包含全氟烷基表面活性劑的焊料凸點用錫合金電鍍液的制作方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及用來在倒裝芯片封裝工藝中形成焊料凸點的錫類電鍍液。
【背景技術】
[0002] 隨著小型纖薄高性能電子設備的出現(xiàn)，對于如存儲器等必需器件的快速運行和提 高的電極密度存在增長的需求。在這種情況下，倒裝芯片封裝技術迅速推廣并應用于制造 電子器件。傳統(tǒng)引線接合工藝涉及使用細線將芯片連接到板。帶式自動接合（TAB)工藝涉 及將芯片布置在柔性帶上。不過，這些傳統(tǒng)工藝在實現(xiàn)降低系統(tǒng)尺寸或提高電氣性能方面 存在限制。在倒裝芯片封裝工藝中，在集成電路芯片的焊盤上形成焊料凸點并通過加熱直 接接合到電路板。也就是說，與僅使用芯片邊緣的引線接合或TAB工藝不同，倒裝芯片封裝 工藝是利用芯片的整個區(qū)域的面陣列封裝工藝。因此，倒裝芯片封裝工藝能夠在每單位面 積上形成數(shù)量顯著增多的輸入/輸出端子，因而適合于細小間距應用。另外，倒裝芯片封裝 工藝使用長度短于接合線的焊料凸點，確保了優(yōu)異的電氣性質(zhì)。由于這些優(yōu)點，倒裝芯片封 裝工藝可以將封裝尺寸最小化，從而適合于制造輕量、薄、緊湊、高性能和快速運行的電子 產(chǎn)品。另外，倒裝芯片封裝工藝可以提供噪聲問題的解決方案。該技術可以推廣并適用于 顯示、半導體和其他相關產(chǎn)業(yè)，包括CPU和存儲器產(chǎn)業(yè)。
[0003] 此種倒裝芯片封裝體采用各種形式，但其大多數(shù)使用由銅類凸點下金屬（UBM)層 上的銅（或銅/鎳）柱和錫合金凸點構成的焊料凸點。在合金類焊料凸點的形成工藝的 開發(fā)中有許多問題需要解決。例如，存在與產(chǎn)品的缺陷、良率和品質(zhì)相關的問題，如芯片內(nèi) (WID)和晶片內(nèi)（WIW)凸點的高度波動，凸點內(nèi)空隙（empty space)的形成，以及金屬間化 合物層的破裂的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個目的是提供用于通過電鍍?yōu)榈寡b芯片封裝體在金屬類UBM層上形 成錫類焊料凸點的含有全氟烷基表面活性劑的錫類電鍍液，其在電流效率方面有利，不產(chǎn) 生金屬間化合物（MC)層中的破裂和凸點內(nèi)的空隙，可以用于形成平整性高和高度波動小 的凸點，適用于高速電鍍。本發(fā)明的另一目的是提供使用該錫類電鍍液為倒裝芯片形成焊 料凸點的方法。
[0005] 本發(fā)明的一個方面提供了一種錫類電鍍液，其包含：使電鍍液的錫含量為40g/ L~105g/L的量的甲磺酸錫、70g/L~210g/L的甲磺酸、0· 01mg/L~100mg/L的氟化表面 活性劑、〇. 5g/L~60g/L的芳香族聚氧亞烷基醚和水。該錫類電鍍液可以可選地包含使電 鍍液的銀含量為0. 40g/L~3. Og/L的量的甲磺酸銀。在此情況下，錫-銀合金電鍍液可以 還包含130g/L~350g/L的絡合劑。
[0006] 除了上述成分以外，本發(fā)明的電鍍液可以還包含各種有機添加劑。在此情況下，有 機添加劑適宜以6. Og/L~650g/L的總濃度存在。適合用于本發(fā)明的錫類電鍍液的有機添 加劑的種類可以由本領域技術人員根據(jù)目標應用來確定，因此在此省略其詳細說明。例如， 有機添加劑可以為促進劑、抑制劑、消泡劑、有機抗氧化劑和晶粒細化劑。有機添加劑的具 體實例為羥基苯類抗氧化劑，如苯酚、氫醌和間苯二酚，它們可以單獨或者組合使用。
[0007] 在本發(fā)明的一個實施方式中，電鍍液含有0. 05mg/L~10mg/L的氟化表面活性劑。
[0008] 氟化表面活性劑可以選自全氟烷基磷酸鹽、全氟烷基硫酸酯、全氟烷基磺酸鹽及 其混合物。
[0009] 全氟烷基磷酸鹽是含有單（(：6_(：12全氟烷基）磷酸鹽和二（C 6_(：12全氟烷基）磷酸 鹽的混合物，其中，單酯鹽占單酯鹽和二酯鹽的總重量的33重量％~45重量％。全氟烷基 磷酸鹽的表觀平均分子量為560~980。單（氟烷基）磷酸鹽和二（氟烷基）磷酸鹽通過 使單（全氟烷基）磷酸酯和二（全氟烷基）磷酸酯的混合物與選自由氫氧化鈉、氫氧化鉀 和氫氧化鋰組成的組中的至少一種堿反應而獲得。
[0010] 全氟烷基硫酸酯是含有全氟烷基氨基磺酸酯和水的表面活性劑。
[0011] 全氟烷基磺酸鹽是包含C6-C12全氟烷基的表面活性劑。
[0012] 在本發(fā)明的一個實施方式中，所述三種表面活性劑的全氟烷基是未支化的直鏈。
[0013] 本發(fā)明的另一方面公開了使用錫類電鍍液為倒裝芯片形成焊料凸點的方法。具體 而言，該方法包括：用銅或銅/鎳電鍍液電鍍硅晶片，所述硅晶片具有露出電極焊盤的保護 層和凸點下金屬（UBM)層，從而在所述凸點下金屬層上形成銅或銅/鎳柱；和用所述錫類電 鍍液電鍍所述柱，從而形成焊料凸點。
[0014] 在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，將電鍍液經(jīng)筒式過濾器過濾以除去妨礙合金焊 料凸點的形成的沉淀或雜質(zhì)。
[0015] 在UBM層上形成金屬柱之后，可以使用本發(fā)明的錫類電鍍液在金屬柱上形成焊料 凸點。氟化表面活性劑的存在可以改善錫類電鍍液的表面張力、潤濕性和鋪展性。結果， 可以提高電鍍工藝的電流效率，可以防止金屬間化合物層中破裂的發(fā)生和凸點內(nèi)空隙的形 成，可以減少WID和WIW凸點的高度波動，可以獲得即使在高速電鍍范圍內(nèi)（ΙΟΑ/dm2~19A/ dm2)鍍膜性質(zhì)也優(yōu)異的倒裝芯片封裝體。
【附圖說明】
[0016] 本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點將結合附圖由以下實施方式的說明而變得 明白和更易理解，附圖中：
[0017] 圖1示意性顯示了整個倒裝芯片封裝工藝，包括在凸點下金屬層上形成銅柱和使 用錫類電鍍液在銅柱上形成焊料凸點；
[0018] 圖2顯示了在12英寸圖案化晶片的凸點下金屬（UBM)層上形成的銅柱的俯視和 側視電子顯微鏡圖像（放大率：圖2(a) :x 7000,圖2(b) :x 3000);
[0019] 圖3和4是按照本發(fā)明的實施方式在不同條件下通過恒電流電鍍在黃銅板上形成 錫-銀合金結構體表面的電子顯微鏡圖像；
[0020] 圖5和6是顯示按照本發(fā)明的實施方式在不同工藝條件下通過電鍍在形成有銅金 屬柱的圖案化的晶片試樣上形成的錫-銀合金焊料凸點（凸點CD 25μπι)的形狀的電子顯 微鏡圖像。
【具體實施方式】
[0021] 現(xiàn)將詳細說明本發(fā)明。
[0022] 圖1示意性顯示了整個倒裝芯片封裝工藝，包括在凸點下金屬層上形成銅柱和使 用錫類電鍍液在銅柱上形成焊料凸點。在圖1中，步驟A顯示通過濺射在由芯片構成的圖 案化晶片上形成銅UBM層，步驟B顯示形成光刻膠（PR)圖案，步驟C顯示通過電鍍形成銅 或銅/鎳柱，步驟D顯示通過電鍍在銅柱上形成錫-銀凸點，步驟E顯示除去光刻膠，步驟 F顯示金屬刻蝕和回流。
[0023] 本發(fā)明的一個方面公開了一種水性錫類或錫-銀類電鍍液，其可以用于圖1所示 工藝的步驟D。本發(fā)明的錫類電鍍液包含以下成分：
[0024] A)甲磺酸錫，其量為使電鍍液的錫含量為40g/L~105g/L ;
[0025] B)作為可選成分的甲磺酸銀，其量為使電鍍液的銀含量為0. 40g/L~3. Og/L ;
[0026] C) 70g/L ~210g/L 的甲磺酸；
[0027] D) 0· 01mg/L~100mg/L的氟化表面活性劑；
[0028] E) 0. 5g/L~60g/L的芳香族聚氧亞烷基醚；和
[0029] F)水。
[0030] 在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，甲磺酸錫可以以使電鍍液的錫含量為80g/L~ l〇〇g/L的量使用。就錫類凸點形成時的電流效率而言，甲磺酸錫優(yōu)選以使電鍍液的錫含量 在上述范圍內(nèi)的量存在。
[0031] 在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，電鍍液中使用的甲磺酸錫（基于最終的錫含量 (10重量％~20重量％ ))通過使錫經(jīng)電解在市售65%~75%甲磺酸中氧化來制備。
[0032] 本發(fā)明的錫類電鍍液可以僅包含錫作為電鍍金屬，或者可以為包含錫和銀的合金 電鍍液。
[0033] 在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中，電鍍液中使用的甲磺酸銀（基于最終的銀含量 (2重量％~7重量％ ))可