專利名稱：電解鍍鎳設(shè)備及半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種電解鍍鎳設(shè)備以及涉及 一 種半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
作為環(huán)境保護(hù)措施，無(wú)鉛焊料近來(lái)傳播迅速。目前具有將適用于 用于半導(dǎo)體器件的倒裝芯片產(chǎn)品的無(wú)鉛焊料的阻擋金屬?gòu)腃u替換到Ni的趨勢(shì)。Cu表現(xiàn)出較大的合金率(rate of alloying)，而Ni表現(xiàn)出 較小的合金率。通常利用化學(xué)電鍍或電解電鍍來(lái)形成Ni膜。而尤其用 于半導(dǎo)體制造工藝的鍍鎳設(shè)備被要求以穩(wěn)定而高產(chǎn)量方式形成鍍鎳薄 膜。在傳統(tǒng)的應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工藝的電解電鍍?cè)O(shè)備中， 一般采用可 溶性Ni陽(yáng)極來(lái)作為陽(yáng)極。圖5是示出傳統(tǒng)鍍鎳設(shè)備200的結(jié)構(gòu)的圖示。如圖5所示，鍍鎳 設(shè)備200由以下部件組成內(nèi)浴槽(bath) 101、外浴槽102、晶片保 持器103和貯液箱104。在內(nèi)浴槽101的底部，設(shè)有鎳陽(yáng)極105和電鈹 液噴口 106。另一方面，在外浴槽02的底部設(shè)有電鍍液排放口 107。 此外，還設(shè)有泵108和過(guò)濾器109。鎳陽(yáng)極105和接觸部110與電源 111相連。晶片112下移并放置在接觸部110上，并被晶片保持器113 保持。之后，允許從電鍍液噴口 106噴出的電鍍液與晶片112接觸。 當(dāng)電源111施加電壓從而將晶片112定義為陰極且將鎳陽(yáng)極105定義 為陽(yáng)極時(shí)，鎳淀積在晶片112的表面上，并且鎳從鎳陽(yáng)極105的表面 溶解，從而進(jìn)行電鍍。在開(kāi)始電壓施加后數(shù)秒到數(shù)十秒內(nèi)的初始膜形成期間，鎳陽(yáng)極105仍然保持在高電位狀態(tài)。因此，對(duì)于在大電流密 度的條件下連續(xù)地執(zhí)行晶片的情況，換句話說(shuō)，對(duì)于將鎳陽(yáng)極105在 較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持在高電位的情況，存在這樣的問(wèn)題鎳陽(yáng)極105 的表面被鈍化，從而電流效率下降，并且薄膜形成速率也降低。用于電解鍍鎳設(shè)備的陽(yáng)極包括諸如由鉑、鈦等構(gòu)成的不溶性陽(yáng)極 和可溶性鎳陽(yáng)極。而僅僅從陽(yáng)極產(chǎn)生少量氧氣的鎳陽(yáng)極通常被用于電 鍍到上面形成有精細(xì)圖案的硅晶片上。在基于鍍鎳的通常膜形成期間，對(duì)于被用作陽(yáng)極的鎳陽(yáng)極發(fā)生表 述為Ni—Ni2++2e-l的反應(yīng)，從而鎳陽(yáng)極逐漸溶解。然而，如果把鎳陽(yáng) 極暴露在高于預(yù)定水平的電位，則除了產(chǎn)生上述溶解反應(yīng)外，還可以 發(fā)生產(chǎn)生鎳氧化物或鎳氫氧化物的反應(yīng)。從而，鎳陽(yáng)極的表面可能被 鈍化。在把鎳陽(yáng)極用作陽(yáng)極的電解鍍鎳中，通常知道在開(kāi)始施加電 壓后的數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)的膜形成初始階段中，產(chǎn)生與膜形成的稍后階 段中的電位相比較高的電位的狀態(tài)。由此，在大電流密度的條件下的 晶片的連續(xù)電鍍過(guò)程中，鎳陽(yáng)極在較高比率中被放置在高電位，更可 能在其上面產(chǎn)生鎳氧化物或鎳氫氧化物。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)常規(guī)鎳陽(yáng)極具 有較大的平均晶粒尺寸，由此常規(guī)鎳陽(yáng)極具有較小的晶界比率，并表 現(xiàn)出較小的溶解速率。該鎳陽(yáng)極因此更可能在其上產(chǎn)生鎳氧化物或鎳 氫氧化物，或者換句話講，可能被鈍化。陽(yáng)極表面的鈍化將產(chǎn)生電流 效率下降和膜形成速率降低的問(wèn)題。曰本特開(kāi)專利公開(kāi)No.2003-171797己經(jīng)公布了一種通過(guò)控制銅陽(yáng) 極的晶粒尺寸來(lái)抑制在陽(yáng)極側(cè)產(chǎn)生諸如泥渣(sludge)的微粒的技術(shù)。 但是，這種技術(shù)的目標(biāo)不是解決鈍化問(wèn)題。銅陽(yáng)極并不會(huì)產(chǎn)生上述問(wèn) 題。本發(fā)明用來(lái)解決使用鎳陽(yáng)極的情況特有的問(wèn)題。本發(fā)明是在考慮了上述情況后構(gòu)思出來(lái)的，且目標(biāo)在于抑制鎳陽(yáng) 極表面的鈍化，從而防止電流效率和膜形成速率下降。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種設(shè)有具有10/mi或更小的平均晶粒尺寸 的鎳(Ni)陽(yáng)極的電解鍍鎳設(shè)備。通過(guò)使用具有10/xm或更小的平均晶粒尺寸的鎳陽(yáng)極，抑制了鎳 陽(yáng)極表面的鈍化，從而防止了電流效率和膜形成速率的下降。根據(jù)本發(fā)明，還提供用于電解鍍鎳的鎳陽(yáng)極，該鎳陽(yáng)極具有10/mi 或更小的平均晶粒尺寸。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種包含電解鍍鎳工藝的半導(dǎo)體器件制造 方法，其中，在電解鍍鎳工藝中使用了具有10/im或更小的平均晶粒尺 寸的鎳陽(yáng)極作為陽(yáng)極。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)采用具有10/mi或更小的平均晶粒尺寸的鎳陽(yáng) 極，抑制了鎳陽(yáng)極表面的鈍化，從而防止電流效率和膜形成速率的下 降。提供穩(wěn)定的鎳鍍膜，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量和保持穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。


從下面結(jié)合附圖的優(yōu)選實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的前述和其它的 目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)更明顯，在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電解鍍鎳設(shè)備的一種結(jié)構(gòu)的圖示；圖2是圖1所示的晶片112的放大剖面圖； 圖3是實(shí)例1的鎳陽(yáng)極的SIM圖像；圖4是示出在實(shí)例1中的晶片處理的運(yùn)行數(shù)和鍍鎳厚度之間的關(guān) 系的圖示；圖5是示出常規(guī)鍍鎳設(shè)備的一種結(jié)構(gòu)的圖示； 圖6是與比較實(shí)例1的鎳陽(yáng)極的SIM圖像；以及圖7是示出在比較實(shí)例1中的晶片處理的運(yùn)行數(shù)和鍍鎳厚度之間 的關(guān)系的圖示。
具體實(shí)施方式
此處將參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 利用本發(fā)明的教導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)許多替換實(shí)施例，并且本發(fā)明不受此處為 了解釋性目的而描述的實(shí)施例的限制。下面參照附圖解釋依照本發(fā)明的電解鍍鎳設(shè)備的詳細(xì)實(shí)施例。注 意，在所有圖中共同出現(xiàn)的任何構(gòu)件以相同參考數(shù)字表示，并且不重 復(fù)對(duì)于這些構(gòu)件的詳細(xì)描述。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性電解鍍鎳設(shè)備100的圖示。該鍍 鎳設(shè)備100具有內(nèi)浴槽101、外浴槽102、晶片保持器103和貯液箱104 等。在內(nèi)浴槽101的底部，設(shè)有具有10/mi或更小的平均晶粒尺寸的鎳 陽(yáng)極105和電鍍液噴口 106，通過(guò)此噴口可以將電鍍液饋入內(nèi)浴槽101 中。在外浴槽102的底部，設(shè)有電鍍液排放口 107，通過(guò)此排放口可使 從內(nèi)浴槽101中溢出的電鍍液返回到貯液箱104中。還設(shè)有泵108， 用于將貯存在貯液箱104中的電鍍液噴入內(nèi)浴槽101中；以及過(guò)濾器 109，用于將要噴出的溶液中的粉塵或微粒過(guò)濾掉。鎳陽(yáng)極105和接觸 部IIO被連接到用以提供電流的電源111。圖2是圖1所示晶片112的 放大剖面圖，顯示了適于形成含鉛焊料凸點(diǎn)或無(wú)鉛焊料凸點(diǎn)的晶片。 在半導(dǎo)體襯底113的表面上形成銅籽晶膜(seed film) 114，并且將光 致抗蝕劑115在銅籽晶膜114上形成圖案。用晶片保持器103將晶片112保持面向下，從而將上面圖案化有 光致抗蝕劑115的表面朝下。晶片保持器103和晶片112被下移并置 于接觸部110上，并被允許與從電鍍液噴口 106噴出的電鍍液接觸。 當(dāng)電源111施加電壓從而將與接觸部110接觸的晶片112定義為陰極 并且將鎳陽(yáng)極105定義為陽(yáng)極，則鎳淀積在晶片112的表面上暴露銅籽晶膜114的部分中，并且鎳從鎳陽(yáng)極105的表面溶解。在此實(shí)施例中，鎳陽(yáng)極的平均晶粒尺寸的上限為10/xm或更小， 更優(yōu)選為3jum或更小。盡管鎳陽(yáng)極的平均晶粒尺寸下限沒(méi)有具體限制， 但優(yōu)選為O.lpm或更大。通常，鎳陽(yáng)極的平均晶粒尺寸可以根據(jù)下面過(guò)程計(jì)算。首先，用 聚焦離子束(FIB)設(shè)備制造陽(yáng)極的干凈截面。之后用SIM (掃描離子 顯微鏡)拍攝該截面的圖像。然后在SIM圖像上計(jì)數(shù)每單位面積的晶 粒數(shù)。將計(jì)數(shù)的晶粒數(shù)除以單位面積以獲得平均晶粒尺寸。因常規(guī)所用的鎳陽(yáng)極具有較大的平均晶粒尺寸，并且由此具有較 小的晶界比率，所以其具有較慢的溶解速率。由此，鎳陽(yáng)極很可能產(chǎn) 生鎳氧化物或鎳氫氧化物，并很可能被鈍化。相反，本發(fā)明的鍍鎳設(shè) 備所使用的鎳陽(yáng)極具有10/mi或更小的平均晶粒尺寸。由此，鎳陽(yáng)極具 有較大的的晶界比率，表現(xiàn)出較大的溶解速率，并由此較不可能產(chǎn)生 鎳氧化物或鎳氫氧化物。換句話講，此實(shí)施例的鎳陽(yáng)極較不可能被鈍 化。因此，即使在大電流密度的情況下連續(xù)處理晶片時(shí)，也可以防止 電流密度下降和膜形成速率的降低。此處所指的大電流密度的情況是指，陽(yáng)極電流密度等于或大于 1.5 A/dW的情況。本實(shí)施例的鎳陽(yáng)極即使在該大電流密度的情況下也較不可能被鈍化。在包括電解鍍鎳工藝的半導(dǎo)體器件制造方法中，可以使用該實(shí)施 例的鎳陽(yáng)極。通過(guò)在電鍍工藝中使用具有10/m!或更小的平均晶粒尺寸 的鎳陽(yáng)極，可以抑制鎳陽(yáng)極表面的鈍化，因而可以提供穩(wěn)定的鍍鎳膜。如上所述，即使在大電流密度的情況下連續(xù)處理晶片時(shí)，也可以 防止膜形成速率的下降。因而，可以提供穩(wěn)定的鍍鎳膜。由此，該實(shí)施例有助于提高質(zhì)量，并保證穩(wěn)定的產(chǎn)品生產(chǎn)量。
下面，將參照具體例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)例1:
使用設(shè)有具有10/mi或更小的平均晶粒尺寸的鎳陽(yáng)極的電解鍍鎳
設(shè)備，在大電流密度的情況下對(duì)晶片進(jìn)行連續(xù)處理。鎳陽(yáng)極的平均晶
粒尺寸按照如下計(jì)算。首先，用FIB (聚焦離子束)設(shè)備制造干凈的陽(yáng) 極截面，之后用SIM (掃描離子顯微鏡)拍攝此截面的圖像。圖3顯 示了此實(shí)例的鎳陽(yáng)極的SIM圖像。
可以用單元面積除以晶粒數(shù)獲得平均晶粒面積S。在此實(shí)例的SIM 圖像中，可以計(jì)數(shù)每單位面積的晶粒數(shù)。用單位面積除以所計(jì)數(shù)的晶 粒數(shù)可得到平均晶粒面積S。接著，為了將面積轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度，把晶粒近 似為圓，從而計(jì)算出平均晶粒尺寸L。該平均晶粒尺寸L通過(guò)下式計(jì) 算
:l豕2余/" (S/n)
(其中，L表示平均晶粒尺寸，而S表示平均晶粒面積)。
通過(guò)使用上式進(jìn)行計(jì)算，平均晶粒尺寸L為0.8/mv。
圖4示出在晶片處理的運(yùn)行數(shù)和鍍鎳膜的厚度之間的關(guān)系的圖 示。在該圖中，對(duì)于晶片處理的每個(gè)運(yùn)行數(shù)示出鍍鎳膜的最大值、最 小值和平均值。發(fā)現(xiàn)，即使在大電流密度的情況下連續(xù)處理晶片，或 者換句話講，即使將鎳陽(yáng)極在較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間內(nèi)置于高電位，鎳陽(yáng)極也 沒(méi)被鈍化。由此，電流效率沒(méi)有下降，并因此膜形成速率也沒(méi)有降低。 從圖4中的圖示可以看出，即使增加晶片處理的運(yùn)行數(shù)后，膜厚度也 依然沒(méi)有改變。[比較實(shí)例1]
除了使用具有15/rni的平均晶粒尺寸的鎳陽(yáng)極的電解鍍鎳設(shè)備之 外，在與實(shí)例1相同的情況下連續(xù)地處理晶片。平均晶粒尺寸以與實(shí) 例1相同的過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。圖6為該比較實(shí)例的鎳陽(yáng)極的SIM圖像。
圖7是示出當(dāng)在大電流密度的情況下連續(xù)地處理晶片時(shí)在晶片處 理的運(yùn)行數(shù)與鍍鎳膜厚度之間的關(guān)系的圖示。作為鎳陽(yáng)極的表面的鈍 化的結(jié)果，電流效率逐漸下降，由此膜形成速率也下降。從圖7中可 以明顯看到，薄膜厚度逐漸降低。
與比較實(shí)例1相比，實(shí)例1大大提高了膜形成速率。如上所述， 通過(guò)將實(shí)例1的鍍鎳設(shè)備的鎳陽(yáng)極的平均晶粒尺寸減到等于或小于 10/mi，鎳陽(yáng)極變得較不可能產(chǎn)生鎳氧化物或鎳氫氧化物。因而，即使 在大電流密度的情況下對(duì)晶片進(jìn)行連續(xù)處理時(shí)，也防止了鈍化。由于 鈍化被抑制，避免了電流效率下降和膜形成速率的降低。由此，實(shí)例l 成功實(shí)現(xiàn)鍍鎳膜的穩(wěn)定提供。
此外，對(duì)于其中使用設(shè)有具有8/mi的平均晶粒尺寸的鎳陽(yáng)極的電 解鍍鎳設(shè)備的情況，證實(shí)當(dāng)如實(shí)例1所述地執(zhí)行晶片的連續(xù)處理時(shí)， 膜形成速率沒(méi)有降低，并且抑制了鈍化。
雖然已基于實(shí)施例和實(shí)例說(shuō)明了本發(fā)明，但它們僅僅是本發(fā)明的 實(shí)例，允許采用除了上述之外的多種結(jié)構(gòu)。
顯然本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，并可進(jìn)行修改和改變而不偏 離本發(fā)明范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種電解鍍鎳設(shè)備，設(shè)有具有10μm或更小的平均晶粒尺寸的鎳(Ni)陽(yáng)極。
2. 根據(jù)權(quán)利l所述的電解鍍鎳設(shè)備，其中，所述平均晶粒尺寸為 3 /mi或更小。
3. —種用于電解鍍鎳的鎳陽(yáng)極，具有10/mi或更小的平均晶粒尺寸。
4. 一種包括電解鍍鎳工藝的半導(dǎo)體器件制造方法，其中，在所述電解鍍鎳工藝中，使用具有10 /mi或更小的平均晶 粒尺寸的鎳陽(yáng)極作為陽(yáng)極。
5. 使用權(quán)利要求1所述的電解鍍鎳設(shè)備制造的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及電解鍍鎳設(shè)備及半導(dǎo)體器件的制造方法。本發(fā)明目的在于提供一種電解鍍鎳設(shè)備，該電解鍍鎳設(shè)備能夠抑制鎳陽(yáng)極表面的鈍化，防止電流效率和膜形成速率的降低，提供了穩(wěn)定的鍍鎳從而有助于提高質(zhì)量，并維持穩(wěn)定的生產(chǎn)量。該電解鍍鎳設(shè)備設(shè)有具有10μm或更小的平均晶粒尺寸的鎳(Ni)陽(yáng)極。
文檔編號(hào)C25D17/10GK101307482SQ200810008609
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者橘裕昭 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司