且形成基本上均匀的锡-银合金特征。
[0045]在本实施方案中，锡层为约30微米，并且锡-银合金层约为30微米，其中，在锡-银合金的组成热处理之前具有约1%和约7%之间的银(按重量计)，在热处理之后具有约0.5%至约3.5%的银(按重量计)。
[0046]在本实施方案中，锡层为约I微米或约10微米，并且锡-银合金层为约20微米至约120微米。
[0047]在本实施方案中，锡层为约10微米，并且锡-银合金层为约10微米，其中，在锡-银合金的组成在热处理之前具有约1%和约7%之间的银(按重量计)，在热处理之后具有约0.5%至约3.5%的银(按重量计)。
[0048]在本实施方案中，锡层为锡-银层的厚度的约四分之一。[0049]在本实施方案中，提供了用于在具有导电籽层的工件上形成无铅钎料凸点的装置，该导电籽层被具有多个特征开口的图案化抗蚀剂掩模层覆盖。该装置具有控制器，控制器能够编程为在第一处理模块中用基本上纯的锡来对工件进行镀覆，该第一处理模块设置成支持具有适合于在工件上沉积基本上纯的锡层的金属离子成分的第一镀覆浴。控制器还能够编程为在第二处理模块中用锡和银来对工件进行镀覆，该第二处理模块设置成支持具有适合于在工件上沉积锡-银层的金属离子成分的第二镀覆浴。
[0050]在本实施方案中，控制器还能够编程为在清洗槽中对工件进行清洗，该清洗槽设置成支持清洗来自工件的基本上所有的基本上纯的锡镀覆化学成分。
[0051]在本实施方案中，控制器还能够编程为使用铜电沉积模块在工件上沉积铜。
[0052]在本实施方案中，控制器还能够编程为使用镍电沉积模块在工件上沉积镍。
[0053]在本实施方案中，控制器还能够编程为用清洗模块对工件进行清洁。
[0054]在示例性的实施方案中，提供了用于处理一个或更多个工件以在工件上电化学地形成无铅凸点的图案的方法。在一个实施方案中，基本上通过两个步骤的沉积工艺来形成无铅凸点，第一步骤是通过掩模从包含锡离子(例如金属离子成分)的电镀溶液中沉积基本上纯的锡，第二步骤是通过掩模从包含锡离子和银离子(例如金属离子成分)的可控制的混合物的电镀溶液中沉积锡-银合金，控制这两个步骤以提供目标层I和层2的厚度(Tl和T2)，以及连同控制第二步骤以提供X%的合金组成，使得在随后的热处理之后，两层混合并且形成基本上均匀的锡-银(SnAg)合金，所述合金具有介于在合金沉积步骤中沉积的X%的Ag和在基本上纯的锡沉积步骤中的0%的Ag之间的浓度。本公开的实施方案防止在凸点下金属(UBM)表面上浸溃沉积贵金属离子(如Ag)和有机络合物以消除UBM和钎料界面之间的空隙的潜在形成。在UBM上电沉积较不贵重的金属层如基本上纯的锡，之后将Sn的无铅钎料合金和较贵的金属(如Ag和/或Cu)与Sn进行共沉积作为SnAg合金或SnAgCu合金以形成用于电子封装的凸点。
[0055]应该理解，前面的描述只是本发明的说明。在不脱离本发明的情况下，本领域的技术人员可以设计各种替换和修改。因此，本发明旨在包括落在所附权利要求范围内的所有这些替换、修改和变化。
【权利要求】
1.一种使用沉积在工件上形成金属特征的方法，所述方法包括: 在所述工件上提供用于电子器件的钎料的凸点下金属层； 将基本上纯的锡层直接沉积到所述凸点下金属层；以及 将锡银合金层沉积到所述基本上纯的锡层上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中清洗来自所述工件的基本上所有的所述基本上纯的锡镀覆化学成分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过电沉积来实现所述沉积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述凸点下金属包括铜或镍。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述工件是经过热处理的。
6.一种用于在具有导电籽层的工件上形成基本上无铅的钎料凸点的装置，所述导电籽层被具有多个特征开口的图案化抗蚀剂掩模层覆盖，所述装置包括: 第一镀覆浴，所述第一镀覆浴具有配置成在所述抗蚀剂图案特征中沉积基本上纯的锡层的金属离子成分； 第二镀覆浴，所述第二镀覆浴具有配置成在所述抗蚀剂图案特征中沉积锡-银合金层的金属尚子成分。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括配置成清洗来自所述工件的基本上所有的所述基本上纯的锡镀覆化学成分的清洗槽。`
8.根据权利要求6所述的装置，还包括铜电沉积模块。
9.根据权利要求6所述的装置，还包括铜电沉积模块和镍电沉积模块。
10.根据权利要求6所述的装置，还包括清洁模块。
11.一种用于形成具有无铅钎料特征的电子器件的方法，所述方法包括: 将基本上纯的锡层直接沉积到用于所述电子器件的钎料的凸点下金属层；以及 将锡银合金层沉积到所述纯的锡层上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过电沉积来实现所述沉积。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述凸点下金属包括铜或镍。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括清洗来自所述电子器件的基本上所有的所述基本上纯的锡镀覆化学成分。
15.一种用于在工件上形成无铅钎料凸点的方法，所述方法包括: 提供具有导电籽层的所述工件，所述导电籽层被具有多个特征开口的图案化的抗蚀剂掩模层覆盖； 将所述工件浸入第一镀覆浴中，所述第一镀覆浴具有金属离子成分； 提供对所述籽层的电接触，并且提供跨越所述第一镀覆浴的所述金属离子成分的电势以在所述抗蚀剂图案特征中沉积约2微米和约150微米之间的基本上纯的锡； 将所述工件浸入具有金属离子成分的第二镀覆浴中；以及 形成对所述籽层的电接触以形成跨越所述第二镀覆浴的所述金属离子成分的电势以在所述抗蚀剂图案特征中沉积约2微米和约150微米之间的锡-银合金。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括移除所述抗蚀剂图案化的层。
17.根据权利要求15所述的方法，其中移除基本上所有的未被所镀覆的锡和所镀覆的锡-银合金覆盖的所述籽层。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括在约210摄氏度至约230摄氏度之间对所述工件进行热处理以使所述基本上纯的锡层和所述锡-银层互混并且形成基本上均匀的锡-银合金特征。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述基本上纯的锡层为约30微米，并且所述锡-银合金层为约30微米，并且其中所述锡-银合金的组成在所述热处理之前具有按重量计约1%和约7%之间的银，并且在所述热处理之后具有按重量计约0.5%至约3.5%的银。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述基本上纯的锡层为约10微米，并且所述锡-银合金层为约10微米，并且其中所述锡-银合金的组成在所述热处理之前具有按重量计约1%和约7%之间的银，并且在所述热处理之后具有按重量计约0.5%至约3.5%的银。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述基本上纯的锡层为约I微米或约10微米，并且所述锡-银合金层为约20微米至约120微米之间。
22.根据权利要求15所述的方法，其中所述基本上纯的锡层为所述锡-银层的厚度的约四分之一。
23.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述工件移动至清洗槽，清洗来自所述工件的基本上所有的所述基本上纯的锡镀覆化学成分，然后将所述工件从所述清洗槽移出。
24.一种用于在具有导电籽层的工件上形成无铅钎料凸点的装置，所述导电籽层被具有多个特征开口的图案化抗蚀剂掩模层覆盖，所述装置包括: 第一处理模块，所述第一处理模块设置成支持具有适于在所述工件上沉积基本上纯的锡层的金属离子成分的第一镀覆 浴； 第二处理模块，所述第二处理模块设置成支持具有适于在所述工件上沉积锡和银的层的金属离子成分的第二镀覆浴；和 控制器，所述控制器能够编程为在所述第一处理模块中使用所述基本上纯的锡层来对所述工件进行镀覆和在所述第二处理模块中使用所述锡和银的层对所述工件进行镀覆。
25.根据权利要求24所述的装置，还包括清洗槽，所述清洗槽设置成支持清洗来自所述工件的基本上所有的所述纯锡镀覆化学成分，其中所述控制器还能够编程为在所述清洗槽中对所述工件进行清洗。
26.根据权利要求24所述的装置，还包括铜电沉积模块，其中所述控制器还能够编程为使用所述铜电沉积模块在所述工件上沉积铜。
27.根据权利要求24所述的装置，还包括镍电沉积模块，其中所述控制器还能够编程为使用所述镍电沉积模块在所述工件上沉积镍。
28.根据权利要求24所述的装置，还包括清洁模块，其中所述控制器还能够编程为使用所述清洁模块对所述工件进行清洁。
【文档编号】H01L21/228GK103430287SQ201180059957
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年12月16日 优先权日:2010年12月17日
【发明者】丹尼尔·L·古德曼, 阿瑟·凯格勒, 约翰内斯·基乌, 刘震球 申请人:Tel内克斯有限公司