KR20150051926A - Plating bath and method - Google Patents

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KR20150051926A
KR20150051926A KR1020140153138A KR20140153138A KR20150051926A KR 20150051926 A KR20150051926 A KR 20150051926A KR 1020140153138 A KR1020140153138 A KR 1020140153138A KR 20140153138 A KR20140153138 A KR 20140153138A KR 20150051926 A KR20150051926 A KR 20150051926A
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acid
crystal growth
composition
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Application number
KR1020140153138A
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Inventor
줄리아 베르틴크
이 친
조나단 디. 프랜지
페드로 오. 로페즈 몬테시노스
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈 엘엘씨
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Abstract

A tin containing electric plating bath having a batch of a specific whitening agent provides a tin containing solder deposit having a reduced void formation and a smooth shape. An electric plating composition comprises: a tin ion source; an acid electrolyte; 0.0001-0.045 g/L of a first crystal growth inhibitor; 0.005-0.75 g/L of an α,β-unsaturated aliphatic carbonyl compound as a second crystal growth inhibitor; a non-ionic surfactant; and water.

Description

도금 배쓰 및 방법{PLATING BATH AND METHOD}{PLATING BATH AND METHOD}

본 발명은 일반적으로 전해 금속 도금 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전해 주석 도금 분야에 관한 것이다. The present invention relates generally to the field of electrolytic metal plating. More particularly, the invention relates to the field of electrolytic tin plating.

금속 및 금속-합금은 특히 이들이 전기 접촉, 최종 피니쉬 및 솔더로 종종 사용되는 전자 산업 분야에서 상업적으로 중요하다. 주석-납은 한때 가장 일반적인 주석-합금 솔더였으나, 납에 대한 제한이 증가됨에 따라 그 사용이 감소하였다. 납-프리 솔더, 예컨대, 주석, 주석-은, 주석-구리, 주석-비스무쓰, 주석-은-구리 및 기타는 주석-납 솔더에 대한 흔한 대체물이다. 이들 솔더는 종종 전기 도금 배쓰와 같은 도금 배쓰을 사용하여 기판상에 침착된다. Metals and metal-alloys are of particular commercial importance in the electronics industry, where they are often used for electrical contact, final finishing and solder. Tin-lead was once the most common tin-alloy solder, but its use decreased as the limit on lead increased. Lead-free solders are common substitutes for tin-lead solders, such as tin, tin-silver, tin-copper, tin-bismuth, tin-silver-copper and others. These solders are often deposited on a substrate using a plating bath such as an electroplating bath.

금속 코팅으로 제품을 전기 도금하는 방법은 일반적으로 전극 중 하나(통상 캐쏘드)가 도금될 제품인 도금 용액내 두 개의 전극 사이에 전류를 통과시키는 것을 사용한다. 전형적인 주석 도금 용액은 용해된 주석 이온, 물, 배쓰에 전도성을 부여하기에 충분한 양의 메탄설폰산과 같은 산 전해질, 항산화제, 및 도금의 균일성 및 금속 침착의 질을 개선하기 위한 전용 첨가제를 포함한다. 이러한 첨가제는 특히 계면활성제 및 결정 성장 억제제를 포함한다.A method of electroplating a product with a metal coating generally involves passing current between two electrodes in a plating solution, one of the electrodes (usually a cathode) to be plated. Typical tin plating solutions include dissolved tin ions, water, acid electrolytes such as methane sulfonic acid in an amount sufficient to impart conductivity to the bath, antioxidants, and dedicated additives to improve plating uniformity and metal deposition quality do. Such additives include, in particular, surfactants and crystal growth inhibitors.

납-프리 솔더 도금을 위한 응용은 전자 산업에서 도전을 제시한다. 예를 들면, 구리 기둥에 캡핑 층으로서 사용될 때, 비교적 소량의 납-프리 솔더, 예컨대, 주석-은 솔더가 구리 기둥의 상부 상에 침착된다. 이러한 소량의 솔더 도금에서, 각 필러의 상부 상에, 다이 내부 및 웨이퍼를 가로질러 모두 솔더 조성물의 높이를 균일하게 도금하기는 어렵다. 공지된 솔더 전기 도금 배쓰의 사용은 또한 비교적 거친 표면 형태, 예컨대 광학 프로필로메트리로 측정시 약 800 nm 이상의 평균 표면 거칠기(Ra)를 갖는 침착이 초래된다. 이러한 비교적 거친 표면 형태는 종종 리플로우 후 솔더에서의 보이드 형성과 관련되며, 이는 종국적으로 솔더 조인트 신뢰성에 관한 염려를 낳는다. 따라서, 비교적 거친 표면 형태의 문제를 피하고, 개선된 다이 내 균일성을 제공하는 순수 주석 또는 주석-합금 솔더 침착에 대한 산업계 관심이 존재한다. Applications for lead-free solder plating present challenges in the electronics industry. For example, when used as a capping layer on a copper pillar, a relatively small amount of lead-free solder, such as tin-silver solder, is deposited on top of the copper pillar. In this small amount of solder plating, it is difficult to uniformly coat the height of the solder composition both on the top of each pillar, both inside the die and across the wafer. The use of known solder electroplating baths also results in deposition with relatively rough surface morphologies, such as an average surface roughness (Ra) of at least about 800 nm as measured by optical profilometry. This relatively rough surface morphology is often associated with void formation in solder after reflow, which ultimately raises concerns about solder joint reliability. Thus, there is an industry interest in pure tin or tin-alloy solder depositions that avoids the problem of relatively rough surface morphology and provides improved in-die uniformity.

많은 주석 전기 도금 배쓰가 알려져 있다. 광택 있는 표면이 요구될 때, 일반적으로 광택제가 주석 전기 도금 배쓰에 사용된다. 통상적인 광택제는 알데히드, 케톤, 카복실산, 카복실산 유도체, 아민 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 예를 들면, 미국 특허 제4,582,576호는 방향족 알데히드, 아세토페논, 및 식 Ar-C(H)=C(H)-C(O)-CH3 (Ar이 페닐, 나프틸 피리딜, 티오페닐 또는 푸릴)을 갖는 카보닐 화합물의 군에서 선택되는 하나 이상의 제1 광택제, 및 저급 지방족 알데히드 및 식 R4C(R3)=C(R2)R1 (R1이 카복시, 카복사미드, 알칼리 금속 카복실레이트, 암모늄 카복실레이트, 아민 카복실레이트 또는 알릴 카복실레이트이고, R2, R3 및 R4가 각각 독립적으로 수소 또는 저급 알킬기이다)의 치환 올레핀의 군에서 선택되는 하나 이상의 제2 광택제를 포함하는 주석 또는 주석-납 전기 도금 배쓰를 개시한다. 이 특허는 이러한 제1 및 제2 광택제가 각각 비교적 대량, 즉 리터당 0.1 그램 이상으로 사용된다. 이러한 통상적인 주석 전기 도금 배쓰는 특정 전자적 응용에서 사용될 때, 예컨대 구리 기둥상에 순수한 주석 캡을 형성하기 위해 사용될 때, 보이드를 갖는 주석 침착이 결과되고/거나, 허용될 수 없는 형태를 갖는 주석 침착이 결과되고/거나, 비교적 높은 수준의 불순물을 갖는 침착이 결과된다. 따라서, 허용가능한 형태 및 실질적으로 보이드가 없는, 특히 구리 기둥 상에 캡으로서, 주석-함유 솔더 층을 침착하기 위한 전기 도금 배쓰 및 방법에 대한 업계의 요구가 존재한다. Many tin electroplating baths are known. When a glossy surface is required, a polishing agent is generally used in the tin electroplating bath. Typical brighteners include aldehydes, ketones, carboxylic acids, carboxylic acid derivatives, amines or mixtures thereof. For example, U.S. Patent No. 4,582,576 discloses aromatic aldehydes, acetophenones, and the formula Ar-C (H) = C (H) -C (O) -CH 3 (Ar is phenyl, naphthyl, pyridyl, thiophenyl or Furyl), and at least one first brightener selected from the group of lower aliphatic aldehydes and at least one second brightener selected from the group of the formula R 4 C (R 3 ) = C (R 2 ) R 1 wherein R 1 is a carboxy, carboxamide, At least one second polish selected from the group of substituted olefins selected from the group consisting of metal carboxylates, ammonium carboxylates, amine carboxylates or allyl carboxylates, and R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen or a lower alkyl group Lead-tin-lead electroplating bath. This patent discloses that each of these first and second brighteners is used in relatively large quantities, i.e., at least 0.1 gram per liter. Such conventional tin electroplating baths, when used in certain electronic applications, for example, when used to form pure tin caps on copper posts, result in tin deposits with voids and / or tin deposits Resulting in deposition with a relatively high level of impurities. Thus, there is a need in the industry for electroplating baths and methods for depositing tin-containing solder layers as cap in an acceptable form and substantially void free, especially on copper posts.

허용가능한 형태 및 실질적으로 보이드가 없는, 주석 함유 층을 침착하기 위한 전기 도금 배쓰 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide an electroplating bath and method for depositing a tin-containing layer in an acceptable form and substantially void free.

본 발명은 전기도금 조성물을 제공하며, 이는 주석 이온 공급원; 산 전해질; 0.0001 내지 0.045 g/L의 제1 결정 성장 억제제; 제2 결정 성장 억제제로서, 0.005 내지 0.75 g/L의 α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물; 비이온성 계면활성제; 및 물을 포함하며, 제1 결정 성장 억제제가 식 (1) 또는 (2)의 화합물에서 선택된다:
The present invention provides an electroplating composition comprising a tin ion source; Acid electrolytes; 0.0001 to 0.045 g / L of a first crystal growth inhibitor; As the second crystal growth inhibitor, 0.005 to 0.75 g / L of an alpha, beta -unsaturated aliphatic carbonyl compound; Nonionic surfactants; And water, wherein a first crystal growth inhibitor is selected from compounds of formula (1) or (2):

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상기 화학식 (1)과 (2)에서, 각 R1은 독립적으로 (C1-6)알킬, (C1-6)알콕시, 하이드록시, 또는 할로이고; R2 및 R3은 독립적으로 H 및 (C1-6)알킬에서 선택되고; R4는 H, OH, (C1-6)알킬 또는 O(C1-6)알킬이고; m은 0 내지 2의 정수이고; 각 R5는 독립적으로 (C1-6)알킬이고; 각 R6은 독립적으로 H, OH, (C1-6)알킬, 또는 O(C1-6)알킬에서 선택되고; n은 1 또는 2이며; 및 p는 0, 1 또는 2이다. In the formula (1) and (2), each R 1 is independently (C 1 - 6) alkyl, (C 1 - 6) alkoxy, hydroxy, or halo; R 2 and R 3 are independently selected from H and (C 1 - 6) is selected from alkyl; R 4 is H, OH, (C 1 - 6) alkyl or O (C 1 - 6) alkyl; m is an integer from 0 to 2; Each R 5 is independently (C 1 - 6) alkyl; Each R 6 is independently H, OH, (C 1 - 6) alkyl, or O (C 1 - 6) is selected from alkyl; n is 1 or 2; And p is 0, 1 or 2.

본 발명은 또한 반도체 기판 상에 주석 함유 층을 침착하는 방법을 제공하며, 이 방법은 복수의 전도성 결합 피처를 포함하는 반도체 웨이퍼를 제공하는 단계; 반도체 웨이퍼를 전술한 조성물과 접촉시키는 단계; 충분한 전류 밀도를 적용하여, 전도성 결합 피처에 주석 함유 층을 침착시키는 단계를 포함한다. The present invention also provides a method of depositing a tin-containing layer on a semiconductor substrate, the method comprising: providing a semiconductor wafer comprising a plurality of conductive bonding features; Contacting the semiconductor wafer with the composition as described above; And applying a sufficient current density to deposit the tin-containing layer in the conductive bonding feature.

또한 본 발명은 복수의 전도성 결합 피처 및 전도성 결합 피처 상에 침착된 주석 함유 층을 포함하며, 주석 함유 층은 도금시 및 리플로우 후 실질적으로 보이드가 없는 반도체 디바이스를 제공한다. The present invention also provides a semiconductor device comprising a plurality of conductive coupling features and a tin-containing layer deposited on a conductive bonding feature, wherein the tin-containing layer substantially voids during plating and after reflow.

본 명세서 전반에 사용된 하기 약어는 명백히 달리 지시되지 않는 한 하기 의미를 갖는다: ASD = A/dm2 = 평방 데시미터 당 암페어; ℃ = 섭씨; g = 그램; mg = 밀리그램; L = 리터; Å = 옹스트롬; nm = 나노미터; ㎛ = 마이크론 = 마이크로미터; mm = 밀리미터; min = 분; DI = 탈이온; 및 mL = 밀리리터. 달리 지시되지 않는 한, 모든 함량은 중량 퍼센트("wt%")이고 모든 비율은 중량비이다. 모든 숫자 범위는 이러한 숫자 범위가 합하여 100% 까지 제한되는 것이 명백한 경우를 제외하면, 경계를 포함하며, 어떤 순서로도 조합될 수 있다. The following abbreviations used throughout this specification have the following meanings unless expressly indicated otherwise: ASD = A / dm 2 = amps per square decimeter; C = Celsius; g = gram; mg = milligram; L = liters; Å = Angstrom; nm = nanometer; Mu m = micron = micrometer; mm = millimeter; min = min; DI = deionization; And mL = milliliters. Unless otherwise indicated, all contents are percent by weight ("wt%") and all ratios are by weight. All numerical ranges are inclusive and may be combined in any order, except where it is evident that such numerical ranges are limited to a total of 100%.

본 명세서 전반에 걸쳐, 용어 "도금"은 금속 전기도금을 지칭한다. "침착" 및 "도금"은 본 명세서 전반에 걸쳐 상호 호환적으로 사용된다. "순수 주석"은 주석-합금이 아닌 주석 침착을 지칭하나, 이러한 침착은 5 원자% 까지의 불순을 포함할 수 있다. "할라이드"는 염소, 브롬, 요오드, 불소를 지칭한다. 관사 "a", "an" 및 "the"는 단수 및 복수를 지칭한다. "알킬"은 선형, 분지형 및 환형 알킬을 지칭한다. "아릴"은 방향족 카보사이클 및 방향족 헤테로사이클을 지칭한다. 용어 "(메타)아크릴"은 "아크릴" 및 "메타크릴" 모두를 지칭한다. 한 성분이 다른 성분 "상에 침착"된 것으로 지칭될 때, 이는 다른 성분상에 직접 존재하거나 이들 사이에 개재 성분이 존재할 수 있다. 반면, 한 성분이 다른 성분 "상에 직접 침착"된 것으로 지칭될 때, 개재 성분은 존재하지 않는다. 여기에서, "및/또는"은 관련 목록 아이템의 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다. Throughout this specification, the term "plating" refers to metal electroplating. "Deposition" and "plating" are used interchangeably throughout this specification. "Pure tin" refers to tin deposition rather than tin-alloy, but such deposition can include up to 5 atomic percent impurity. "Halide" refers to chlorine, bromine, iodine, and fluorine. The articles "a "," an "and" the " "Alkyl" refers to linear, branched, and cyclic alkyl. "Aryl" refers to an aromatic carbocycle and an aromatic heterocycle. The term "(meth) acrylic" refers to both "acrylic" and "methacrylic ". When one component is referred to as being " deposited "on another component, it may be present directly on the other component or intervening components may be present therebetween. On the other hand, when one component is referred to as being " deposited directly on another component ", the intervening component is not present. Herein, "and / or" includes any and all combinations of one or more of the related list items.

본 발명의 조성물은 주석 이온 공급원; 산 전해질; 0.0001 내지 0.045 g/L의 제1 결정 성장 억제제; 제2 결정 성장 억제제로서, 0.005 내지 0.75 g/L의 α,β--불포화 지방족 카보닐 화합물; 비이온성 계면활성제; 및 물을 포함하며, 제1 결정 성장 억제제는 식 (1) 또는 (2) 화합물 중에서 선택된다:The composition of the present invention comprises a tin ion source; Acid electrolytes; 0.0001 to 0.045 g / L of a first crystal growth inhibitor; As the second crystal growth inhibitor, 0.005 to 0.75 g / L of an alpha, beta -unsaturated aliphatic carbonyl compound; Nonionic surfactants; And water, wherein the first crystal growth inhibitor is selected from the compounds of formula (1) or (2):

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상기 화학식 (1)과 (2)에서, 각 R1은 독립적으로 (C1-6)알킬, (C1-6)알콕시, 하이드록시, 또는 할로이고; R2 및 R3은 독립적으로 H 및 (C1-6)알킬에서 선택되고; R4는 H, OH, (C1-6)알킬 또는 O(C1-6)알킬이고; m은 0 내지 2의 정수이고; 각 R5는 독립적으로 (C1-6)알킬이고; 각 R6은 독립적으로 H, OH, (C1-6)알킬, 또는 O(C1-6)알킬에서 선택되고; n은 1 또는 2이며; 및 p는 0, 1 또는 2이다. In the formula (1) and (2), each R 1 is independently (C 1 - 6) alkyl, (C 1 - 6) alkoxy, hydroxy, or halo; R 2 and R 3 are independently selected from H and (C 1 - 6) is selected from alkyl; R 4 is H, OH, (C 1 - 6) alkyl or O (C 1 - 6) alkyl; m is an integer from 0 to 2; Each R 5 is independently (C 1 - 6) alkyl; Each R 6 is independently H, OH, (C 1 - 6) alkyl, or O (C 1 - 6) is selected from alkyl; n is 1 or 2; And p is 0, 1 or 2.

임의의 배쓰-용해성 이가 주석 염은 주석 이온 공급원으로서 적절히 사용될 수 있다. 이러한 주석 염의 예는 주석 옥사이드 및 염들, 예컨대 주석 할라이드, 주석 설페이트, 주석 알칸설포네이트 예컨대 주석 메탄설포네이트 및 주석 설포네이트, 주석 아릴설포네이트 예컨대 주석 페닐설포네이트, 주석 페놀설포네이트, 주석 크레졸설포네이트, 및 주석 톨루엔설포네이트, 주석 알카놀설포네이트 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 주석 할라이드가 사용되는 경우, 할라이드는 바람직하게 염소이다. 주석 화합물은 바람직하게 주석 옥사이드, 주석 설페이트, 주석 클로라이드, 주석 알칸설포네이트 또는 주석 아릴설포네이트이다. 더욱 바람직하게, 주석 염은 메탄설폰산, 에탄설폰산, 프로판설폰산, 2-하이드록시에탄-1-설폰산, 2-하이드록시프로판-1-설폰산, 1-하이드록시프로판-2-설폰산, 페닐설폰산, 톨루엔설폰산, 페놀설폰산, 또는 크레졸설폰산, 더욱 바람직하게 메탄설폰산, 페닐설폰산 또는 페놀설폰산의 주석염이다. 주석 염의 혼합물도 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 주석 화합물은 일반적으로 다양한 공급원에서 상업적으로 입수할 수 있으며, 추가적인 정제없이 사용될 수 있다. 또는 본 발명에 유용한 주석 화합물은 문헌에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 통상적으로, 본 조성물내 주석 이온의 함량은 10 내지 300 g/L, 바람직하게 20 내지 200 g/L, 더욱 바람직하게 30 내지 100 g/L의 범위이다.Any bath-soluble tribasic salt may suitably be used as a source of tin ions. Examples of such tin salts include tin oxides and salts such as tin halide, tin sulfate, tin alkane sulfonate such as tin methane sulfonate and tin sulfonate, tin aryl sulfonate such as tin phenyl sulfonate, tin phenol sulfonate, tin cresol sulfonate , And tin toluene sulfonate, tin alkanol sulfonate, and the like. When tin halide is used, the halide is preferably chlorine. The tin compound is preferably tin oxide, tin sulfate, tin chloride, tin alkane sulphonate or tin aryl sulphonate. More preferably, the tin salt is selected from the group consisting of methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, 2-hydroxyethan-1-sulfonic acid, 2-hydroxypropane-1-sulfonic acid, 1- Phenolsulfonic acid, phenylsulfonic acid, toluenesulfonic acid, phenolsulfonic acid, or cresolsulfonic acid, more preferably methanesulfonic acid, phenylsulfonic acid or tin salts of phenolsulfonic acid. Mixtures of tin salts may also be used. Tin compounds useful in the present invention are generally commercially available from a variety of sources and may be used without further purification. Or tin compounds useful in the present invention may be prepared by methods known in the literature. Typically, the content of tin ions in the composition is in the range of 10 to 300 g / L, preferably 20 to 200 g / L, more preferably 30 to 100 g / L.

배쓰-용해성이며, 전해질 조성물에 달리 부정적으로 영향을 미치지 않는 임의의 산 전해질이 본 발명에 사용될 수 있다. 적합한 산 전해질은 알칸설폰산 예컨대 메탄설폰산, 에탄설폰산 및 프로판설폰산; 아릴설폰산 예컨대 페닐설폰산, 톨루엔설폰산, 페놀설폰산, 및 크레졸설폰산; 알카놀설폰산; 황산; 설팜산; 및 무기산 예컨대 염산, 브롬화수소산 및 플루오로붕산을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 알칸설폰산 및 아릴설폰산이 바람직한 산 전해질이며 알칸설폰산이 더욱 바람직하다. 메탄설폰산이 특히 바람직하다. 알칸설폰산 및 황산 혼합물과 같은 산 전해질의 혼합물이 특히 유용하나, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 하나 이상의 산 전해질이 본 발명에서 유리하게 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 산 전해질이 잘 알려져 있으며, 일반적으로 상업적으로 입수할 수 있고, 추가 정제없이 사용될 수 있다. 또는, 산 전해질은 문헌에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, 본 조성물내 산의 함량은 10 내지 1000 g/L, 바람직하게 20 내지 750 g/L, 더욱 바람직하게 30 내지 500 g/L의 범위이다. Any acid electrolyte that is bath-soluble and does not otherwise adversely affect the electrolyte composition can be used in the present invention. Suitable acid electrolytes include alkanesulfonic acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid and propanesulfonic acid; Aryl sulfonic acids such as phenyl sulfonic acid, toluene sulfonic acid, phenol sulfonic acid, and cresolsulfonic acid; Alkanolsulfonic acid; Sulfuric acid; Sulfamic acid; And inorganic acids such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, and fluoroboric acid. Alkanesulfonic acid and arylsulfonic acid are preferred acid electrolytes and alkanesulfonic acid is more preferred. Methanesulfonic acid is particularly preferred. Mixtures of acid electrolytes such as alkanesulfonic acid and sulfuric acid mixtures are particularly useful, but are not limited thereto. Thus, one or more acid electrolytes can be advantageously used in the present invention. Acid electrolytes useful in the present invention are well known and are generally commercially available and can be used without further purification. Alternatively, acid electrolytes can be prepared by methods known in the literature. Generally, the content of acid in the composition is in the range of 10 to 1000 g / L, preferably 20 to 750 g / L, more preferably 30 to 500 g / L.

본 발명의 조성물은 제1 결정 성장 억제제 및 제2 결정 성장 억제제의 혼합물을 포함한다. 제1 결정 성장 억제제는 화학식 (1) 또는 (2) 화합물에서 선택된다:The composition of the present invention comprises a mixture of a first crystal growth inhibitor and a second crystal growth inhibitor. The first crystal growth inhibitor is selected from the compounds of formula (1) or (2)

Figure pat00003
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상기 화학식 (1)과 (2)에서, 각 R1은 독립적으로 (C1-6)알킬, (C1-6)알콕시, 하이드록시, 또는 할로이고; R2 및 R3은 독립적으로 H 및 (C1-6)알킬에서 선택되고; R4는 H, OH, (C1-6)알킬 또는 O(C1-6)알킬이고; m은 0 내지 2의 정수이고; 각 R5는 독립적으로 (C1-6)알킬이고; 각 R6은 독립적으로 H, OH, (C1-6)알킬 또는 O(C1-6)알킬에서 선택되고; n은 1 또는 2이고; 및 p 는 0, 1 또는 2이다. 바람직하게, 각 R1은 독립적으로 (C1-6)알킬, (C1-3)알콕시, 또는 하이드록시, 더 바람직하게는 (C1-4)알킬, (C1-2)알콕시, 또는 하이드록시이다. 바람직하게, R2 및 R3은 독립적으로 H 및 (C1-3)알킬에서, 더 바람직하게는 H 및 메틸에서 선택된다. 바람직하게, R4는 H, OH, (C1-4)알킬 또는 O(C1-4)알킬, 더 바람직하게는 H, OH, 또는 (C1-4)알킬이다. 바람직하게 R5 는 (C1-4)알킬, 더 바람직하게는 (C1-3)알킬이다. 각 R6은 바람직하게 H, OH, 또는 (C1-6)알킬, 더 바람직하게는 H, OH, 또는 (C1-3)알킬, 더욱 더 바람직하게는 H 또는 OH 이다. 바람직하게 m은 0 또는 1이고, 더 바람직하게는 m은 0이다. 바람직하게, n은 1이다. p는 0 또는 1, 더 바람직하게는 p는 0이다. 제1 결정 성장 억제제의 혼합물, 예컨대 식 1의 2개의 상이한 결정 성장 억제제, 식 2의 2개의 상이한 결정 성장 억제제, 또는 식 1의 결정 성장 억제제 및 식 2의 결정 성장 억제제의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게, 제1 결정 성장 억제제는 식 (1) 화합물이다. In the formula (1) and (2), each R 1 is independently (C 1 - 6) alkyl, (C 1 - 6) alkoxy, hydroxy, or halo; R 2 and R 3 are independently selected from H and (C 1 - 6) is selected from alkyl; R 4 is H, OH, (C 1 - 6) alkyl or O (C 1 - 6) alkyl; m is an integer from 0 to 2; Each R 5 is independently (C 1 - 6) alkyl; Each R 6 is independently H, OH, (C 1 - 6) alkyl or O (C 1 - 6) is selected from alkyl; n is 1 or 2; And p is 0, 1 or 2. Preferably, each R 1 is independently (C 1 - 6) alkyl, (C 1 - 3) alkoxy, or hydroxy, more preferably (C 1 - 4) alkyl, (C 1 - 2) alkyl, or Lt; / RTI > Preferably, R 2 and R 3 are independently selected from H and - is in the (C 1 3) alkyl, more preferably is selected from H and methyl. Preferably, R 4 is H, OH, (C 1 - 4) alkyl or a O - - (C 1 4) alkyl (C 1 4) alkyl, more preferably H, OH, or. Preferably R 5 is (C 1 - 4) alkyl, more preferably (C 1 - 3) alkyl. Each R 6 is preferably H, OH, or is - - (3 C 1) is alkyl, more preferably H or OH (C 1 6) is alkyl, more preferably H, OH, or. Preferably m is 0 or 1, more preferably m is 0. Preferably, n is 1. p is 0 or 1, more preferably p is 0. A mixture of a first crystal growth inhibitor, such as two different crystal growth inhibitors of Formula 1, two different crystal growth inhibitors of Formula 2, or a crystal growth inhibitor of Formula 1 and a crystal growth inhibitor of Formula 2, may be used. Preferably, the first crystal growth inhibitor is a compound of formula (1).

제1 결정 성장 억제제의 예시적 화합물은 신남산, 신남알데히드, 벤질리덴 아세톤, 피콜린산, 피리딘디카복실산, 피리딘카복스알데히드, 피리딘디카복스알데히드, 또는 이들의 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 바람직한 제1 결정 성장 억제제는 신남산, 신남알데히드 및 벤질리덴 아세톤을 포함한다. Exemplary compounds of the first crystal growth inhibitor include, but are not limited to, cinnamic acid, cinnamaldehyde, benzylidene acetone, picolinic acid, pyridine dicarboxylic acid, pyridine carboxaldehyde, pyridine dicarboxaldehyde, . Preferred first crystal growth inhibitors include cinnamic acid, cinnamic aldehydes and benzylidene acetone.

제1 결정 성장 억제제는 본 발명의 도금 배쓰내 0.0001 내지 0.045 g/L의 함량으로 존재한다. 바람직하게, 제1 결정 성장 억제제는 0.0001 내지 0.04 g/L의 함량, 더 바람직하게 0.0001 내지 0.035 g/L의 함량, 더욱 더 바람직하게 0.0001 내지 0.03 g/L의 함량으로 존재한다. 제1 결정 성장 억제제로서 유용한 화합물은 일반적으로 다양한 공급원에서 상업적으로 입수할 수 있으며, 그대로 또는 더 정제하여 사용될 수 있다. The first crystal growth inhibitor is present in the plating bath of the present invention in an amount of 0.0001 to 0.045 g / L. Preferably, the first crystal growth inhibitor is present in an amount from 0.0001 to 0.04 g / L, more preferably from 0.0001 to 0.035 g / L, even more preferably from 0.0001 to 0.03 g / L. Compounds useful as the first crystal growth inhibitor are generally commercially available from a variety of sources and can be used as is or further purified.

본 발명의 도금 배쓰에 유용한 제2 결정 성장 억제제는 α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물이다. 적당한 α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물은 α,β-불포화 카복실산, α,β-불포화 카복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드, 및 α,β-불포화 알데히드를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게, 제2 결정 성장 억제제는 α,β-불포화 카복실산, α,β-불포화 카복실산 에스테르, 및 α,β-불포화 알데히드에서, 더 바람직하게 α,β-불포화 카복실산, 및 α,β-불포화 알데히드에서 선택된다. 예시적 α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물은 (메타)아크릴산, 크로톤산, (C1-6)알킬 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴아미드, (C1-6)알킬 크로토네이트, 크로톤아미드, 크로톤알데히드, (메타)아크롤리엔 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물은 (메타)아크릴산, 크로톤산, 크로톤알데히드, (메타)아크릴알데히드 또는 이들의 혼합물을 포함한다.A second crystal growth inhibitor useful in the plating bath of the present invention is an?,? - unsaturated aliphatic carbonyl compound. Suitable alpha, beta -unsaturated aliphatic carbonyl compounds include, but are not limited to, alpha, beta -unsaturated carboxylic acids, alpha, beta -unsaturated carboxylic acid esters, alpha, beta -unsaturated amides, and alpha, beta -unsaturated aldehydes. Preferably, the second crystal growth inhibitor is selected from alpha, beta -unsaturated carboxylic acids, alpha, beta -unsaturated carboxylic acid esters, and alpha, beta -unsaturated aldehydes, more preferably alpha, beta -unsaturated carboxylic acids, and alpha, beta -unsaturated aldehydes . Exemplary α, β- unsaturated aliphatic carbonyl compounds are (meth) acrylic acid, crotonic acid, (C 1 - 6) alkyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide, (C 1 - 6) alkyl crotonate, Crotonamide, crotonaldehyde, (meth) acrolein, or mixtures thereof. Preferred?,? - unsaturated aliphatic carbonyl compounds include (meth) acrylic acid, crotonic acid, crotonaldehyde, (meth) acrylic aldehyde or mixtures thereof.

제2 결정 성장 억제제(grain refiner)는 0.005에서 0.75 g/L까지의 양으로 발명의 도금 배쓰(bath)에 존재한다. 바람직하게는, 제2 결정 성장 억제제는 0.005에서 0.5 g/L까지의 양으로 존재하고, 더욱 바람직하게는 0.005 to 0.25 g/L의 양으로 존재하고, 더더욱 바람직하게는 0.01에서 0.25 g/L까지의 양으로 존재한다. 제2 결정 성장 억제제로서 유용한 화합물은 다양한 공급원으로부터 일반적으로 시판되는 것으로 입수 가능하거나 그대로 사용되거나 더욱 정제된다.The second crystal grain refiner is present in the plating bath of the invention in an amount of from 0.005 to 0.75 g / L. Preferably, the second crystal growth inhibitor is present in an amount of from 0.005 to 0.5 g / L, more preferably in an amount of from 0.005 to 0.25 g / L, even more preferably from 0.01 to 0.25 g / L ≪ / RTI > Compounds useful as second crystal growth inhibitors are either commercially available from various sources or are used as such or are further purified or further purified.

하나 이상의 비이온성 계면활성제가 본 조성물에 사용된다. 전형적으로, 비이온성 계면활성제는 200 내지 100,000의 평균 분자량을, 바람직하게는 500 내지 50,000의, 더욱 바람직하게는 500 내지 25,000, 더더욱 바람직하게는 750 내지 15,000의 평균 분자량을 가진다. 이러한 비이온성 계면활성제는 전형적으로 전해질 조성물에서 조성물의 무게에 기반하여 1 내지 10,000 ppm, 바람직하게는 5 내지 10,000 ppm의 농도로 존재한다. 바람직한 알킬렌 옥사이드 화합물은 폴리알킬렌 글리콜을 포함하는데, 이는 하나 이상의 히드록시기 및 20개 이하의 카본 원자를 가지는 유기 화합물의 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 ("EO/PO" 공중합체 알킬렌 옥사이드 농축물 및 다른 알킬렌 옥사이드를, 폴리옥시에틸렌 글리콜에 옥시프로필렌을 첨가하여 제조되는 에틸렌디아민 화합물에 점가함으로써 유래된 4작용성(tetrafunctional) 폴리에테르를 포함한다.One or more nonionic surfactants are used in the present compositions. Typically, the nonionic surfactant has an average molecular weight of 200 to 100,000, preferably 500 to 50,000, more preferably 500 to 25,000, still more preferably 750 to 15,000. Such non-ionic surfactants are typically present in the electrolyte composition at a concentration of from 1 to 10,000 ppm, preferably from 5 to 10,000 ppm, based on the weight of the composition. Preferred alkylene oxide compounds include polyalkylene glycols, which include ethylene oxide / propylene oxide ("EO / PO" copolymer alkylene oxide concentrates of one or more hydroxyl groups and organic compounds having up to 20 carbon atoms and other Tetrafunctional polyether derived from an alkylene oxide derived from an ethylene diamine compound prepared by adding oxypropylene to polyoxyethylene glycol.

전형적으로, 본 조성물에 유용한 폴리알킬렌 글리콜은 200 내지 100,000, 및 바람직하게는 900 내지 20,000의 평균 분자량을 가지는 것이다. 바람직한 폴리알킬렌 글리콜은 폴리에틸렌 글리콜, 및 폴리프로필렌 글리콜이다. 이러한 폴리알킬렌 글리콜은 다양한 공급원으로부터 일반적으로 시판되는 것으로 입수 가능하거나 추가 정제 없이 그대로 사용된다. 하나 이상의 말단 수소가 하이드로카르빌(hydrocarbyl) 기로 치환되는 캡핑(capped) 폴리알킬렌 글리콜은 적절히 사용될 수 있다. 적절한 폴리알킬렌 글리콜은 식 R-O-(CXYCX'Y'O)nR'을 가진 것인데, 여기서 R 및 R'은 H, (C2 -20)알킬기 및 (C6 -20)아릴기로부터 독립적으로 선택되고; 각각 X, Y, X' 및 Y'은 수소, 메틸, 에틸 또는 프로필과 같은 알킬, 페닐과 같은 아릴, 벤질과 같은 아르알킬로부터 독립적으로 선택되고; n은 5 내지 100,000의 정수이다. 전형적으로, 하나 이상의 X, Y, X'및 Y'는 수소이다. Typically, polyalkylene glycols useful in the present compositions have an average molecular weight of from 200 to 100,000, and preferably from 900 to 20,000. Preferred polyalkylene glycols are polyethylene glycols, and polypropylene glycols. Such polyalkylene glycols are available commercially from various sources or are used without further purification. Capped polyalkylene glycols wherein at least one terminal hydrogen is substituted with a hydrocarbyl group can be suitably used. Suitable polyalkylene glycols have the formula RO- (CXYCX'Y'O) n R 'where R and R' are independently selected from H, (C 2 -20 ) alkyl and (C 6 -20 ) Selected; Each X, Y, X 'and Y' is independently selected from hydrogen, alkyl such as methyl, ethyl or propyl, aryl such as phenyl, aralkyl such as benzyl; and n is an integer of 5 to 100,000. Typically, at least one of X, Y, X 'and Y' is hydrogen.

적절한 EO/PO 공중합체는 10:90부터 90:10까지, 바람직하게는 10:90에서 80:20까지의 EO:PO 중량비를 일반적으로 가진다. 바람직한 EO/PO 공중합체는 EO/PO/EO 또는 PO/EO/PO의 구조를 가지는 블록 공중합체이다. 이러한 EO/PO 공중합체는 Pluronic 브랜드 하 BASF에서 입수 가능한 것처럼 다양한 공급원으로부터 입수 가능하다.Suitable EO / PO copolymers generally have an EO: PO weight ratio of from 10:90 to 90:10, preferably from 10:90 to 80:20. A preferred EO / PO copolymer is a block copolymer having a structure of EO / PO / EO or PO / EO / PO. Such EO / PO copolymers are available from a variety of sources, such as those available from BASF under the Pluronic brand.

하나 이상의 히드록시기 및 20개 이하의 카본 원자를 가지는 유기 화합물의 적절한 알킬렌 옥사이드 농축물은 미국 특허 번호 5,174,887에 기술된 것처럼, 1 내지 7의 카본 원자의 지방족 탄화수소, 비치환 방향족 화합물, 또는 알킬 모이어티에서 6개 이하의 카본을 가지는 알킬화 지방족 화합물이다. 지방족 알코올은 포화이거나 불포화이다. 적절한 방향족 화합물은 2개까지의 방향족 고리를 가진다. 방향족 알코올은 에틸렌 옥사이드로 유도체화되기 전 20개까지의 카본 원자를 가진다. 이러한 지방족 및 방향족 알코올은 설페이트 또는 설포네이트기 같은 것으로 추가로 치환된다. 이러한 적절한 알킬렌 옥사이드 화합물은 다음을 포함하되 이에 한정되지는 않는다: 12몰의 EO를 가진 에톡시화된 폴리스티렌화된 페놀, 5몰의 EO를 가진 에톡시화된 부탄올, 16몰의 EO를 가진 에톡시화된 부탄올, 8몰의 EO를 가진 에톡시화된 부탄올, 12몰의 EO를 가진 에톡시화된 옥탄올, 13몰의 EO를 가진 에톡시화된 베타-나프톨, 10몰의 EO를 가진 에톡시화된 비스페놀 A, 30몰의 EO를 가진 에톡시화된 설파화 비스페놀 A 및 8몰의 EO를 가진 에톡시화된 비스페놀 A.Suitable alkylene oxide concentrates of organic compounds having one or more hydroxy groups and up to 20 carbon atoms can be prepared from aliphatic hydrocarbons of 1 to 7 carbon atoms, unsubstituted aromatic compounds, or alkyl moieties such as those described in U.S. Patent No. 5,174,887 Lt; RTI ID = 0.0 > 6 < / RTI > Aliphatic alcohols are saturated or unsaturated. Suitable aromatic compounds have up to two aromatic rings. Aromatic alcohols have up to 20 carbon atoms before being derivatized with ethylene oxide. These aliphatic and aromatic alcohols are further substituted, such as sulfates or sulfonate groups. Such suitable alkylene oxide compounds include, but are not limited to, ethoxylated polystyrene phenols with 12 moles of EO, ethoxylated butanol with 5 moles of EO, ethoxylated with 16 moles of EO Ethoxylated butanol with 8 moles of EO, ethoxylated octanol with 12 moles of EO, ethoxylated beta-naphthol with 13 moles of EO, ethoxylated bisphenol A with 10 moles of EO , Ethoxylated sulfated bisphenol A with 30 moles of EO and ethoxylated bisphenol A. with 8 moles of EO.

화학식 3 및 4는 에틸렌디아민에 알킬렌 옥사이드를 첨가하여 유래되는 4작용성 폴리에테르인 비이온성 계면활성제를 나타낸다:(3) and (4) represent nonionic surfactants which are tetrafunctional polyethers derived from the addition of an alkylene oxide to ethylenediamine:

Figure pat00004
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여기서 A 및 B는 다른 알킬렌옥시 모이어티를 나타내고, x 및 y는 각각, 각각의 알킬렌 옥사이드의 반복 유니트의 개수를 나타낸다. 바람직하게 A 및 B는 (C2 -4)알킬렌 옥사이드, 바람직하게는 프로필렌옥사이드 및 에틸렌옥사이드로부터 선택된다. 식 1 및 2에서 알킬렌옥시 모이어티는 블록으로, 교대로 또는 랜덤으로 배열된다. 식 3 및 4에서 x:y의 몰 비율은 전형적으로 10:90에서 90:10까지, 그리고 바람직하게는 10:90에서 80:20까지이다. 이러한 4작용성 폴리에테르는 Pluronic 브랜드 하 BASF(루드비히샤펜, 독일)에서 입수 가능한 것처럼 다양한 공급원으로부터 일반적으로 입수 가능하다.Wherein A and B represent different alkyleneoxy moieties, and x and y each represent the number of repeating units of each alkylene oxide. Preferably, A and B are selected from (C 2 -4 ) alkylene oxides, preferably propylene oxide and ethylene oxide. The alkyleneoxy moieties in the formulas 1 and 2 are arranged in blocks alternately or randomly. The molar ratio of x: y in formulas 3 and 4 is typically from 10:90 to 90:10, and preferably from 10:90 to 80:20. Such tetrafunctional polyethers are generally available from a variety of sources as available from the Pluronic brand BASF (Ludwigshafen, Germany).

일반적으로, 본 발명은 물을 포함한다. 물은 넓은 범위의 양으로 존재할 수 있다. 증류수, DI 또는 탭 (tab)처럼 어떠한 타입의 물도 사용될 수 있다.Generally, the present invention includes water. Water can exist in a wide range of amounts. Any type of water can be used, such as distilled water, DI, or tabs.

본 조성물은 산화방지제, 유기 용매, 합금 금속, 전도도 산, 컴플렉서, 및 그의 복합물과 같은 선택적으로 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 추가의 결정 성장 억제제는 본 도금 배쓰에 사용될 수 있는 데, 상기에서 논의된 것처럼 단 제1 및 제2 결정 성장 억제제만을 포함하는 플레이팅 배스가 선호된다.The compositions may optionally comprise one or more additives such as antioxidants, organic solvents, metal alloys, conductivity acids, complexers, and composites thereof. Additional crystal growth inhibitors may be used in the present plating bath, as discussed above, in which a plating bath containing only first and second crystal growth inhibitors is preferred.

주석을 용해성 2가의 상태로 유지하도록 도움을 주기 위해 산화방지제가 선택적으로 첨가될 수 있다. 본 조성물에 하나 이상의 산화방지제가 사용되는 것이 바람직하다. 예시적인 산화방지제는 하이드로퀴논, 및 히드록실화 방향족 화합물 이러한 방향족 화합물의 설폰산 유도체를 포함하되 한정되지는 않고 바람직하게는 다음과 같다: 하이드로퀴논; 메틸 하이드로퀴논; 레조르시놀; 카테콜; 1,2,3-트리히드록시벤젠; 1,2-디히드록시벤젠-4-설폰산; 1,2- 디히드록시벤젠-3,5-디설폰산; 1,4-디히드록시벤젠-2-설폰산; 1,4-디히드록시벤젠-2,5-디설폰산; 및 2,4-디히드록시벤젠 설폰산. 이러한 산화방지제는 미국 특허 번호 4,871,429에 기재되어 있다. 다른 적절한 산화방지제 또는 환원제는 바나딜아세틸아세토네이트, 바나듐 드리아세틸아세토네이트, 바나듐 할라이드, 바나듐 옥시 알라이드, 바나듐 알콕사이드 및 바나딜 알콕사이드와 같은 바나듐 화합물을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 이러한 환원제의 농도는 당업계에 잘 알려져 있으나, 전형적으로는 0.1에서 10 g/L까지, 바람직하게는 1에서 5 g/L까지의 범위이다. 이러한 산화방지제는 일반적으로 다양한 공급원으로부터 시판되는 것으로 입수 가능하다. An antioxidant may be optionally added to help keep the tin in a soluble bivalent state. It is preferred that at least one antioxidant is used in the composition. Exemplary antioxidants include, but are not limited to, hydroquinone, and hydroxylated aromatic compounds such as sulfonic acid derivatives of such aromatic compounds, such as: hydroquinone; Methyl hydroquinone; Resorcinol; Catechol; 1,2,3-trihydroxybenzene; 1,2-dihydroxybenzene-4-sulfonic acid; 1,2-dihydroxybenzene-3,5-disulfonic acid; 1,4-dihydroxybenzene-2-sulfonic acid; 1,4-dihydroxybenzene-2,5-disulfonic acid; And 2,4-dihydroxybenzenesulfonic acid. Such antioxidants are described in U.S. Patent No. 4,871,429. Other suitable antioxidants or reducing agents include, but are not limited to, vanadium compounds such as vanadyl acetylacetonate, vanadlydiacetyl acetonate, vanadium halide, vanadium oxyalide, vanadium alkoxide and vanadyl alkoxide. The concentration of such reducing agent is well known in the art, but typically ranges from 0.1 to 10 g / L, preferably from 1 to 5 g / L. Such antioxidants are generally available commercially from a variety of sources.

선택적인 유기 용매가 본 주석 전기도금 조성물에 추가될 수 있다. 본 조성물에 유용한 전형적인 용매는 지방족 알코올이다. 바람직한 유기용매는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소-프로판올, n-부탄올, 및 이소-부탄올이다. 이러한 용매는 본 주석 전기도금 조성물에 0.05에서 15 g/L까지, 및 바람직하게 0.05에서 10 g/L까지의 양으로 사용될 수 있다. A selective organic solvent may be added to the tin electroplating composition. Typical solvents useful in the present compositions are aliphatic alcohols. Preferred organic solvents are methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, and iso-butanol. Such a solvent may be used in the tin electroplating composition in an amount of from 0.05 to 15 g / L, and preferably from 0.05 to 10 g / L.

선택적으로, 본 도금 배쓰는 합금 금속 이온의 하나 이상의 공급원을 포함할 수 있다. 적절한 합금 금속은 은, 금, 구리, 비스무스, 인듐, 아연, 안티모니, 망간 및 그들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 바람직한 합금 금속은 은, 구리, 비스무스, 인듐, 및 그들의 혼합물이고 더 바람직하게는 은이다. 본 조성물은 납이 없는 것이 바람직하다. 어떠한 합금 금속의 배쓰-용해성 염이 합금 금속 이온의 공급원으로 적절히 사용될 수 있다. 이러한 합금 금속 염의 예는 다음을 포함하되 이에 한정되지는 않는다: 메탈 옥사이드; 금속 할라이드; 금속 플루오르 붕산염; 금속 설페이트; 금속 메탄설포네이트, 금속 에탄설포네이트 및 금속 프로판설포네이트과 같은 금속 알칸설포네이트; 금속 페닐설포네이트과 같은 금속 아릴설포네이트, 금속 톨루엔설포네이트, 및 금속 페놀설포네이트; 금속 글루코네이트 및 금속 아세테이트와 같은 금속 카르복실레이트; 및 그 유사체. 바람직한 합금 금속 염은 금속 설페이트; 금속 알칸설포네이트; 및 금속 아릴설포네이트이다. 하나의 합금 금속이 본 조성물에 첨가될 때2가성 합금 침착(deposit)이 달성된다. 2, 3 또는 그 이상의 다른 합금 금속이 본 조성물에 첨가될 때 3가성, 4가성 또는 그 이상 수의 합금 침착이 달성된다. 본 발명에 사용되는 이러한 합금 금속의 양은 원하는 특별한 주석-합금에 의존적이다. 이러한 합금 금속의 양의 선택은 당업자의 능력 내에 있다. 은과 같은 어떠한 합금 금속이 사용될 때 당업자에 따라 추가의 착화제(complexing agent)가 요구될 수 있다. 이러한 착화제 (또는 컴플렉서)는 당업계에 잘 알려져 있고 어떤 적절한 양으로 사용될 수 있다. Alternatively, the plating bath may comprise one or more sources of alloy metal ions. Suitable alloy metals include, but are not limited to, silver, gold, copper, bismuth, indium, zinc, antimony, manganese and mixtures thereof. Preferred alloy metals are silver, copper, bismuth, indium, and mixtures thereof, and more preferably silver. The composition is preferably free of lead. A bath-soluble salt of any alloy metal may suitably be used as a source of the alloy metal ion. Examples of such alloying metal salts include, but are not limited to, metal oxides; Metal halide; Metal fluoroborate; Metal sulfates; Metal alkanesulfonates such as metal methane sulfonate, metal ethane sulfonate and metal propane sulfonate; Metal aryl sulfonates such as metal phenyl sulfonate, metal toluene sulfonate, and metal phenol sulfonate; Metal carboxylates such as metal gluconate and metal acetate; And analogs thereof. Preferred metal alloy salts are metal sulfates; Metal alkanesulfonates; And metal aryl sulfonates. A bivalent alloy deposit is achieved when one alloy metal is added to the composition. When two, three or more other alloying metals are added to the composition, triple, tetrahedral or even more alloy deposition is achieved. The amount of such alloy metal used in the present invention depends on the particular tin-alloy desired. The choice of this amount of alloy metal is within the ability of one skilled in the art. Additional complexing agents may be required in accordance with those skilled in the art when any alloy metal, such as silver, is used. Such complexing agents (or complexing agents) are well known in the art and can be used in any suitable amount.

전도도 산(conductivity acid)이 선택적으로 본 조성물에 첨가될 수 있다. 이러한 전도도 산은 붕산, 알칸산, 히드록시알칸산, 및 수용해될 정도의 양으로의 이들 산의 염을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 바람직한 것은 포름산, 아세트산, 옥살산, 시트르산, 말산, 타타르산, 글루콘 산, 글루카르산, 글루쿠론산, 및 그 산들의 염이다. 사용될 때, 이러한 전도도 산 및 염은 통상적인 양으로 적용된다.Conducting acid may optionally be added to the present composition. Such conductivity acids include, but are not limited to, boric acid, alkanoic acids, hydroxyalkanoic acids, and salts of these acids in an amount that is acceptable. Preferred are salts of formic acid, acetic acid, oxalic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid, gluconic acid, glucuronic acid, glucuronic acid, and acids thereof. When used, these conductive acids and salts are applied in conventional amounts.

본 발명의 전기도금 조성물은 당업계에 알려진 어떠한 적절한 방법으로 제조될 수 있다. 전형적으로, 그들은 산 전해질을 베슬(vessel)에 첨가하고, 하나 이상의 주석 화합물, 하나 이상의 계면활성제, 하나 이상의 결정 성장 억제제, 선택적으로 물 및 다른 선택적 화합물을 첨가함으로 제조된다. 조성물이 일단 제조되면, 여과 등에 의해 어떠한 원치 않는 물질이 제거되고, 조성물의 최종 용적을 맞추기 위해 물이 첨가된다.The electroplating compositions of the present invention may be prepared by any suitable method known in the art. Typically, they are prepared by adding an acid electrolyte to a vessel and adding at least one tin compound, at least one surfactant, at least one crystal growth inhibitor, optionally water and other optional compounds. Once the composition is prepared, any undesired material is removed by filtration or the like, and water is added to adjust the final volume of the composition.

본 발명의 도금 배쓰는 산성이고, 즉 pH<7이다. 전형적으로 본 도금 배쓰의 pH는 -1에서 <7까지, 바람직하게는 -1에서 6.5까지, 더 바람직하게는 -1에서 5까지, 더더욱 바람직하게는 -1에서 2까지이다.The plating bath of the present invention is acidic, i. E., PH < 7. Typically, the pH of the present plating bath is from -1 to < 7, preferably from -1 to 6.5, more preferably from -1 to 5, even more preferably from -1 to 2.

본 전기도금 조성물은 순수한 주석 층 또는 주석-합금 층일 수 있는 주석-함유 층을 침착하는 데 적절하다. 예시적인 주석-합금 층은 주석-은, 주석-은-구리, 주석-은-구리-안티모니, 주석-은-구리-망간, 주석-은-비스무스, 주석-은-인듐, 주석-은-아연-구리, 및 주석-은-인듐-비스무스를 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 본 전기도금 조성물은 순수한 주석, 주석-은, 주석-은-구리, 주석-은-비스무스, 주석-은-인듐, 및 주석-은-인듐-비스무스, 및 더욱 바람직하게는 순수한 주석, 주석-은 또는 주석-은-구리를 포함한다. 본 전기도금 배쓰에서 침착된 합금은 0.01에서 99.99 wt%까지의 범위인 양의 주석을 함유하고, 하나 이상의 합금 금속은 합금의 중량에 기반하여 전자 흡착 분광법 (AAS), X-선 형광 (XRF), 유도 커플링된 플라즈마 (ICP) 또는 시차 주사 열량측정법 (DSC)에 의해 측정되는 99.99에서 0.01 wt%까지의 범위의 양을 가진다. 바람직하게, 본 발명을 이용하여 침착된 주석-은 합금은 75부터 99.99 wt %까지의 주석 및 0.01부터 10 wt %까지의 은 그리고 다른 합금 금속을 포함하고 있다. 더욱 바람직하게, 주석-은 합금은 95부터 99.99 wt %까지의 주석 및 0.1부터 5 wt %까지의 은 그리고 다른 합금 금속을 포함하고 있다. 은 합금은 바람직하게는 주석-합금 침착이고 바람직하게는 90에서 99.9 wt%까지의 주석 및 10에서 0.1 wt%까지의 은을 함유한다. 더 바람직하게는, 주석-은 합금 침착은 95에서 99.9 wt% 의 주석 및 5에서 0.1 wt%까지의 은을 함유한다. 여러 적용에 있어서, 합금의 공정(eutectic) 조성물이 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 침착된 합금은 본질적으로 납이 없고, 즉 ≤1 wt% 의 납, 더 바람직하게는 ≤0.5 wt%, 그리고 더욱 바람직하게는 ≤0.2 wt%을 함유하고, 그리고 더더욱 바람직하게는 납이 결여된다. The present electroplating composition is suitable for depositing a tin-containing layer which may be a pure tin layer or a tin-alloy layer. Exemplary tin-alloy layers include tin-silver, tin-silver-copper, tin-silver-copper- antimony, tin- silver- copper- manganese, tin- silver- Zinc-copper, and tin-silver-indium-bismuth. Preferably, the present electroplating composition is selected from the group consisting of pure tin, tin-silver, tin-silver-copper, tin-silver-bismuth, tin-silver- , Tin-silver or tin-silver-copper. The alloy deposited in the present electroplating bath contains a quantity of tin ranging from 0.01 to 99.99 wt% and the at least one alloy metal is selected from the group consisting of electron adsorption spectroscopy (AAS), X-ray fluorescence (XRF) , Inductively coupled plasma (ICP), or differential scanning calorimetry (DSC). Preferably, the tin-silver alloy deposited using the present invention comprises from 75 to 99.99 wt% tin and from 0.01 to 10 wt% silver and other alloying metals. More preferably, the tin-silver alloy comprises from 95 to 99.99 wt% tin and from 0.1 to 5 wt% silver and other alloying metals. Silver alloys are preferably tin-alloy deposits and preferably contain from 90 to 99.9 wt% tin and from 10 to 0.1 wt% silver. More preferably, the tin-silver alloy deposit contains 95 to 99.9 wt% tin and 5 to 0.1 wt% silver. For various applications, eutectic compositions of alloys may be used. The alloy deposited in accordance with the present invention is essentially free of lead, i.e. containing ≤1 wt% lead, more preferably ≤0.5 wt%, and more preferably ≤0.2 wt%, and even more preferably lead .

본 발명의 도금 조성물은 주석-함유층을 소망하는 다양한 도금 방법에 유용하고, 특히 전도성 결합 피처를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 주석-함유 땜납 층을 침착하는 데 유용하다. 도금 방법은 수평 또는 수직 웨이퍼 도금, 배럴 도금, 랙(rack) 도금, 릴-투-릴(reel-to-reel) 및 제트 도금과 같은 고속 도금, 및 랙 없는 도금, 그리고 수평 또는 수직 웨이퍼 도금을 포함하되 이에 한정되지는 않는다. 다양한 기질이 본 발명에 따라 주석-함유 침착에 도금될 수 있다. 도금되는 기질은 전도성이며 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 니켈-철 함유 물질이다. 이러한 기질은 리드프레임, 연결부, 칩 콘덴서, 칩 저항기, 및 반도체 패키징; 회로 기판과 같은 플라스틱; 및 반도체 웨이퍼, 바람직하게는 반도체 웨이퍼 같은 전기적 화합물 의 형태일 수 있다. 그러므로, 본 발명은 또한 다음을 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 주석-함유층을 침착하는 방법을 제공한다: 복수의 전도성 결합 피처를 포함하는 반도체 웨이퍼를 제공하고; 반도체 웨이퍼를 상기한 조성물과 접촉시키고; 그리고 전도성 결합 피처 상의 주석-함유 층을 침착하도록 충분한 전류밀도를 적용하는 것. 바람직하게, 결합 피처는 순수한 구리 층의 형태일 수 있는 구리 , 구리 합금 층, 또는 구리를 포함한 어떤 인터커넥트 구조이다. 구리 필라(pillars)는 바람직한 전도성 결합 피처이다. 선택적으로 구리 필라는 니켈 층 같은 금속 층 최상부를 포함한다. 전도성 결합 피처가 금속 층 최상부를 가질 때, 순수한 주석 땜납 층은 결합 피처의 최상 금속 층 상에 침착된다. 본딩 패드(bonding pads), 구리 필라, 및 그 유사체들 같은 전도성 결합의 특징은 미국 특허 번호 7,781,325, 및 미국 특허 번호 2008/0054459, 2008/0296761, 및 2006/0094226에 기술된 바와 같이 당 기술분야에 잘 알려져 있다.The plating compositions of the present invention are useful for depositing tin-containing layers on semiconductor wafers, particularly those containing conductive bonding features, in a variety of desired plating methods. Plating methods include horizontal or vertical wafer plating, barrel plating, rack plating, high-speed plating such as reel-to-reel and jet plating, and rackless plating and horizontal or vertical wafer plating But are not limited to. A variety of substrates can be plated into tin-containing deposits in accordance with the present invention. The substrate to be plated is conductive and is a copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, nickel-iron containing material. Such substrates include lead frames, connections, chip capacitors, chip resistors, and semiconductor packaging; Plastic, such as circuit boards; And a semiconductor wafer, preferably an electrical compound such as a semiconductor wafer. Therefore, the present invention also provides a method of depositing a tin-containing layer on a semiconductor wafer comprising: providing a semiconductor wafer comprising a plurality of conductive bonding features; Contacting a semiconductor wafer with said composition; And applying a sufficient current density to deposit the tin-containing layer on the conductive bonding features. Preferably, the bonding feature is any interconnect structure, including copper, a copper alloy layer, or copper, which may be in the form of a pure copper layer. Copper pillars are desirable conductive bonding features. Optionally, the copper pillars comprise a metal layer top such as a nickel layer. When the conductive bonding feature has the top of the metal layer, a pure tin solder layer is deposited on the top metal layer of the bonding feature. Features of conductive bonds such as bonding pads, copper pillars, and their analogs are described in U.S. Patent Nos. 7,781,325, and U.S. Patent Nos. 2008/0054459, 2008/0296761, and 2006/0094226 It is well known.

여기서 사용된, "반도체 웨이퍼"란 용어는 "전자 디바이스 기판", "반도체 기판", "반도체 디바이스" 및 여러 가지 레벨의 인터커넥션을 위한 다양한 패키지, 예를 들어 싱글칩 웨이퍼, 다중칩 웨이퍼, 여러 가지 레벨용 패키지, 또는 솔더 커넥션을 필요로 하는 다른 어셈블리를 포함한다. 구체적으로 적합한 기판은 패턴화된 웨이퍼, 예컨대 패턴화 실리콘 웨이퍼, 패턴화 사파이어 웨이퍼 및 패턴화 갈륨-비소 웨이퍼이다. 웨이퍼는 적합한 크기를 가질 수 있다. 바람직한 웨이퍼 직경은 200 mm 내지 300 mm이나, 크고 작은 직경을 갖는 웨이퍼들이 본 발명에 따라 적합하게 사용될 수 있다. 여기서 사용된 "반도체성 기판"이란 용어는 하나 이상의 반도체 층을 갖는 기판 또는 활성이거나 작업가능한 부분의 반도체 디바이스를 포함하는 구조물을 포함한다. "반도체 기판"이란 용어는 반도체 물질, 예를 들어 비제한적으로 벌크 반도체 물질, 예컨대 반도체 웨이퍼 자체 또는 거기에 다른 물질을 포함하는 어셈블리, 및 반도체 물질 층 단독, 또는 다른 물질을 포함하는 어셈블리 중의 반도체 물질 층을 포함하는 구조물을 의미하는 것으로 규정된다. 반도체 디바이스란 적어도 하나의 마이크로전자 디바이스가 제조되었거나 제조되고 있는 반도체 기판을 지칭한다.As used herein, the term "semiconductor wafer" refers to various packages for various levels of interconnection such as "electronic device substrate "," semiconductor substrate ", "semiconductor device ", and single chip wafers, Packages for branch levels, or other assemblies that require solder connections. Particularly suitable substrates are patterned wafers such as patterned silicon wafers, patterned sapphire wafers and patterned gallium-arsenide wafers. The wafer may have an appropriate size. The preferred wafer diameter is 200 mm to 300 mm, but wafers having large and small diameters can be suitably used in accordance with the present invention. The term "semiconducting substrate " as used herein includes a substrate having one or more semiconductor layers or a structure comprising an active or operable portion of a semiconductor device. The term "semiconductor substrate" refers to a semiconductor material, such as, but not limited to, an assembly comprising a bulk semiconductor material such as a semiconductor wafer itself or other material thereon, and a semiconductor material layer, Layer &lt; / RTI &gt; A semiconductor device refers to a semiconductor substrate from which at least one microelectronic device is fabricated or manufactured.

기판은 본 조성물과 기판을 접촉하고 기판에 주석 함유 층을 침착하는 일정 기간 동안 전류밀도를 적용하여 주석 함유 층으로 도금된다. 이러한 접촉은 도금될 기판을 도금조 조성물 중에 투입하거나 도금조 조성물을 기판에 펌핑하여 가능하다. 기판은 전도성이며 캐쏘드이다. 도금조는 어노드를 함유하며, 이것은 가용성이거나 불용성일 수 있다. 전위는 전형적으로 캐쏘드에 적용된다. 충분한 전류밀도를 적용하여 기판에 목적하는 두께의 주석 함유 층이 침착되는데 충분한 일정 기간 동안 도금을 수행한다. 다수의 결합 피처를 포함하는 반도체 웨이퍼는 웨이퍼를 본 발명의 도금조와 접촉하고 다수의 결합 피처에 주석 함유 층을 침착하는 일정 기간 동안 전류밀도를 적용하여 전기도금된다. 반도체 웨이퍼가 캐쏘드로 작용한다.The substrate is plated with a tin-containing layer by applying current density for a period of time to contact the substrate with the composition and deposit a tin-containing layer on the substrate. This contact is possible by putting the substrate to be plated into the plating bath composition or by pumping the plating bath composition to the substrate. The substrate is conductive and cathode. The plating bath contains an anode, which may be soluble or insoluble. Displacement is typically applied to the cathode. Plating is performed for a sufficient period of time to deposit a desired thickness of the tin-containing layer on the substrate by applying a sufficient current density. A semiconductor wafer comprising a plurality of bonding features is electroplated by applying a current density for a period of time to contact the wafer with the plating bath of the present invention and deposit the tin containing layer on the plurality of bonding features. The semiconductor wafer acts as a cathode.

주석을 함유하는 층을 침착하기 위해 사용된 구체적인 전류밀도는 특정한 도금법, 도금될 기판 및 순수 주석 또는 주석 합금층이 침착될지에 따라 달라진다. 적합한 전류밀도는 0.1 내지 200 A/dm2이다. 바람직하게, 전류밀도는 0.5 내지 100 A/dm2, 더욱 바람직하게 0.5 내지 30 A/dm2, 보다 더 바람직하게 0.5 내지 20 A/dm2, 가장 바람직하게 2 내지 20 A/dm2이다. 당업자들에게 공지된 다른 고려사항뿐만 아니라 도금될 특정 결합 피처에 따라 다른 전류밀도가 유용할 수 있다. 이러한 전류밀도 선택은 당업자들의 재량 내에 있다.The specific current density used to deposit the tin-containing layer depends on the particular plating method, the substrate to be plated, and whether a pure tin or tin alloy layer is deposited. A suitable current density is 0.1 to 200 A / dm &lt; 2 & gt ;. Preferably, the current density is 0.5 to 100 A / dm 2 , more preferably 0.5 to 30 A / dm 2 , even more preferably 0.5 to 20 A / dm 2 , and most preferably 2 to 20 A / dm 2 . Other current densities may be useful depending on the particular bonding feature to be plated as well as other considerations known to those skilled in the art. Such current density selection is within the discretion of those skilled in the art.

주석 함유 층은 10 ℃ 이상, 바람직하게 10 내지 65 ℃, 더욱 바람직하게 15 내지 40 ℃ 범위의 온도에서 침착될 수 있다. 일반적으로 기판이 도금되는 시간이 길어질수록 침착이 두꺼워지는 반면, 시간이 짧을수록 주어진 온도와 전류밀도에서 침착이 더 얇아진다. 따라서, 도금 조성물 중에 기판이 남아있는 시간의 길이는 생성되는 주석 함유 침착물의 두께를 조절하기 위해 사용할 수 있다. 일반적으로, 금속 침착속도는 15 μm/분일 수 있다. 전형적으로 침착속도는 0.5 내지 15 μm/분, 바람직하게 1 내지 10 μm/분의 범위일 수 있다.The tin-containing layer may be deposited at a temperature of 10 ° C or higher, preferably 10 to 65 ° C, more preferably 15 to 40 ° C. Generally, the longer the time the substrate is plated, the thicker the deposition, while the shorter the time, the thinner the deposition at a given temperature and current density. Thus, the length of time the substrate remains in the plating composition can be used to control the thickness of the resulting tin-containing deposit. Typically, the metal deposition rate can be 15 [mu] m / min. Typically, the deposition rate may range from 0.5 to 15 [mu] m / min, preferably from 1 to 10 [mu] m / min.

본 발명의 전해질 조성물이 상기한 바와 같은 다양한 용도에 사용될 수 있지만, 예시적인 용도는 웨이퍼 레벨 패키징을 위한 인터커넥트 범프(솔더 범프) 형성이다. 이 방법은 다수의 전도성 결합 피처(예컨대 인터커넥트 범프 패드)를 갖는 반도체 다이(웨이퍼 다이)를 제공하고, 결합 피처 상에 씨드층을 형성하고, 반도체 다이와 본 발명 전기도금 조성물을 접촉하여 결합 피처 상에 주석 함유 인터커넥트 범프 층을 침착하고 전기도금 조성물에 전류를 통과하여 기판에 주석 함유 인터커넥트 범프 층을 침착한 다음, 인터커넥트 범프 층을 리플로우하여 솔더 범프를 형성하는 것을 포함한다. 전도성 인터커넥트 범프 패드는 금속, 복합 금속 또는 스푸터링(sputtering) 같은 물리적 증착(PVD)으로 전형적으로 형성된 금속 합금의 하나 이상의 층일 수 있다. 전형적인 전도성 결합 피처는, 비제한적으로 알루미늄, 구리, 질화티탄, 및 그의 합금을 포함한다.Although the electrolyte composition of the present invention can be used for a variety of applications as described above, exemplary applications are interconnect bumps (solder bump) formation for wafer level packaging. The method includes providing a semiconductor die (wafer die) having a plurality of conductive bonding features (e.g., interconnect bump pads), forming a seed layer on the bonding feature, contacting the semiconductor die with the electroplating composition of the present invention, Depositing a tin-containing interconnect bump layer, passing current through the electroplating composition to deposit a tin-containing interconnect bump layer on the substrate, and then reflowing the interconnect bump layer to form a solder bump. Conductive interconnect bump pads can be one or more layers of a metal alloy typically formed of a metal, a composite metal or physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. Typical conductive bonding features include, but are not limited to, aluminum, copper, titanium nitride, and alloys thereof.

패시베이션 층은 결합 피처 위에 형성되고 결합 피처에 이어지는 오프닝은 에칭 공정, 전형적으로 건식 에칭에 의해 거기에 형성된다. 패시베이션 층은 전형적으로 절연물질, 예를 들어 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드 또는 실리콘 옥사이드, 예컨대 포스포실리케이트 유리이다. 이러한 물질은 화학증착(CVD) 공정, 예컨대 플라즈마 강화 CVD에 의해 증착될 수 있다. 다수의 금속 또는 금속 합금 층으로 전형적으로 형성된 언더 범프 금속화(UBM) 구조는 디바이스 위에 침착된다. UBM은 형성될 인터커넥트 범프의 접착층 및 전기적 접촉 베이스(씨드층)로 작용한다. UBM 구조를 형성하는 층은 PVD, 예컨대 스푸터링 또는 증발, 또는 CVD 공정으로 침착될 수 있다. 비제한적으로, UBM 구조는, 예를 들어 순서대로 하부 크롬층, 구리층, 및 상부 주석층을 포함하는 복합 구조일 수 있다. 니켈은 UBM 용도로 사용된 금속이다.The passivation layer is formed over the bonding features and the openings following the bonding features are formed there by an etching process, typically dry etching. The passivation layer is typically an insulating material, such as silicon nitride, silicon oxynitride or silicon oxide, such as phosphosilicate glass. Such materials may be deposited by chemical vapor deposition (CVD) processes, such as plasma enhanced CVD. An underbump metallization (UBM) structure typically formed from a plurality of metal or metal alloy layers is deposited on the device. The UBM acts as an adhesive layer and an electrical contact base (seed layer) of the interconnect bump to be formed. The layer forming the UBM structure may be deposited by PVD, such as a sputtering or evaporation, or CVD process. The UBM structure may be, for example, but not limited to, a composite structure comprising a lower chromium layer, a copper layer, and an upper tin layer in order. Nickel is a metal used for UBM applications.

일반적으로, 포토레지스트 층을 반도체 웨이퍼에 적용한 후, 표준 포토리소그래피 노광 및 현상 기술에 의해 오프닝 또는 비아(via)(도금 비아)를 갖는 패턴화 포토레지스트 층(또는 도금 마스크)을 형성한다. 도금 마스크의 치수(도금 마스크의 두께 및 패턴 내 오프닝의 크기)는 I/O 패드 및 UBM에 침착된 주석-은 층의 크기와 위치를 규정한다. 이러한 침착물의 직경은 전형적으로 5 내지 300 μm, 바람직하게 10 내지 150 μm의 범위이다. 이러한 침착물의 높이는 전형적으로 10 내지 150 μm, 바람직하게 15 내지 150 μm, 더욱 바람직하게 20 내지 80μm의 범위이다. 적합한 포토레지스트 물질은 (예를 들어, Dow Electronic Materials (Marlborough, Massachusetts, USA)로부터)상업적으로 입수가능하고 당분야에 공지되어 있다.Typically, after applying a photoresist layer to a semiconductor wafer, a patterned photoresist layer (or a plating mask) having openings or vias (plating vias) is formed by standard photolithographic exposure and development techniques. The dimensions of the plating mask (the thickness of the plating mask and the size of the opening in the pattern) define the size and location of the tin-silver layer deposited on the I / O pads and UBM. The diameter of such deposits is typically in the range of 5 to 300 [mu] m, preferably 10 to 150 [mu] m. The height of such deposits is typically in the range of 10 to 150 μm, preferably 15 to 150 μm, more preferably 20 to 80 μm. Suitable photoresist materials are commercially available (for example, from Dow Electronic Materials (Marlborough, Mass., USA) and are well known in the art.

인터커넥트 범프 물질은 상기한 전기도금 조성물을 사용하는 전기도금 공정에 의해 디바이스에 침착된다. 인터커넥트 범프 물질은, 예를 들어 순수 주석 또는 다른 적합한 주석 합금을 포함한다. 예시적인 주석 합금은 상기한 것들이다. 이들의 공정 조성물 또는 다른 적합한 조성물에 이러한 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 범프 물질은 도금 비아에 의해 정해진 영역에서 전착된다. 이를 위하여 수평 또는 수직 웨이퍼 도금 시스템, 예를 들어 파운틴(fountain) 도금 시스템이 전형적으로 직류 또는 펄스-도금 방법으로 사용된다. 도금 공정에서, 인터커넥트 범프 물질은 도금 마스크의 상단 표면 일부에 그리고 그 위에 이어진 비아를 완전히 채워서 버섯형태의 금속 침착물을 생성한다. 이로써 충분한 부피의 인터커넥트 범프 물질이 침착되어 리플로우 후에 원하는 볼 크기가 확실하게 얻어진다. 비아 도금공정에서 포토레지스는는 인터커넥트 범프 물질의 적절한 부피가 도금 마스크 비아 내에 함유되도록 충분한 두께를 갖는다. 구리 또는 니켈의 층을 인터커넥트 범프 물질을 도금하기 전에 도금 비아에 전착할 수 있다. 이러한 층은 리플로우 시 인터커넥트 범프에 대한 습윤성 기반으로 작용할 수 있다.The interconnect bump material is deposited in the device by an electroplating process using the electroplating composition described above. The interconnect bump material includes, for example, pure tin or other suitable tin alloy. Exemplary tin alloys are those described above. It is desirable to use such alloys in their process compositions or other suitable compositions. The bump material is electrodeposited in the region defined by the plating vias. For this purpose, horizontal or vertical wafer plating systems, such as fountain plating systems, are typically used in direct current or pulse-plating methods. In the plating process, the interconnect bump material completely fills vias on and over a portion of the top surface of the plating mask to produce a metal deposit in the form of a mushroom. This ensures that a sufficient volume of interconnect bump material is deposited to reliably achieve the desired ball size after reflow. In the via plating process, the photoresist has a sufficient thickness such that a suitable volume of the interconnect bump material is contained within the plating mask vias. A layer of copper or nickel may be electrodeposited to the plating vias before plating the interconnect bump material. This layer can act as a wettability basis for interconnect bumps at reflow.

인터커넥트 범프 물질의 침착 후에 도금 마스크를 적절한 용매 또는 다른 리무버를 사용하여 스트리핑한다. 이러한 리무버는 당분야에 공지되어 있다. 이후, UBM 구조를 공지된 기술을 사용하여 선택적 에칭하여 인터커넥트 범프 주위와 사이의 필드 영역에서 모든 금속을 제거한다.After deposition of the interconnect bump material, the plating mask is stripped using a suitable solvent or other remover. Such removers are known in the art. The UBM structure is then selectively etched using known techniques to remove all metal around and around the interconnect bumps in the field region.

선택적으로, 도금 비아가 포토레지스트 층에 형성된 후, 필라(pillar) 같은 주석이 없는 금속 인터커넥트 구조물이 결합 피처에 침착될 수 있다. 구리 필라가 일반적이다. 전형적으로 이러한 금속 침착은 도금 비아가 완전히 충전되기 전에 중지된다. 이러한 인터커넥트 구조, 예컨대 구리 필라는 이후 상기한 전기도금 조성물을 사용한 전기도금 방법에 의해 주석 함유 층으로 캡핑될 수 있다. 주석 함유 층은 도금 비아로 규정된 면적에 전착된다. 이를 위하여 수평 또는 수직 웨이퍼 도금 시스템, 예를 들어 파운틴(fountain) 도금 시스템이 전형적으로 직류 또는 펄스-도금 방법으로 사용된다. 니켈 같은 탑 금속의 층을 주석 함유 층을 도금하기 전에 구리 필라 상단의 도금 비아에 전착할 수 있다. 이러한 탑 금속 층은 순수 주석 솔더 층에 습윤성 기반으로 작용하거나/하고 배리어 층을 제공한다. 이러한 주석 함유 층의 높이는 20 내지 50 μm 범위일 수 있지만 다른 높이도 적합할 수 있고, 침착되는 인터커넥트 구조물과 실질적으로 같은 직경을 갖는다. 주석 함유 솔더 층을 침착한 후, 도금 마스크를 적절할 용매 또는 다른 리무버를 사용하여 스프리핑한다. 이러한 리무버는 당분야에 공지되어 있다. 이후, UBM 구조를 공지된 기술을 사용하여 선택적 에칭하여 인터커넥트 범프 주위와 사이의 필드 영역에서 모든 금속을 제거한다.Alternatively, after the plating vias are formed in the photoresist layer, a tin-free metal interconnect structure, such as a pillar, may be deposited on the coupling features. Copper pillar is common. Typically, such a metal deposition is stopped before the plating via is fully charged. Such an interconnect structure, such as a copper pillar, can then be capped with a tin-containing layer by an electroplating method using the electroplating composition described above. The tin-containing layer is electrodeposited on the area defined by the plating vias. For this purpose, horizontal or vertical wafer plating systems, such as fountain plating systems, are typically used in direct current or pulse-plating methods. A layer of a top metal such as nickel may be electrodeposited to the plating vias at the top of the copper pillar prior to plating the tin containing layer. This top metal layer acts on the pure tin solder layer on a wettability basis and / or provides a barrier layer. The height of such a tin-containing layer may range from 20 to 50 mu m, but other heights may also be suitable and have substantially the same diameter as the interconnect structure to be deposited. After deposition of the tin-containing solder layer, the plating mask is sprinkled using a suitable solvent or other remover. Such removers are known in the art. The UBM structure is then selectively etched using known techniques to remove all metal around and around the interconnect bumps in the field region.

웨이퍼를 임의로 플럭스하고 리플로우 오븐에서 주석 함유 솔더 층이 용융하여 단락된(truncated) 실질적 구체 형태 내로 흐르는 온도까지 가열한다. 가열방법은 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 적외선, 컨덕션 및 컨벡션 방법 및 이들의 조합을 포함한다. 리플로우된 인터커넥트 범프는 일반적으로 UBM 구조 가장자리와 같은 위치이다. 열처리 단계는 불활성 기체 분위기 또는 공기 중에서 수행할 수 있고, 구체적인 공정 온도와 시간은 인터커넥트 범프 물질의 특정 조성물에 따라 달라진다.The wafer is optionally fluxed and heated in a reflow oven to a temperature where the tin-containing solder layer melts and flows into a substantially truncated substantially spherical shape. Heating methods are well known in the art and include, for example, infrared, conducting and convection methods and combinations thereof. The reflowed interconnect bumps are generally at the same location as the edge of the UBM structure. The heat treatment step may be performed in an inert gas atmosphere or air, and the specific process temperature and time may vary depending upon the particular composition of the interconnect bump material.

본 조성물에서 전착된 주석 함유 솔더는 침착(또는 도금)될 때 보이드가 실질적으로 없으며, 바람직하게 이러한 솔더는 1 리플로우 사이클, 바람직하게 반복된 리플로우 사이클, 예컨대 3 리플로우 사이클, 더욱 바람직하게 5 리플로우 사이클 후에 실질적으로 보이드가 없다. 적합한 리플로우 사이클은 140/190/230 /230/260 ℃의 온도, 30초 드웰 시간, 약 100 cm/min의 컨베이어 속도, 및 40 큐빅 feet/시간의 질소 유속을 사용하는, 5 가열 및 2 냉각 영역을 갖는 Sikama International, Inc.의 Falcon 8500 장치를 사용한다. Alpha 100-40 flux (Cookson Electronics, Jersey City, New Jersey, USA)가 본 리플로우 공정에서 사용된 적합한 플럭스이다. 여기서 사용된, "보이드"란 용어는 경계면 보이드와 벌크 주석 함유 층 내의 보이드 모두를 지칭한다. "실질적으로 보이드가 없는"이란 Cougar microfocus X-ray 시스템(YXLON International GmbH, Hamburg, Germany)을 사용하여 직경이 3 μm, 바람직하게 2 μm, 더욱 바람직하게 1 μm를 초과하는 보이드가 보이지 않는 것을 의미한다.The tin-containing solder electrodeposited in the present composition is substantially free of voids when deposited (or plated), and preferably such solder is one reflow cycle, preferably a repeated reflow cycle, such as a three reflow cycle, There is virtually no void after the reflow cycle. Suitable reflow cycles include 5 heating and 2 cooling, using a temperature of 140/190/230/230/260 占 폚, a 30 second dwell time, a conveyor speed of about 100 cm / min, and a nitrogen flow rate of 40 cubic feet / Lt; RTI ID = 0.0 &gt; Sikama International, &lt; / RTI &gt; Alpha 100-40 flux (Cookson Electronics, Jersey City, New Jersey, USA) is a suitable flux used in this reflow process. As used herein, the term "void" refers to both the interface voids and the voids in the bulk tin containing layer. By "substantially free of voids" is meant using a Cougar microfocus X-ray system (YXLON International GmbH, Hamburg, Germany) that voids with a diameter of 3 μm, preferably 2 μm, more preferably more than 1 μm, are not visible do.

본 전기도금 조성물은 또한 도금되었을 때 상대적으로 평활한 표면, 즉 도금된 표면이 광학 조면계(Leica DCM3D, Leica Microsystems GmbH, Wetzlar, Germany)를 사용하여 측정했을 때 ≤ 200 nm, 바람직하게 ≤ 150 nm, 보다 더 바람직하게 ≤ 100 nm의 평균 표면 조도(Ra)를 갖는 주석 함유 솔더 침착물을 제공한다.The present electroplating composition also has a relatively smooth surface when plated, i. E., 200 nm, preferably &lt; 150 nm, as measured using an optical roughness meter (Leica DCM3D, Leica Microsystems GmbH, Wetzlar, Germany) , And even more preferably an average surface roughness (R a ) of? 100 nm.

실시예 1: 순수 주석을 침착하기 위한 전기도금 조성물을 75 g/L 주석(주석 메탄설포네이트 사용), 140 g/L 메탄설폰산, 8.8 g/L 에톡실레이티드 베타-나프톨 비이온성 계면활성제, 9.7 g/L 에톡실레이티드 비스페놀 A 비이온성 계면활성제, 0.0166 g/L 제1 결정 성장 억제제인 벤질리덴 아세톤, 0.1 g/L 제2 결정 성장 억제제인 메타크릴산, 1.5 g/L 알코올 용매, 1 g/L 시판되는 산화방지제, 및 DI수 (밸런스)를 합하여 제조하였다. 조성물의 pH는 < 1이었다. Example 1 : An electroplating composition for depositing pure tin was prepared by mixing 75 g / L tin (with tin methane sulfonate), 140 g / L methanesulfonic acid, 8.8 g / L ethoxylated beta-naphthol nonionic surfactant , 9.7 g / L ethoxylated bisphenol A nonionic surfactant, 0.0166 g / L benzylidene acetone as a first crystal growth inhibitor, 0.1 g / L second crystal growth inhibitor methacrylic acid, 1.5 g / L alcohol , 1 g / L of commercially available antioxidant, and DI water (balance). The pH of the composition was < 1.

실시예 2: 실시예 1의 조성물을 사용하여 전도성 결합 피처에 순수 주석을 침착하였다. 75 μm (직경) x 50 μm (깊이)의 포토레지스트 패턴화 비아와 37 μm 높이의 사전형성된 구리 필라를 갖는 4 cm x 4 cm의 웨이퍼 세그먼트를 실시예 1의 조성물을 함유하는 도금 셀에 침지하여 순수 주석 층을 도금하였다. 샘플을 배쓰에서 8 A/dm2으로 도금하였다. 배쓰의 온도는 25 ℃였다. 불용성 백금도금 티타늄 전극을 어노드로 사용하였고, 웨이퍼 세그먼트가 캐쏘드였다. 23 μm 높이의 버섯 형태 주석 캡이 구리 필라의 상단에 도금될때 까지 전기도금을 수행하였다. 얻어진 주석 층의 형태는 Hitachi S2460™ 전자주사현미경으로 검사하였다. 순수 주석 침착물은 균일하고, 평활하며 치밀하고 결절이 없었다. Example 2 : The composition of Example 1 was used to deposit pure tin on the conductive bonding features. A wafer segment of 4 cm x 4 cm with photoresist patterned vias of 75 [mu] m (diameter) x 50 [mu] m (depth) and preformed copper pillars of 37 [mu] m high was immersed in a plating cell containing the composition of Example 1 The pure tin layer was plated. The samples were plated at 8 A / dm &lt; 2 &gt; The temperature of the bath was 25 캜. An insoluble gold-plated titanium electrode was used as an anode, and the wafer segment was a cathode. Electroplating was performed until a 23-m high mushroom-shaped tin cap was plated on top of the copper pillar. The shape of the obtained tin layer was examined with a Hitachi S2460 (TM) scanning electron microscope. The pure tin deposits were uniform, smooth, dense, and nodular.

실시예 3: 주석-은 합금을 침착하기 위한 전기도금 조성물을 75 g/L 주석(주석 메탄설포네이트 사용), 0.65 g/L 은(은 메탄설포네이트 사용), 104 g/L 메탄설폰산, 5 g/L의 에틸렌디아민 비이온성 계면활성제에 EO 및 PO(EO:PO 약 40:60, TETRONIC 90R4)를 순차적으로 첨가하여 유도된 4작용성 블록 코폴리머, 0.0166 g/L의 제1 결정 성장 억제제인 벤질리덴 아세톤, 0.1 g/L의 제2 결정 성장 억제제인 메타크릴산, 0.6 g/L의 제1 은 착화제인 디티아알킬디올, 3.1 g/L의 제2 은 착화제인 머캡토테트라졸 유도체, 1.5 g/L 알코올 용매, 1 g/L 시판되는 산화방지제, 및 DI수 (밸런스)를 합하여 제조하였다. 조성물의 pH는 < 1이었다. Example 3 : Electroplating compositions for depositing tin-silver alloys were prepared by mixing 75 g / L tin (using tin methane sulfonate), 0.65 g / L (using silver methanesulfonate), 104 g / L methanesulfonic acid, A tetrafunctional block copolymer derived by sequentially adding EO and PO (EO: PO about 40:60, TETRONIC 90R4) to an ethylenediamine nonionic surfactant of 5 g / L, a first crystal growth of 0.0166 g / L Methacrylic acid as a second crystal growth inhibitor of 0.1 g / L, dithiaalkyldiol as a first silver complexing agent of 0.6 g / L, mercaptotetrazole as a second silver complexing agent of 3.1 g / L Derivative, 1.5 g / L alcohol solvent, 1 g / L commercial antioxidant, and DI water (balance). The pH of the composition was < 1.

75 μm (직경) x 72 μm (깊이)의 포토레지스트 패턴화 비아를 갖는 4 cm x 4 cm의 웨이퍼 세그먼트와 구리 씨드층을 주석-은 전기도금 조성물을 함유하는 도금 셀에 침지하여 주석-은 범프로 도금하였다. 샘플은 배쓰에서 8 A/dm2으로 도금되었다. 배쓰의 온도는 25 ℃였다. 불용성 백금도금 티타늄 전극을 어노드로 사용하였다. 60 μm의 범프가 도금될 때까지 전기도금을 수행하였다. 얻어진 주석-은 솔더 범프 침착물은 편평하였고 Leica DCM3D 광학 조면계로 측정했을 때 150 nm의 평균 표면 조도의 매끈한 형태를 가졌다. 주석-은 솔더 침착물을 5 가열 및 2 냉각 영역을 갖는 Falcon 8500 장비 (Sikama International, Inc.)로 140/190/230/ 230/260 ℃의 온도, 30 초 드웰 시간, 및 약 100 cm/min의 컨베이어 속도 및 40 큐빅 feet/시간의 질소 유동 속도를 사용하여 리플로우하였다. 솔더 침착물을 Alpha 100-40 플럭스로 플러스하였다. 리플로우된 주석-은 침착물을 Cougar microfocus X-ray 시스템(YXLON International GmbH, Hamburg, Germany)으로 평가하여 보이드가 없는 것을 확인하였다.A 4 cm x 4 cm wafer segment with 75 μm (diameter) x 72 μm (depth) photoresist patterned vias and a copper seed layer were dipped into a plating cell containing a tin-silver electroplating composition to form a tin- . The sample was plated at 8 A / dm 2 in the bath. The temperature of the bath was 25 캜. An insoluble gold plated titanium electrode was used as an anode. Electroplating was performed until a 60 μm bump was plated. The resulting tin-silver solder bump deposits were flat and had a smooth shape with an average surface roughness of 150 nm as measured by a Leica DCM3D optical roughness meter. The tin-silver solder deposits were exposed to a Falcon 8500 instrument (Sikama International, Inc.) having 5 heating and 2 cooling zones at a temperature of 140/190/230/230/260 ° C, 30 second dwell time, and about 100 cm / min And a nitrogen flow rate of 40 cubic feet per hour. Solder deposits were added to Alpha 100-40 flux. The reflowed tin-silver deposit was evaluated on a Cougar microfocus X-ray system (YXLON International GmbH, Hamburg, Germany) to confirm that voids were absent.

실시예 4: 다양한 주석 합금 전기도금 조성물을 실시예 3의 방법을 반복하고 은 이온 공급원을 표 1에 기재된 금속 이온 공급원으로 대체하여 제조하였다. Example 4 : A variety of tin alloy electroplating compositions were prepared by repeating the process of Example 3 and replacing the silver ion source with the source of the metal ion described in Table 1.

Figure pat00005
Figure pat00005

실시예 5: 표 2에 나타낸 결정 성장 억제제를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 3의 전기도금 조성물을 반복하였다. Example 5 : The electroplating compositions of Examples 1 and 3 were repeated except that the crystal growth inhibitor shown in Table 2 was used.

Figure pat00006
Figure pat00006

비교예 1: 제1 결정 성장 억제제, 벤질리덴 아세톤의 양을 0.166 g/L로 한 것을 제외하고, 실시예 3의 방법을 반복하였다. 얻어진 주석-은 범프 침착물은 상당히 오목하였고, 범프의 한쪽 면으로 비뚤어졌다. 미소초점 X-선에 의한 침착물 평가에서는 침착물의 1 리플로우 후에 보이드(> 3 μm)의 형성이 나타났다. Comparative Example 1 : The procedure of Example 3 was repeated except that the amount of the first crystal growth inhibitor, benzylidene acetone, was 0.166 g / L. The resulting tin-silver bump deposits were considerably concave and warped to one side of the bump. In the evaluation of deposits by microfocus X-ray, formation of voids (> 3 μm) was observed after one reflow of the deposits.

비교예 2: 제1 결정 성장 억제제를 사용하지 않을 것을 제외하고, 실시예 3의 방법을 반복하였다. 얻어진 주석-은 범프 침착물은 Leica DCM3D 광학 조면계로 측정했을 때 평균 표면 조도 (Ra)가 800 nm 이상으로, 거칠기가 허용되기 어려웠다. Comparative Example 2 : The method of Example 3 was repeated except that the first crystal growth inhibitor was not used. The obtained tin-silver bump deposits had an average surface roughness (R a ) of 800 nm or more as measured by a Leica DCM3D optical roughness meter, and the roughness was unacceptable.

Claims (10)

주석 이온 공급원; 산 전해질; 0.0001 내지 0.045 g/L의 제1 결정 성장 억제제; 0.005 내지 0.75 g/L의 화학식 (1) 또는 (2)의 화합물에서 선택된 제2 결정 성장 억제제인 α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물; 비이온성 계면활성제; 및 물을 포함하는 전기도금 조성물:

Figure pat00007

상기 화학식 (1)과 (2)에서, 각 R1은 독립적으로 (C1-6)알킬, (C1-6)알콕시, 하이드록시, 또는 할로이고; R2 및 R3은 독립적으로 H 및 (C1-6)알킬에서 선택되고; R4는 H, OH, (C1-6)알킬 또는 O(C1-6)알킬이고; m은 0 내지 2의 정수이고; 각 R5는 독립적으로 (C1-6)알킬이고; 각 R6은 독립적으로 H, OH, (C1-6)알킬, 또는 O(C1-6)알킬에서 선택되고; n은 1 또는 2이며; 및 p는 0, 1 또는 2이다.
A tin ion source; Acid electrolytes; 0.0001 to 0.045 g / L of a first crystal growth inhibitor; An alpha, beta -unsaturated aliphatic carbonyl compound as a second crystal growth inhibitor selected from 0.005 to 0.75 g / L of a compound of formula (1) or (2); Nonionic surfactants; And water.

Figure pat00007

In the formula (1) and (2), each R 1 is independently (C 1 - 6) alkyl, (C 1 - 6) alkoxy, hydroxy, or halo; R 2 and R 3 are independently selected from H and (C 1 - 6) is selected from alkyl; R 4 is H, OH, (C 1 - 6) alkyl or O (C 1 - 6) alkyl; m is an integer from 0 to 2; Each R 5 is independently (C 1 - 6) alkyl; Each R 6 is independently H, OH, (C 1 - 6) alkyl, or O (C 1 - 6) is selected from alkyl; n is 1 or 2; And p is 0, 1 or 2.
제1항에 있어서, 합금 금속 이온의 공급원을 추가로 포함하는 조성물.The composition of claim 1, further comprising a source of alloy metal ions. 제1항에 있어서, α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물이 α,β-불포화 카복실산, α,β-불포화 카복실산 에스테르, α,β-불포화 아미드 및 α,β-불포화 알데히드로부터 선택된 조성물.The composition of claim 1 wherein the alpha, beta -unsaturated aliphatic carbonyl compound is selected from an alpha, beta -unsaturated carboxylic acid, an alpha, beta -unsaturated carboxylic acid ester, an alpha, beta -unsaturated amide and an alpha, beta -unsaturated aldehyde. 제3항에 있어서, α,β-불포화 지방족 카보닐 화합물이 (메트)아크릴산, 크로톤산, (C1 -6)알킬 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, (C1 -6)알킬 크로토네이트, 크로톤아미드, 크로톤알데히드 또는 그의 혼합물에서 선택된 조성물.4. The method of claim 3, α, β- unsaturated aliphatic carbonyl compound is a (meth) acrylic acid, crotonic acid, (C 1 -6) alkyl (meth) acrylates, (meth) acrylamide, (C 1 -6) alkyl Crotonate, crotonamide, crotonaldehyde or mixtures thereof. 제1항에 있어서, 제1 결정 성장 억제제가 신남산, 신남알데히드, 벤질리덴 아세톤, 피콜린산, 피리딘디카복실산, 피리딘카복스알데히드, 피리딘디카복스알데히드, 또는 그의 혼합물에서 선택된 조성물.The composition of claim 1, wherein the first crystal growth inhibitor is selected from the group consisting of cinnamic acid, cinnamic aldehyde, benzylidene acetone, picolinic acid, pyridine dicarboxylic acid, pyridine carboxaldehyde, pyridine dicarboxaldehyde, or mixtures thereof. 제1항에 있어서, 제1 결정 성장 억제제가 0.001 내지 0.04 g/L의 양으로 존재하는 조성물.The composition of claim 1, wherein the first crystal growth inhibitor is present in an amount of 0.001 to 0.04 g / L. 제1항에 있어서, 비이온성 계면활성제가 알콕실레이티드 아민 모이어티를 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the nonionic surfactant comprises an alkoxylated amine moiety. 다수의 전도성 결합 피처를 포함하는 반도체 웨이퍼를 제공하고; 반도체 웨이퍼를 제1항의 조성물과 접촉하고; 전도성 결합 피처 상에 주석 함유 층을 침착하는데 충분한 전류밀도를 적용하는 것을 포함하는 반도체 기판에 주석 함유 층을 침착하는 방법.Providing a semiconductor wafer comprising a plurality of conductive bonding features; Contacting a semiconductor wafer with the composition of claim 1; A method for depositing a tin-containing layer on a semiconductor substrate, the method comprising applying a current density sufficient to deposit a tin-containing layer on a conductive bonding feature. 제8항에 있어서, 결합 피처가 구리를 포함하는 방법.9. The method of claim 8, wherein the bonding feature comprises copper. 제8항에 있어서, 결합 피처 상의 주석 함유 층이 도금되었을 때 및 1 리플로우(reflow) 사이클 후 실질적으로 보이드를 갖지 않는 방법.
The method of claim 8, wherein the tin-containing layer on the bonding feature is plated and has substantially no voids after one reflow cycle.
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