CN109326532A - 一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。经过本发明镀锡处理后的半导体器件，具有更高的优良率，有效抑制虚焊，提高了锡层的寿命和可靠性。

Description

一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法。
背景技术
在半导体制造工艺中焊锡防腐蚀工艺中，化学镀Sn工艺在无铅电子组装中愈来愈受到重视，化学镀Sn已作为无铅电子产品的首选涂层工艺。
Sn原子外层为4个电子，因此其化学性质很稳定，所以它经常保持银闪闪的光泽。然而，镀Sn层是多针孔性的，由于针孔的存在使基体Cu表面与空气之间产生了通道，大气中的氧通过该针孔通道与底层金属Cu表面接触，使底层金属Cu氧化而丧失可焊性，并且由于Sn的标准电极电位比Cu负，当潮汽通过镀Sn层中的针孔与底层金属Cu表面接触时便形成一个微电池，镀层金属Sn被腐蚀而失去对底层Cu的保护。
现有的半导体镀锡技术通常采用化学镀锡处理，虽然具有较好的可焊性，但在存贮一段时间后，其可焊性和耐环境的侵蚀能力下降快，后端应用工艺性较差。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，用以解决现有技术中由于镀锡层防腐蚀效果较差的问题。
具体的，本发明提供一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；
(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
在一个实施例子中，所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为60-90秒。
在一个实施例子中，所述步骤(3)中等离子体轰击锡镀层的温度控制在235-245摄氏度，处理时间为20-30秒。
在一个实施例子中，所述步骤(4)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为30-60秒。
优选地，所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉，粒径为40-100nm。
优选地，所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉和铝粉的混合粉末，其中铝粉含量为1％～5％，锡粉含量为95％～99％，粒径为40-100nm。
优选地，所述化学镀锡层厚度为0.8～1.2微米，经过等离子喷涂后的镀层整体为1.2-1.6微米。
具体地，步骤(1)(3)(4)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质。其中N2和H2体积比为8～20:1,进一步地，N2和H2体积比优选为9:1。
具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体。所述供粉口分别连接供粉通道和气体电磁阀，供粉通道连接到粉体贮存室，气体电磁阀一端连接气体源，通过电磁阀控制气流速度，从而精确控制粉末喷射量。所述真空等离子设备通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。
进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的耐腐蚀可焊涂层处理方法，采用等离子体技术对镀层表面进行清洁处理，表面清洁度高，有利于镀层和基材的紧密结合。
2)本发明化学镀锡后采用等离子体技术对表面镀层进行二次喷涂处理，将化学镀锡的锡层进行等离子加热处理，所以镀锡层在热处理过程中发生了部分熔化，使原镀锡层表面组织由无定形状改质为粗大结晶状，抗老化能力增强，且表面组织结构变得致密光滑，空隙率降低，可焊性能有很大的提高。
3)本发明利用等离子体喷涂针对表面进行再次补充喷涂，可混入铝等金属粉末，对镀层进行二次保护。
4)盐雾试验表明，经过本等离子体热处理和喷涂后的镀锡层，具有更好的耐腐蚀性能，通过镀层的等离子体处理和二次镀膜处理，可提高镀层耐盐雾腐蚀性能1-4倍。
综上，经过本发明镀锡处理后的半导体器件，具有更高的优良率，有效抑制虚焊，提高了锡层的寿命和可靠性。
具体实施方式
以下将通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
腐蚀等级定义如表1所示：
表1盐雾腐蚀试验表面侵蚀面程度和腐蚀等级定义
表面侵蚀面积比例 腐蚀等级
0～10％ 1级
10％～20％ 2级
30％～40％ 4级
40％～50％ 5级
50％～60％ 6级
60％～70％ 7级
70％～80％ 8级
实施例1
一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为60秒。所述化学镀锡层厚度为1.2微米。
步骤(1)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷嘴到基材的距离控制在15mm。进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
将上述镀锡器件置于盐雾腐蚀试验箱中，进行盐雾试验处理60min，测得被腐蚀部分面积在50～60％，腐蚀等级为6级。
实施例2
一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；
(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为60秒。在一个实施例子中，所述步骤(3)中等离子体轰击锡镀层的温度控制在235-245摄氏度，处理时间为20秒。所述步骤(4)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为30秒。所述步骤(3)中采用的浆料为锡粉，粒径为40nm。所述化学镀锡层厚度为0.8微米，经过等离子喷涂后的镀层整体为1.2微米。
步骤(1)(3)(4)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
将上述镀锡器件置于盐雾腐蚀试验箱中，进行盐雾试验处理60min，测得被腐蚀部分面积在20～30％，腐蚀等级为3级。
实施例2
一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；
(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为60秒。在一个实施例子中，所述步骤(3)中等离子体轰击锡镀层的温度控制在235-245摄氏度，处理时间为20秒。所述步骤(4)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为30秒。所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉和铝粉的混合粉末，其中铝粉含量为2％，粒径为40nm。优选地，所述化学镀锡层厚度为0.8微米，经过等离子喷涂后的镀层整体为1.2微米。
步骤(1)(3)(4)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
将上述上述实施例中得到的多个镀锡器件置于盐雾腐蚀试验箱中，进行盐雾试验处理60min，测得被腐蚀部分面积在20～30％，腐蚀等级为3级。
实施例3
一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；
(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为90秒。在一个实施例子中，所述步骤(3)中等离子体轰击锡镀层的温度控制在235-245摄氏度，处理时间为30秒。所述步骤(4)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为30秒。所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉和铝粉的混合粉末，其中铝粉含量为4％，粒径为40nm。优选地，所述化学镀锡层厚度为1.2微米，经过等离子喷涂后的镀层整体为1.6微米。
步骤(1)(3)(4)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
将上述上述实施例中得到的多个镀锡器件置于盐雾腐蚀试验箱中，进行盐雾试验处理60min，测得被腐蚀部分面积在5～10％，腐蚀等级为1级。
实施例3
一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；
(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为60秒。在一个实施例子中，所述步骤(3)中等离子体轰击锡镀层的温度控制在235-245摄氏度，处理时间为40秒。所述步骤(4)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为30秒。所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉，粒径为40nm。优选地，所述化学镀锡层厚度为1.2微米，经过等离子喷涂后的镀层整体为1.6微米。
步骤(1)(3)(4)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
将上述上述实施例中得到的多个镀锡器件置于盐雾腐蚀试验箱中，进行盐雾试验处理60min，测得被腐蚀部分面积在10～20％，腐蚀等级为2级。
实施例5
一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为90秒。在一个实施例子中，所述步骤(2)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为80秒。所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉和铝粉的混合粉末，其中铝粉含量为4％，粒径为40nm。经过等离子喷涂后的镀层整体为1.2微米。
步骤(1)(2)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。具体地，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。进一步地，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
将上述实施例中得到的多个镀锡器件置于盐雾腐蚀试验箱中，进行盐雾试验处理60min，测得被腐蚀部分面积在30～40％，腐蚀等级为4级。
以上为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用真空等离子体轰击半导体表面，以去除半导体表面的各种污染物及氧化层；
(2)对半导体表面进行化学镀锡处理，形成初步的锡镀层；
(3)采用真空等离子体轰击半导体表面的锡镀层，以加热锡镀层使得镀层部分熔化至半熔融状态，从而使得锡镀层的分布更加均匀；
(4)通过真空等离子体对半导体表面镀层喷涂锡或锡铝混合的浆料，经过等离子体加热后的浆料在镀层表面沉积形成第二保护层。
2.根据权利要求1所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中等离子体轰击靶材的温度控制在230-240摄氏度，处理时间为60-90秒。
3.根据权利要求2所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中等离子体轰击锡镀层的温度控制在235-245摄氏度，处理时间为20-30秒。
4.根据权利要求3所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中等离子体喷涂到靶材的温度控制在235-245摄氏度，喷涂时间为30-60秒。
5.根据权利要求4所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉，粒径为40-100nm。
6.根据权利要求4所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用的浆料为锡粉和铝粉的混合粉末，其中铝粉含量为1-5％，粒径为40-100nm。
7.根据权利要求6所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述化学镀锡层厚度为0.8～1.2微米，经过等离子喷涂后的镀层整体为1.2-1.6微米。
8.根据权利要求4所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，步骤(1)(3)(4)中采用的真空等离子体设备，以N2和H2的混合气体为工作介质，其中N2和H2体积比为9:1。
9.根据权利要求8所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，所述真空等离子设备具有等离子发生器、等离子喷嘴、供粉口、真空等离子腔体，通过控制等离子体工作功率来控制等离子体轰击温度，所述喷涂距离控制在8～15mm。
10.根据权利要求5-9任一项所述的半导体制造工艺中焊锡防腐蚀的处理方法，其特征在于，在镀锡完成后，对处理好的半导体元件进行真空封装处理。
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CN1823181A (zh) * 2003-05-16 2006-08-23 索尼株式会社 锡或锡合金材料用表面处理剂
CN108352639A (zh) * 2015-11-27 2018-07-31 三菱综合材料株式会社 镀锡铜端子材及端子以及电线末端部结构
CN108368627A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 三菱综合材料株式会社 镀锡铜端子材的制造方法

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