无氰金电镀液、在镍层上电镀金的方法和镀金件与流程

本申请涉及电镀，特别是涉及一种无氰金电镀液、在镍层上电镀金的方法和镀金件。

背景技术：

1、电镀金镀层能够提升产品的导电性能、耐腐蚀性、防氧化性、润滑性和焊接性能，使得产品更加耐用和可靠。因此电镀金广泛应用于电子插接件、印制电路板(pcb)、高频设备等领域。在半导体芯片制造领域，金凸块制造技术以其导电性能良好、散热效果好、工作可靠性高、机械加工性能强、密度大等优点被广泛应用于显示驱动芯片、cmos图像传感器、射频识别芯片、指纹传感器等制造场景，终端应用领域包括手机、电脑、电视、平板电脑等领域。

2、除了直接镀数微米至十几微米的厚金凸块外，半导体领域也经常涉及在铜凸块上施镀镍，然后在镍层上电镀金的技术。这既能够保证互联的可靠性，又能够大幅降低金的使用量从而降低成本。在半导体领域，为保证镀层的各项指标，镀金的电流密度一般都比较小，这就会导致镀金开始时更惰性的金将相对活泼的镍从镀层中置换出来而形成置换金层。置换金层与电镀金镀层相比一般孔隙较多，易造成镍层与金层之间结合力的下降，器件的可靠性不能得到保证。此外，镀金过程中也会出现意外停机的状况，在这种情况下，镍金置换会导致镀液中的金大量消耗，器件由于镍镀层被破坏而报废，会造成较大的经济损失。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种无氰金电镀液、在镍层上电镀金的方法和镀金件，该无氰金电镀液可减少在镍层上电镀金的过程中出现的镍金置换问题，降低置换金镀层的生成，提升镍层与金层间的结合力，从而提升器件的可靠性。

2、本申请的第一方面提供了一种无氰金电镀液，包含无氰金盐、主络合剂、导电盐、缓冲剂、沉积促进剂和置换抑制剂，所述置换抑制剂包括含磺酸基、胺基和碳碳双键的叔胺类化合物。

3、在本申请的一些实施方式中，所述叔胺类化合物包括式(1)所示的结构：

4、m包括氢离子、一价金属阳离子和铵离子中的一种，可选为氢离子、钠离子、钾离子和铵离子中的一种。

5、在本申请的一些实施方式中，所述置换抑制剂在所述无氰金电镀液中的浓度为0.1ppm～5000ppm，可选为10ppm～500ppm。

6、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

7、(1)所述无氰金盐包括亚硫酸金钠、亚硫酸金钾和亚硫酸金铵中的一种或多种；

8、(2)所述无氰金盐的用量使得所述无氰金电镀液中金离子的浓度为2g/l～18g/l，可选为5g/l～15g/l；

9、(3)所述导电盐包括硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵中的一种或多种；

10、(4)所述导电盐在所述无氰金电镀液中的浓度为30g/l～150g/l，可选为50g/l～120g/l。

11、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

12、(1)所述主络合剂包括亚硫酸盐和/或亚硫酸氢盐；

13、可选地，所述主络合剂包括亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铵、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾和亚硫酸氢铵中的一种或多种；

14、(2)所述主络合剂在所述无氰金电镀液中的浓度为10g/l～100g/l，可选为20g/l～80g/l；

15、(3)所述缓冲剂包括磷酸、柠檬酸、草酸、酒石酸、富马酸的正钠盐、正钾盐、正铵盐、酸式钠盐、酸式钾盐和酸式铵盐中的一种或多种；

16、可选地，所述缓冲剂包括磷酸的正钠盐、正钾盐、正铵盐、酸式钠盐、酸式钾盐和酸式铵盐中的一种或多种；

17、(4)所述缓冲剂在所述无氰金电镀液中的浓度为5g/l～80g/l，可选为10g/l～60g/l；

18、(5)所述沉积促进剂包括铊、砷、铅、锑、硒、碲、铋的单质和化合物中的一种或多种；

19、(6)所述沉积促进剂在所述无氰金电镀液中的浓度为0.1mg/l～1000mg/l，可选为0.2mg/l～800mg/l。

20、在本申请的一些实施方式中，还包含辅助络合剂；

21、可选地，所述辅助络合剂包括乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、环己二胺、乙二胺四乙酸、氮川三乙酸和三亚乙基四胺六乙酸中的一种或多种；

22、可选地，所述辅助络合剂在所述无氰金电镀液中的浓度为0.5g/l～30g/l，可选为2g/l～20g/l。

23、在本申请的一些实施方式中，所述无氰金电镀液的ph值为6.5～8。

24、本申请的第二方面提供了一种在镍层上电镀金的方法，包括：

25、对浸于镀液中的含镍层的部件进行电镀处理，其中，所述镀液包括本申请第一方面所述的无氰金电镀液。

26、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

27、(1)所述电镀处理的温度为45℃～70℃；

28、(2)所述电镀处理的电流密度为0.1a/dm2～1.8a/dm2。

29、本申请的第三方面提供了一种镀金件，通过本申请第二方面所述的方法制得。

30、本申请提供的无氰金电镀液包含上述的各种组分，其中，含磺酸基、胺基和碳碳双键的叔胺类化合物置换抑制剂可通过与其他各组分间的协同配合而起到有效的抑制镍金置换的作用。具体地，在进行镍层镀金时，该置换抑制剂可通过叔胺结构、胺基、碳碳双键在阴极与镍层表面发生特异性作用而形成阻挡层，该阻挡层一方面可以阻挡金离子向镍层的扩散，防止置换发生。另一方面，胺基及叔胺基的p电子和碳碳双键的π电子与金属镍发生协同络合作用，能够提升镍的电子密度，大幅提升镍层的抗氧化性。

31、在电镀开始前，晶圆浸泡在镀液中而未通电时，该置换抑制剂的特异性吸附能够通过p、π络合作用及竞争吸附作用挤掉吸附在阴极镍层表面对镍金置换起促进作用的沉积促进剂，减少镍金置换反应导致的疏松多孔的置换金层的产生，从而达到提升镍层与金层间的结合力的目的。而电镀开始后随着阴极极化增强，该阴离子型分子结构会倾向于从阴极脱附，而沉积促进剂更倾向于在阴极沉积，从而实现了阴极表面的反转吸附。另一方面，由于置换抑制剂的p、π电子并不与无空电子轨道的金有特殊作用，所以置换抑制剂不会在金镀层上特异性吸附。综上，该置换抑制剂能起到有效的防止金置换镍氧化的作用，且不会对阴极放电过程有明显影响，也不会因为置换抑制剂分子的夹镀导致镀层各方面性能下降。

技术特征：

1.一种无氰金电镀液，其特征在于，包含无氰金盐、主络合剂、导电盐、缓冲剂、沉积促进剂和置换抑制剂，所述置换抑制剂包括含磺酸基、胺基和碳碳双键的叔胺类化合物。

2.根据权利要求1所述的无氰金电镀液，其特征在于，所述叔胺类化合物包括式(1)所示的结构：

3.根据权利要求1所述的无氰金电镀液，其特征在于，所述置换抑制剂在所述无氰金电镀液中的浓度为0.1ppm～5000ppm，可选为10ppm～500ppm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的无氰金电镀液，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

5.根据权利要求1-3任一项所述的无氰金电镀液，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

6.根据权利要求1-3任一项所述的无氰金电镀液，其特征在于，还包含辅助络合剂；

7.根据权利要求1-3任一项所述的无氰金电镀液，其特征在于，所述无氰金电镀液的ph值为6.5～8。

8.一种在镍层上电镀金的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

10.一种镀金件，其特征在于，通过权利要求8或9所述的方法制得。

技术总结
本申请提供一种无氰金电镀液、在镍层上电镀金的方法和镀金件，无氰金电镀液包含无氰金盐、主络合剂、导电盐、缓冲剂、沉积促进剂和置换抑制剂，所述置换抑制剂包括含磺酸基、胺基和碳碳双键的叔胺类化合物。本申请提供的无氰金电镀液可减少在镍层上电镀金的过程中出现的镍金置换问题，降低置换金镀层的生成，提升镍层与金层间的结合力，从而提升器件的可靠性。

技术研发人员：咸士凯,廖文华,文棒荣,叶绍明,刘彬云
受保护的技术使用者：光华科学技术研究院（广东）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19