CN109518172A - 应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，该溶液以水为溶剂，按照浓度包括以下组分：镍盐20‑40g/L，还原剂20‑40g/L，络合剂20‑50g/L，稳定剂1‑5mg/L，除杂剂2‑200mg/L；该除杂剂中至少含有一种吡啶类化合物，该除杂剂中的吡啶类化合物可以螯合杂质金属离子，降低溶液中杂质对镀液性能的影响。本发明使用吡啶类除杂剂，除了能消除溶液中杂质重金属对镀液的影响，其本身对镀液不会带来副作用，所以即使镀液中杂质离子含量很低或者没有，加入的吡啶类化合物也不会影响镀液性能。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液。
背景技术
化学镍金制程是晶圆级封装工艺中常见的工艺，主要应用在RDL(重布线)或者UBM（凸块下金属化）领域，一般在铜线路或者pad的图案上化学镀镍金，可以起到焊接，打线的功能，且镍层可以作为铜和锡及其的阻挡层，防止铜与锡的扩散。
随着电子产品的小型化，精密化，智能化的发展，芯片内部的线路越来越精密细小。以晶圆级封测领域为例，目前的线宽线距大多集中在几十微米或数微米级别。铜线路的细小化，对于化学镍金工艺来说是一个不小挑战。往往会出现两种风险：
一是容易产生漏镀风险。即在一些线路上没有镀上镍，使铜线裸露在外，造成这种问题的原因除了活化不充分，没有足够的钯沉积外，更多的是镍槽活性偏低造成。正产参数条件下，造成活性偏低主要因素是由于镀液中含有一些重金属离子杂质，这些离子往往会充当镍槽的稳定剂，大幅降低镍溶液的活性。对一般产品的化学镍制程，这些杂质的影响并不明显，可以通过加大负载或者拉高一点镍槽参数即可解决，但是对于芯片这种精细线路，这种方法会带来其他风险。
二是容易产生渗镀风险，如果为了防止漏镀的情况，强化活化工序，一般会导致线路之间有较多的钯残留，或者刻意加大负载或拉高镍槽参数，强行提高镀镍活性，如此以来在镀镍时，会造成线路之间原本不需要镀镍的地方产生镍沉积，使两条线路之间出现短路情况。
上面两种情况均会导致元器件失效，为了从根本上解决问题，需要从问题的源头着手。而问题的源头是混合在原料中的杂质，它们是造成镍层活性偏低的主要因素，比如说硫酸镍原料中的一些杂质，当溶液含有1mg/L的铅离子、镉离子等重金属离子，就会严重影响镀镍溶液的活性。
鉴于此，该发明专利针对镀液中存在的重金属杂质作出应对方案。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，该溶液可以降低溶液中杂质对镀液性能的影响。
为实现上述目的，本发明提供一种应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，按照浓度包括以下组分：
镍盐20-40g/L
还原剂20-40g/L
络合剂20-50g/L
稳定剂1-5mg/L
除杂剂2-200mg/L
该除杂剂中至少含有一种吡啶类化合物，该除杂剂中的吡啶类化合物可以螯合杂质金属离子，降低溶液中杂质对镀液性能的影响。
其中，所述吡啶类化合物为联吡啶、4-乙酰吡啶、2-(1-羟乙基)吡啶、2-氯-5-羟基吡啶中的一种或多种。
其中，所述吡啶类化合物的优选用量为5-50mg/L。
其中，所述镍盐为六水硫酸镍、七水硫酸镍或二水乙酸镍。
其中，所述还原剂为次亚磷酸钠或硼氢化钠中的一种。
其中，所述络合剂为硫化合物、如硫脲、硫酸硫酸钠、苯基硫脲、氨基硫脲中的一种或多种。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，该组分形成的溶液，除了具备良好的稳定性，也具有较高的活性，而且可以防止漏镀情况的发生，原因是有该除杂剂中含有吡啶类化合物，进而形成了砒啶类除杂剂，因为吡啶类化合物的存在，一般来说含氮的杂环化合物，特别是吡啶类化合物对金属离子有一定螯合性。在溶液中，吡啶类化合物会和重金属离子发生螯合，降低重金属离子的沉积电位，降低重金属对镀镍液活性的影响。
使用吡啶类除杂剂，除了能消除溶液中杂质重金属对镀液的影响，其本身对镀液不会带来副作用，所以即使镀液中杂质离子含量很低或者没有，加入的吡啶类化合物也不会影响镀液性能。
附图说明
图1为不含除杂剂的镀液得到的化学镍出现有漏镀情况的展示图；
图2为不含除杂剂，刻意提高镍槽参数后出现渗镀的展示图；
图3为含除杂剂后，在镍槽正常参数下未出现漏镀的镀镍线路展示图；
图4为含除杂剂后，在镍槽正常参数下未出现渗镀的镀镍线路展示图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
本发明的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，是以水为溶剂，按照浓度包括以下组分：
镍盐20-40g/L
还原剂20-40g/L
络合剂20-50g/L
稳定剂1-5mg/L
除杂剂2-200mg/L
该除杂剂中至少含有一种吡啶类化合物，该除杂剂中的吡啶类化合物可以螯合杂质金属离子，降低溶液中杂质对镀液性能的影响。至少含有一种吡啶类化合物，则说明吡啶类化合物为一种或多种。
在本发明中，所述吡啶类化合物为联吡啶、4-乙酰吡啶、2-(1-羟乙基)吡啶、2-氯-5-羟基吡啶中的一种或多种。所述吡啶类化合物的优选用量为5-50mg/L。所述镍盐为六水硫酸镍、七水硫酸镍或二水乙酸镍。所述还原剂为次亚磷酸钠或硼氢化钠中的一种。所述络合剂为硫化合物、如硫脲、硫酸硫酸钠、苯基硫脲、氨基硫脲中的一种或多种。
相较于现有技术，本发明提供的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，具有如下优势：
本发明提供的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，该组分形成的溶液，该组分形成的溶液，除了具备良好的稳定性，也具有较高的活性，而且可以防止漏镀情况的发生，原因是有该除杂剂中含有吡啶类化合物，进而形成了砒啶类除杂剂，因为吡啶类化合物的存在，一般来说含氮的杂环化合物，特别是吡啶类化合物对金属离子有一定螯合性。在溶液中，吡啶类化合物会和重金属离子发生螯合，降低重金属离子的沉积电位，降低重金属对镀镍液活性的影响。
使用吡啶类除杂剂，除了能消除溶液中杂质重金属对镀液的影响，其本身对镀液不会带来副作用，所以即使镀液中杂质离子含量很低或者没有，加入的吡啶类化合物也不会影响镀液性能。
本发明的镀镍应用在晶圆封装领域，具体的是指硅基材的铜线路的化学镍金。铜基材的化学镍金一般流程为除油，微蚀，预浸，活化，后浸，化学镀镍，化学镀金。其中除油的作用是清洁表面，微蚀是腐蚀铜层，使铜面具有一定的粗糙度，增强镀层和铜层的结合力，预浸为保护活化槽，活化是在铜面形成一定的钯沉积，钯的存在可以形成催化中心，使镍沉积在铜层表面。化学镀镍的作用是在铜线路上形成一层镍层， 镍层一般是铜和其他金属的阻挡层，可以防止铜和金、锡等金属的扩散，化学镀金是在镍层表面形成一层金层，金层的存在可以作为打线，焊接使用。
一般来说镀镍前的工序对整个制程的稳定性影响不大，最关键部分在于镍槽，镍槽一般包括：
1>镍盐，是镍离子的主要来源,如硫酸镍，乙酸镍等，这些会通常会有不同含量的结晶水存在，如七水硫酸镍。
2>络合剂，主要是络合镍离子，防止出现氢氧化镍、亚磷酸镍沉淀的出现，同时大部分的有机酸络合剂也是pH值的缓冲剂，如柠檬酸，乳酸，苹果酸，琥珀酸，甘氨酸，乙酸等有机酸及其钠盐等。
3>还原剂，目前以亚磷酸钠，硼氢化钠为主，优选使用次亚磷酸钠，可以使镍离子被还原成镍金属沉积在铜层表面。
4>稳定剂，是为了使镍沉积稳定有序的进行，防止镍离子和还原剂的氧化还原反应无规律的进行，防止镍层分解，大多数使用硫化物，如硫脲，硫酸硫酸钠，苯基硫脲，氨基硫脲等。
5>其他，如pH调节剂，pH缓冲剂，润湿剂等，比如氨水，氢氧化钠，氢氧化钾等都会在镀镍溶液中根据需要使用。
除了以上常规的，本发明的重点在于给镀镍溶液中加入了至少一种的吡啶类除杂剂，该除杂剂的存在使镀镍溶液更适合使用在精细线路的制作当中，可以防止线路漏镀的现象发生。本发明的除杂剂主要包括联吡啶，4-乙酰吡啶，2-(1-羟乙基)吡啶，2-氯-5-羟基吡啶等其中一种或者多种；
通过下上，该发明专利将重点以化学镍液举例说明：
对比例一：
一种传统镀镍液：
镍盐：七水硫酸镍30g/L；
络合剂：柠檬酸10g/L；乳酸20g/L;
还原剂：次亚磷酸钠25g/L ；
稳定剂：硫脲2mg/L
用20%的氨水或氢氧化钾溶液调节pH值至4.7，温度82±2℃，使用其他非晶圆工件试做，确定一切参数OK后，再利用带有图案的晶圆进行正常流程，正常参数进行化学镀镍，结果出现漏镀情况，如图一，在该图中发黑的区域即为漏镀现象。出现这种情况，是因为镀液中原物料中含有杂质的金属离子导致镀镍活性偏低造成漏镀。
为此，拉高镀镍参数，进行镀镍，见具体实施例二，
对比例二：
流程和镍槽与对比实施例一成分相同。只是将镀镍的pH值提高至4.9，温度提高至85℃，结果细小的线路出现严重渗镀，如图二，显然通过拉高参数可以防止漏镀，但是会同时带来渗镀的不良，如该图所示，在线条与线条之间的间隙内出现了发黑现象，这个发黑现象就是渗镀不良导致的。
为了解决以上问题，采用除杂剂做测试，见以下具体实施例。
具体实施例：
实施例一：
一种镀镍液：
镍盐：七水硫酸镍30g/L；
络合剂：苹果酸15g/L，琥珀酸15g/L，甘氨酸10g/L;
还原剂：次亚磷酸钠25g/L ；
稳定剂：硫脲2mg/L
除杂剂：2-(1-羟乙基)吡啶：5mg/L
采用对比实施一的镀液和参数，只是在镀镍液中加入2-(1-羟乙基)吡啶，再利用带有图案的晶圆进行正常流程，正常参数进行化学镀镍，如图三和图四。由于加入了2-(1-羟乙基)吡啶，没有产生漏镀和渗镀。
实施例二：
一种传统镀镍液：
镍盐：乙酸镍25g/L；
络合剂：柠檬酸10g/L，苹果酸15g/L，乳酸10g/L;
还原剂：次亚磷酸钠25g/L ；
稳定剂：苯基硫脲4mg/L
除杂剂：联吡啶20mg/L
用20%的氨水或氢氧化钾溶液调节pH值至4.7，温度82±2℃，利用带有图案的晶圆进行正常流程，正常参数进行化学镀镍，没有产生漏镀和渗镀。
实施例三：
一种传统镀镍液：
镍盐：七水硫酸镍28g/L；
络合剂：柠檬酸10g/L，苹果酸15g/L，乳酸10g/L;
还原剂：次亚磷酸钠25g/L ；
稳定剂：硫代硫酸钠2mg/L;
除杂剂：2-氯-5-羟基吡啶5mg/L,联吡啶10mg/L;
用20%的氨水或氢氧化钾溶液调节pH值至4.7，温度82±2℃，利用带有图案的晶圆进行正常流程，正常参数进行化学镀镍，没有产生漏镀和渗镀。
通过对比实施例和具体实施例得出了结论是：以上单独使用或者任意两种除杂剂，均可以达到无漏镀和渗镀的效果。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，其特征在于，按照浓度包括以下组分：
镍盐20-40g/L
还原剂20-40g/L
络合剂20-50g/L
稳定剂1-5mg/L
除杂剂2-200mg/L
该除杂剂中至少含有一种吡啶类化合物，该除杂剂中的吡啶类化合物可以螯合杂质金属离子，降低溶液中杂质对镀液性能的影响。
2.根据权利要求1所述的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，其特征在于，所述吡啶类化合物为联吡啶、4-乙酰吡啶、2-(1-羟乙基)吡啶、2-氯-5-羟基吡啶中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，其特征在于，所述吡啶类化合物的优选用量为5-50mg/L。
4.根据权利要求1所述的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，其特征在于，所述镍盐为六水硫酸镍、七水硫酸镍或二水乙酸镍。
5.根据权利要求1所述的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，其特征在于，所述还原剂为次亚磷酸钠或硼氢化钠中的一种。
6.根据权利要求1所述的应用在晶圆级封装化学镍金工艺的化学镍溶液，其特征在于，所述络合剂为硫化合物、如硫脲、硫酸硫酸钠、苯基硫脲、氨基硫脲中的一种或多种。
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