電鍍式無鉛凸點沉積的製作方法
2023-10-29 09:39:32
電鍍式無鉛凸點沉積的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種使用沉積在工件上形成金屬特徵的方法。該方法包括：在工件上提供用於電子器件的釺料的凸點下金屬層，將基本上純的錫層直接沉積到凸點下金屬層，並且將錫銀合金層沉積到在基本上純的錫層上。
【專利說明】電鍍式無鉛凸點沉積
【背景技術】
[0001]1.【技術領域】
[0002]本公開的實施方案一般涉及用於將金屬結構施加到工件的方法和裝置，並且更具體地涉及用於將無鉛釺料沉積為在塗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，並且更具體地涉及用於電沉積錫-銀合金釺料凸點的方法和裝置。
[0003]2.相關發展的簡要說明
[0004]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於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。無鉛釺料的電沉積(如使用通過掩模圖案化沉積)是能夠提供用於先進電子封裝的緊間距凸點(連接間距小於約300微米)或微凸點的技術。錫(Sn)和銀(Ag)的合金是用於這些應用的首要備選金屬。基本上純的錫具有釺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鬚生長使其成為用於先進封裝應用的不可靠的接合釺料。已經發現加入少量的銀(在約1%和4% (按重量計)之間的Ag)可以顯著地降低釺焊接頭中的Sn晶須形成的可能性。由於錫(-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)釺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浸潰沉積在Sn表面上。類似地，在電鍍溶液中的Ag+離子可以浸潰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於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無鉛釺料時，在電鍍溶液中絡合的有機Ag+離子絡合物並沒有消除不需要的Ag浸潰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。這種不需要的浸潰沉積物可能引起在UBM/SnAg界面的空隙缺陷，在回流釺料之後，該空隙是可觀察到的，並且這樣的空隙可以引起晶片到封裝接合的機械和電氣故障。因此，需要一種電鍍SnAg釺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。由於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。在製造設備中，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，在釺料金屬中提供恆定的合金組合物，該專利的全部內容通過引用合併到本文中。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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005]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徵。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製，而是重點一般放在描述技術的原理上。
[0006]圖1示出現有技術的在沉積步驟之後的橫截面圖；
[0007]圖2示出現有技術的在沉積步驟之後的橫截面圖；
[0008]圖3示出在熱處理之後的釺料凸點的橫截面圖；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]圖6示出本公開實施方案的在第二沉積步驟之後的橫截面圖；
[0012]圖7示出適於使用本公開的實施方案的製造過程的商業晶片電沉積機器；
[0013]圖8示出電沉積模塊；以及
[0014]圖9不出工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0015]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釺料凸點和凸點下金屬(UBM)之間提供可靠界面的方法。
[0016]現在參考圖1，示出了在已經準備好用於電沉積的工件的工件表面處的單一凸點的橫截面圖。電接觸元件101基本上被絕緣膜100包圍，這些類型的特徵以半周期陣列設置在整個集成電路工件上方，例如300毫米的矽晶片可以具有分布在整個表面的1000至100000這樣的電接觸元件。注意，可以提供任何合適的工件或襯底，例如，砷化鎵或其它的。使用籽層102塗覆工件，然後使用光刻膠104塗覆，光刻膠104被光圖案化以提供開口，凸點下金屬106(例如鎳(Ni)或銅(Cu)、或Ni和Cu層系列)被電沉積到開口中。使用相同的抗蝕劑圖案掩模層104將釺料金屬120電沉積到凸點下金屬106上。例如，美國專利7，012，333教導了 SnAg釺料合金的沉積，在低於SnAg低共熔點下(約3.5% (按重量計))沉積該合金；該專利的全部內容通過引用合併到本文中。
[0017]現在參考圖2，示出了提供無鉛凸點(例如SnAg和SnAgCu合金)的另一現有技術方法，其中在沉積基本上純的錫層130之前，在凸點下金屬上沉積更貴重的基本上純的金屬層131。美國專利6，596，621教導了通過如下方法來形成無鉛SnAgCu凸點:使用由約2微米厚的Ni組成的凸點下金屬層106，然後利用與形成SnAgCu合金凸點所需的基本上純的Snl30成比例的Ag/Cul31塗覆層106，所述SnAgCu合金凸點具有3.5%的Ag和約0.6%的銅並且具有餘量Sn的比例；該專利的全部內容通過引用合併到本文中。
[0018]現在參考圖3，將討論這些現有技術方法的潛在缺點，圖3示出熱回流處理之後的釺料凸點的橫截面圖。在後續處理之前，熱回流過程對使釺料凸點結構穩定是有利的。在電沉積步驟之後，移除光刻膠104(未示出)，並且將除了被凸點下金屬106保護的地方以外的所有地方的籽層102蝕刻掉。隨後，在所謂的回流處理步驟中對晶片進行熱處理。簡要地描述，回流涉及在控制的氣氛中加熱工件使得在釺料熔化之前基本上移除錫氧化物，對於SnAg合金，釺料熔化可能發生在約221°C和約232°C之間；約221°C是在約3.5%的Ag的組分下的SnAg低共熔點，約232°C是基本上純的Sn的熔點，當釺料從固相變到液相時，由於液體表面張力使表面區域最小化，所以表面張力使金屬體積改變形狀，轉化成基本上球形126。在升高溫度下還發生金屬間化合物(MC)層128的形成，金屬間化合物(MC)是若干合金相的混合物，例如在Cu/Sn界面處MC將是Cu5Sn6和Cu3Sn合金相的組合。在升高溫度下還發生可能在沉積期間被引入釺料中的各種有機分子的氣化和除氣。這些升高溫度過程通過晶片或襯底的冷卻而停止，從而使釺料固化，其中，固體釺料包括可以具有不同的尺寸和組成的許多亞微米尺寸的晶粒。例如，美國專利6，805，974教導了控制合金組成和冷卻速率以避免不想要的大Ag3Sn板狀晶粒的形成、而是形成Sn晶粒和Ag3Sn小晶粒的細晶粒的分散體的重要性；該專利的全部內容通過引用合併到本文中。
[0019]在凸點下金屬(UBM)和釺料之間提供可重複且良好控制的金屬間結構(MC)以及在釺料內部提供良好控制的晶粒結構的重要性可以影響釺料凸點的機械性和電遷移可靠性兩者。另外，在冷卻期間，釺料晶粒結構的成核和生長受所形成的MC強烈影響。通過比較圖4和圖5證明，在回流的初始階段期間，在遠離凸點下金屬界面處禁止Ag的存在是有利的，圖4和圖5示出已將該凸點搭接和拋光至金屬下凸點和釺料之間的界面區域232、242的凸點的光學顯微鏡圖像230、240，其中亮與暗的顏色對應於釺料、UBM以及MC的不同材料，其中非常暗的點為空隙。在圖4所示出的例如使用鎳的UBM層和約2.5%的Ag合金單一步驟電沉積的SnAg，在UBM和SnAg之間的區域中可頻繁出現界面空隙234、236以及238。相反，如圖5所示出的重複地使用基本上純的錫的第一層和錫-銀的第二層的本公開實施方案，沒有出現這樣的界面空隙。基本上純的Sn層/浴可以指的是例如市售的基本上純的Sn材料或浴，如從Dow Chemical可得到的。
[0020]現在參考圖6，其以截面示出了單一凸點結構。用具有基本上被絕緣膜100包圍的電接觸元件101的結構252製備工件250，其中這些類型的特徵以半周期陣列設置，其中使用籽層102塗覆工件，然後使用抗蝕劑104塗覆，抗蝕劑104被光圖案化以提供開口，凸點下金屬106(如鎳(Ni)或銅(Cu)、或Ni和Cu層系列)被電沉積到開口中。注意，可以提供任何合適的凸點下金屬。使用具有不包括除錫以外的其它金屬離子的金屬離子成分的電鍍浴來電沉積基本上純的錫層121。注意，可以對工件250進行清洗以移除電鍍浴。然後在具有包括錫離子和銀離子的金屬離子成分的另一電鍍浴中使用相同的抗蝕劑圖案掩模層104來電沉積錫-銀層122。根據下面的等式調整基本上純的Sn層的厚度Tsn、SnAg層的厚度TSnAg和SnAg層中的％ Ag(CSnAg)以提供最終％ Ag的組成:
[0021]% Ag — CSnAg X TSnAg/ (TSnAg+TSn)。
[0022]例如，為了得到％ Ag等於1.5% Ag的最終組成，Tsn = TSnAg以及CSnAg = 3.0%。
[0023]已經考慮了施加基本上純的銀(Ag)和基本上純的錫(Sn)以有利於SnAg合金的製造，或甚至施加Ag,然後Cu,然後Sn,然後對其進行回流以形成SnAgCu合金，因為基本上純的Ag和基本上純的Sn的鍍覆材料比SnAg合金鍍覆材料更便宜，所以該方法可具有特別的成本優勢。當使用基本上純的金屬層的組合時，在施加基本上純的錫之前，施加更貴重的金屬是有必要的，其原因有兩個:(I)因為不受控制的Ag浸潰沉積在Sn上問題，所以將Ag電沉積至Sn表面上難以控制，由此產生不穩定的Sn/Ag界面，這將引起沉積步驟和熱處理回流步驟之間的生產控制問題；(2)在熱回流處理期間，基本上純的Ag不熔化而是溶入Sn中，因此Ag金屬層在熔化的錫釺料球上將是不穩定的，並且在Sn熔化和Ag充分溶入Sn之間的這段時間內到處漂移。但是，在形成金屬間層的回流處理期間，將Ag直接施加到UBM材料的頂部，Sn和UBM之間的Ag的存在引起金屬間層中空隙的形成，這些空隙降低釺焊接頭的可靠性。因為SnAg材料比Sn材料貴幾倍，所以本公開的實施方案提供了基本上純的Ag和基本上純的Sn的方法的一些經濟效益，例如將釺料沉積成本降低約50%或更多，而沒有使釺焊接頭可靠性變差的相關缺點。
[0024]現在參考圖7，其示出了適合於使用本公開的實施方案的製造過程的商業晶片電沉積機器。可以在市售的電沉積機器，如從Billerica MA的NEXX系統市售的Stratus中實現本公開的實施方案。系統200可能包括如在
【公開日】期為2005年5月12日的國際申請W02005/042804A2中公布的特徵，其全部內容通過引用合併到本文中。作為示例性的系統，系統200以方框圖的形式示出。注意，可以提供具有不同配置和位置的或多或少的模塊。工業電沉積機器200可以包括負載埠 206，通過負載埠 206上述先前用抗蝕劑圖案化的襯底被插入系統且從系統中取出。裝載站204可以具有機械臂，該機械臂將襯底278轉移到襯底夾具270、272以及274中，然後通過傳輸機280將襯底轉移到模塊210、212、214、216、260、262、264以及266，並且連續地進行。該連續過程可以包括銅(Cu)電沉積模塊216、鎳(Ni)電沉積模塊214、錫(Sn)電沉積模塊212以及錫-銀(SnAg)電沉積模塊210。然後襯底可以返回到裝載站204，該裝載站204卸載襯底且將它們傳送通過襯底清洗模塊202，襯底從襯底清洗模塊202返回到負載埠 206。可以在電沉積步驟之前和之後設置使用例如去離子水進行的清洗步驟，例如，可以提供清洗模塊260、262、264、266。可替換地，模塊260、262、264以及266可以是清洗模塊或熱處理模塊以及清洗模塊。可以在每個站或模塊內提供控制器220以使站或模塊內的處理和/或運輸程序化。可以在系統200內提供系統控制器222以使站之間的或處理模塊之間的襯底程序化並且協調系統動作，如，主機通訊、批量裝載和卸載，或需要控制系統200的其它的動作。控制器222可以被編程為在處理模塊212中使用基本上純的錫對工件進行鍍覆，該處理模塊212配置成支持具有合適金屬離子成分(例如，如上面所描述的)的鍍覆浴。應該注意，處理模塊212可以包括純錫陽極或不能溶解的鉬-鈦(Pt-Ti)陽極。控制器222還可以被編程為在清洗槽中對工件進行清洗，該清洗槽設置成支持對來自工件中的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分進行清洗。控制器222還可以被編程為在處理模塊210中使用錫和銀對工件進行鍍覆，該處理模塊210設置成支持具有合適金屬離子成分(例如，如上面所描述的)的鍍覆浴。應該注意，處理模塊可以包括例如不能溶解的Pt-Ti陽極或任何其它合適的陽極。控制器222或任何其它合適的控制器還可以被編程為在熱處理模塊中對工件進行熱處理，該熱處理模塊設置成對工件進行熱處理以使錫和錫-銀層混合併且形成基本上均勻的錫-銀合金特徵。控制器222還可以被編程為使用銅電沉積模塊216在工件上沉積銅。控制器222還可以被編程為使用鎳電沉積模塊214在工件上沉積鎳。控制器222還可以被編程為使用清洗模塊260對工件進行清洗。在所示的實施方案中，示出四個電沉積模塊210、212、214、216和四個清洗模塊260、262、264、266。然而，應該注意，可以提供或多或少的模塊。例如，可以只提供錫(Sn)電沉積模塊和錫-銀(SnAg)電沉積模塊。再例如，可以提供具有錫(Sn)電沉積模塊和錫-銀(SnAg)電沉積模塊的單獨的工具。再例如，可以提供多種完全一樣的電沉積模塊以使得能夠並行處理多個工件來增加系統的產量。因此，系統配置的所有這樣的變化、替換和修改都被包括。
[0025]現在參考圖8，示出了示例性的電沉積處理模塊210的方框圖。電沉積模塊210可以包括在Billerica Ma的NEXX系統的Stratus工具中發現的模塊特徵，並且可以包括如根據
【公開日】期為2005年5月12日的國際申請W02005/042804A2所公開的特徵，其全部內容通過引用合併到本文中。示例性的電沉積模塊具有容納液體302的殼體300，且液體302可以流過殼體300，並且液體302可以是循環的電解液。工件夾具272可以通過處理器280從殼體300移除，工件夾具272可以夾住襯底278。雖然示出兩個襯底，但夾具可以夾住或多或少的襯底。陽極310、312提供有屏蔽板314、316和攪拌物或流體攪拌組件318和320。應該注意，可以提供或多或少的組件。例如，可以提供單一陽極。再例如，陽極可以是殼體300或屏蔽板314、316的一部分，且可以不提供攪拌物或流體攪拌組件318和320。
[0026]可以進行示出的過程，例如以下將利用裝置200進行進一步的描述。如可以實現的，可以適當地對控制器220進行編程以使過程至少部分地以自動的方式實現。
[0027]現在參考圖9，出示了示例性的工藝流程圖400，該工藝流程圖400示出用於在工件上形成無鉛釺料凸點的方法。根據示例性的實施方案，例如，可以在例如裝置中提供具有導電籽層的工件，該導電籽層被具有多個開口的圖案化抗蝕劑掩模層覆蓋，方框402。可以將工件浸入錫鍍覆浴中(方框404)，該錫鍍覆浴包含例如基本上純的錫陽極或不能溶解的鉬-鈦陽極。在方框404中，可以形成對籽層的電接觸，並且在工件和陽極之間施加電勢以使得能夠沉積基本上純的錫，例如，在抗蝕劑圖案特徵中沉積約2微米和約150微米之間的錫。在方框408中，可以將工件移動至清洗槽。在方框410中，可以對來自工件的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分進行清洗。工件可以從清洗槽移出(方框412)，並且浸入包含錫和銀離子以及陽極(例如，不能溶解的鉬-鈦陽極)的鍍覆浴中(方框414)。按照方框416可以形成對籽層的電接觸，在工件和陽極之間施加電勢以使得能夠沉積錫-銀合金。例如，可以在抗蝕劑圖案特徵中沉積約2微米和約150微米之間的錫-銀合金。在方框418中，可以移除抗蝕劑圖案化的層，按照方框420，可以移除基本上所有未被鍍覆錫和錫-銀合金覆蓋的籽層。例如，在約210°C至約230°C (攝氏度)之間對工件進行熱處理(如在方框422中)可以使錫和錫-銀層能夠混合併且形成所期望的基本上均勻的錫-銀合金特徵。在示例性的工藝400中，錫層和錫-銀層可以具有任意合適的厚度或組成，例如，錫層可以為約30微米，並且錫-銀層合金層為約30微米，並且錫-銀合金的組成在熱處理之前可以具有約1%和約7%之間的銀(按重量計)，在熱處理之後具有約0.5%至約3.5%的銀(按重量計)。再例如，錫層可以為約10微米，並且錫-銀合金層可以為約10微米，並且錫-銀合金的組成在熱處理之前可以具有約1%和約7%之間的銀(按重量計)，在熱處理之後具有約0.5%至約3.5%的銀(按重量計)。再例如，錫層可以為錫-銀層的厚度的約四分之一。另外，在本實施方案中，工藝400可以提供或多或少的步驟，或者在一個或更多個步驟或工藝中可以組合一個或更多個的步驟。再例如，錫層可以為約I微米或10微米，並且錫-銀層可以為約20微米至約120微米。
[0028]根據實施方案，提供了使用沉積在工件上形成金屬特徵的方法。提供具有用於電子器件的釺料的凸點下金屬層的工件。將基本上純的錫層直接沉積到凸點下金屬層。將錫銀合金層沉積到基本上純的錫層上。
[0029]在本實施方案中，可以清洗來自工件中的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分。[0030]在本實施例方案中，通過電沉積來實現沉積。
[0031]在本實施方案中，凸點下金屬包括銅或鎳。
[0032]在本實施方案中，提供了用於在具有導電籽層的工件上形成無鉛釺料凸點的裝置，該導電籽層由具有多個特徵開口的圖案化抗蝕劑掩模層覆蓋。該裝置具有第一鍍覆浴，第一鍍覆浴具有適合於在抗蝕劑圖案特徵上沉積基本上純的錫層的金屬離子成分。可以提供清洗槽並且清洗槽適合於清洗來自工件中的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分。提供適合於在抗蝕劑圖案特徵中沉積錫-銀合金層的金屬離子成分的第二鍍覆浴。
[0033]在本實施方案中，提供銅電沉積模塊。
[0034]在本實施方案中，提供銅電沉積模塊和鎳電沉積模塊。
[0035]在本實施方案中，提供清潔模塊。
[0036]在本實施方案中，通過具有將基本上純的錫層直接沉積到用於電子器件的釺料的凸點下金屬的層的步驟的工藝來製備具有無鉛釺料特徵的電子器件。提供將錫-銀合金層沉積到基本上純的錫層上的步驟。
[0037]在本實施方案中，可以提供清洗來自電子器件的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分的步驟。
[0038]在本實施方案中，通過電沉積來實現沉積。
[0039]在本實施方案中，凸點下金屬包括銅或鎳。
[0040]在本實施方案中，提供了 一種用於在工件上形成無鉛釺料凸點的方法，該方法包括如下步驟:提供具有導電籽層的工件，該導電籽層被通過具有多個特徵開口的圖案化抗蝕劑掩模層覆蓋。將工件浸入具有金屬離子成分的第一鍍覆浴中。該方法包括提供對籽層的電接觸並且提供跨越第一鍍覆浴中的金屬離子成分的電勢以使得在抗蝕劑圖案特徵中能夠沉積約2微米和約150微米之間的基本上純的錫。將工件浸入具有金屬離子成分的第二鍍覆浴中。形成對籽層的電接觸並且提供跨越第二鍍覆浴中的金屬離子成分之間的電勢以使得在抗蝕劑圖案特徵中能夠沉積約2微米和約150微米之間的錫-銀合金。
[0041]在本實施方案中，提供了一種方法，該方法包括:將工件移動至清洗槽，清洗來自工件的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分以及將工件從清洗槽移出。
[0042]在本實施方案中，提供抗蝕劑圖案化層的移除。
[0043]在本實施方案中，移除基本上所有未被鍍覆錫和錫-銀合金覆蓋的籽層。
[0044]在本實施方案中，提供了在約210攝氏度至約230攝氏度之間對工件進行熱處理以使錫層和錫-銀層能夠互混並且形成基本上均勻的錫-銀合金特徵。
[0045]在本實施方案中，錫層為約30微米，並且錫-銀合金層約為30微米，其中，在錫-銀合金的組成熱處理之前具有約1%和約7%之間的銀(按重量計)，在熱處理之後具有約0.5%至約3.5%的銀(按重量計)。
[0046]在本實施方案中，錫層為約I微米或約10微米，並且錫-銀合金層為約20微米至約120微米。
[0047]在本實施方案中，錫層為約10微米，並且錫-銀合金層為約10微米，其中，在錫-銀合金的組成在熱處理之前具有約1%和約7%之間的銀(按重量計)，在熱處理之後具有約0.5%至約3.5%的銀(按重量計)。
[0048]在本實施方案中，錫層為錫-銀層的厚度的約四分之一。[0049]在本實施方案中，提供了用於在具有導電籽層的工件上形成無鉛釺料凸點的裝置，該導電籽層被具有多個特徵開口的圖案化抗蝕劑掩模層覆蓋。該裝置具有控制器，控制器能夠編程為在第一處理模塊中用基本上純的錫來對工件進行鍍覆，該第一處理模塊設置成支持具有適合於在工件上沉積基本上純的錫層的金屬離子成分的第一鍍覆浴。控制器還能夠編程為在第二處理模塊中用錫和銀來對工件進行鍍覆，該第二處理模塊設置成支持具有適合於在工件上沉積錫-銀層的金屬離子成分的第二鍍覆浴。
[0050]在本實施方案中，控制器還能夠編程為在清洗槽中對工件進行清洗，該清洗槽設置成支持清洗來自工件的基本上所有的基本上純的錫鍍覆化學成分。
[0051]在本實施方案中，控制器還能夠編程為使用銅電沉積模塊在工件上沉積銅。
[0052]在本實施方案中，控制器還能夠編程為使用鎳電沉積模塊在工件上沉積鎳。
[0053]在本實施方案中，控制器還能夠編程為用清洗模塊對工件進行清潔。
[0054]在示例性的實施方案中，提供了用於處理一個或更多個工件以在工件上電化學地形成無鉛凸點的圖案的方法。在一個實施方案中，基本上通過兩個步驟的沉積工藝來形成無鉛凸點，第一步驟是通過掩模從包含錫離子(例如金屬離子成分)的電鍍溶液中沉積基本上純的錫，第二步驟是通過掩模從包含錫離子和銀離子(例如金屬離子成分)的可控制的混合物的電鍍溶液中沉積錫-銀合金，控制這兩個步驟以提供目標層I和層2的厚度(Tl和T2)，以及連同控制第二步驟以提供X%的合金組成，使得在隨後的熱處理之後，兩層混合併且形成基本上均勻的錫-銀(SnAg)合金，所述合金具有介於在合金沉積步驟中沉積的X%的Ag和在基本上純的錫沉積步驟中的0%的Ag之間的濃度。本公開的實施方案防止在凸點下金屬(UBM)表面上浸潰沉積貴金屬離子(如Ag)和有機絡合物以消除UBM和釺料界面之間的空隙的潛在形成。在UBM上電沉積較不貴重的金屬層如基本上純的錫，之後將Sn的無鉛釺料合金和較貴的金屬(如Ag和/或Cu)與Sn進行共沉積作為SnAg合金或SnAgCu合金以形成用於電子封裝的凸點。
[0055]應該理解，前面的描述只是本發明的說明。在不脫離本發明的情況下，本領域的技術人員可以設計各種替換和修改。因此，本發明旨在包括落在所附權利要求範圍內的所有這些替換、修改和變化。
【權利要求】
1.一種使用沉積在工件上形成金屬特徵的方法，所述方法包括: 在所述工件上提供用於電子器件的釺料的凸點下金屬層； 將基本上純的錫層直接沉積到所述凸點下金屬層；以及 將錫銀合金層沉積到所述基本上純的錫層上。
2.根據權利要求1所述的方法，其中清洗來自所述工件的基本上所有的所述基本上純的錫鍍覆化學成分。
3.根據權利要求1所述的方法，其中通過電沉積來實現所述沉積。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述凸點下金屬包括銅或鎳。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述工件是經過熱處理的。
6.一種用於在具有導電籽層的工件上形成基本上無鉛的釺料凸點的裝置，所述導電籽層被具有多個特徵開口的圖案化抗蝕劑掩模層覆蓋，所述裝置包括: 第一鍍覆浴，所述第一鍍覆浴具有配置成在所述抗蝕劑圖案特徵中沉積基本上純的錫層的金屬離子成分； 第二鍍覆浴，所述第二鍍覆浴具有配置成在所述抗蝕劑圖案特徵中沉積錫-銀合金層的金屬尚子成分。
7.根據權利要求6所述的裝置，還包括配置成清洗來自所述工件的基本上所有的所述基本上純的錫鍍覆化學成分的清洗槽。`
8.根據權利要求6所述的裝置，還包括銅電沉積模塊。
9.根據權利要求6所述的裝置，還包括銅電沉積模塊和鎳電沉積模塊。
10.根據權利要求6所述的裝置，還包括清潔模塊。
11.一種用於形成具有無鉛釺料特徵的電子器件的方法，所述方法包括: 將基本上純的錫層直接沉積到用於所述電子器件的釺料的凸點下金屬層；以及 將錫銀合金層沉積到所述純的錫層上。
12.根據權利要求11所述的方法，其中通過電沉積來實現所述沉積。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述凸點下金屬包括銅或鎳。
14.根據權利要求11所述的方法，還包括清洗來自所述電子器件的基本上所有的所述基本上純的錫鍍覆化學成分。
15.一種用於在工件上形成無鉛釺料凸點的方法，所述方法包括: 提供具有導電籽層的所述工件，所述導電籽層被具有多個特徵開口的圖案化的抗蝕劑掩模層覆蓋； 將所述工件浸入第一鍍覆浴中，所述第一鍍覆浴具有金屬離子成分； 提供對所述籽層的電接觸，並且提供跨越所述第一鍍覆浴的所述金屬離子成分的電勢以在所述抗蝕劑圖案特徵中沉積約2微米和約150微米之間的基本上純的錫； 將所述工件浸入具有金屬離子成分的第二鍍覆浴中；以及 形成對所述籽層的電接觸以形成跨越所述第二鍍覆浴的所述金屬離子成分的電勢以在所述抗蝕劑圖案特徵中沉積約2微米和約150微米之間的錫-銀合金。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括移除所述抗蝕劑圖案化的層。
17.根據權利要求15所述的方法，其中移除基本上所有的未被所鍍覆的錫和所鍍覆的錫-銀合金覆蓋的所述籽層。
18.根據權利要求15所述的方法，還包括在約210攝氏度至約230攝氏度之間對所述工件進行熱處理以使所述基本上純的錫層和所述錫-銀層互混並且形成基本上均勻的錫-銀合金特徵。
19.根據權利要求15所述的方法，其中所述基本上純的錫層為約30微米，並且所述錫-銀合金層為約30微米，並且其中所述錫-銀合金的組成在所述熱處理之前具有按重量計約1%和約7%之間的銀，並且在所述熱處理之後具有按重量計約0.5%至約3.5%的銀。
20.根據權利要求15所述的方法，其中所述基本上純的錫層為約10微米，並且所述錫-銀合金層為約10微米，並且其中所述錫-銀合金的組成在所述熱處理之前具有按重量計約1%和約7%之間的銀，並且在所述熱處理之後具有按重量計約0.5%至約3.5%的銀。
21.根據權利要求15所述的方法，其中所述基本上純的錫層為約I微米或約10微米，並且所述錫-銀合金層為約20微米至約120微米之間。
22.根據權利要求15所述的方法，其中所述基本上純的錫層為所述錫-銀層的厚度的約四分之一。
23.根據權利要求15所述的方法，還包括將所述工件移動至清洗槽，清洗來自所述工件的基本上所有的所述基本上純的錫鍍覆化學成分，然後將所述工件從所述清洗槽移出。
24.一種用於在具有導電籽層的工件上形成無鉛釺料凸點的裝置，所述導電籽層被具有多個特徵開口的圖案化抗蝕劑掩模層覆蓋，所述裝置包括: 第一處理模塊，所述第一處理模塊設置成支持具有適於在所述工件上沉積基本上純的錫層的金屬離子成分的第一鍍覆 浴； 第二處理模塊，所述第二處理模塊設置成支持具有適於在所述工件上沉積錫和銀的層的金屬離子成分的第二鍍覆浴；和 控制器，所述控制器能夠編程為在所述第一處理模塊中使用所述基本上純的錫層來對所述工件進行鍍覆和在所述第二處理模塊中使用所述錫和銀的層對所述工件進行鍍覆。
25.根據權利要求24所述的裝置，還包括清洗槽，所述清洗槽設置成支持清洗來自所述工件的基本上所有的所述純錫鍍覆化學成分，其中所述控制器還能夠編程為在所述清洗槽中對所述工件進行清洗。
26.根據權利要求24所述的裝置，還包括銅電沉積模塊，其中所述控制器還能夠編程為使用所述銅電沉積模塊在所述工件上沉積銅。
27.根據權利要求24所述的裝置，還包括鎳電沉積模塊，其中所述控制器還能夠編程為使用所述鎳電沉積模塊在所述工件上沉積鎳。
28.根據權利要求24所述的裝置，還包括清潔模塊，其中所述控制器還能夠編程為使用所述清潔模塊對所述工件進行清潔。
【文檔編號】H01L21/228GK103430287SQ201180059957
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2011年12月16日 優先權日:2010年12月17日
【發明者】丹尼爾·L·古德曼, 阿瑟·凱格勒, 約翰內斯·基烏, 劉震球 申請人:Tel內克斯有限公司