CoSn3-Sn3Ag制造技术

本发明专利技术提供了一种

【技术实现步骤摘要】
CoSn3‑
Sn3Ag复合电镀液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电镀
，尤其涉及一种
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着全球半导体行业的迅速发展，集成电路不仅仅需要天文数字般的元器件之间的连接，更加注重系统化
、
高集成化和高可靠性
。
几十年来，集成电路
(IC)
的发展遵循摩尔定律，以晶体管尺寸的减小为主导
。
但如今晶体管的特征尺寸已接近物理极限，内部布线密度呈爆炸性增长，导致互连延迟大幅增加
。
物理极限和互连瓶颈使得继续缩小晶体管尺寸来提高
IC
性能变得愈加艰难
。
因此，三维集成电路
(3D
‑
IC)
作为解决上述问题的方案引起了广泛关注和研究
。
通过在封装中垂直集成
IC
，
3D
‑
IC
技术可以提供互连长度短
、
功耗低，并且能够实现异构集成的解决方案，而垂直键合则是
3D
‑
IC
中芯片或晶圆堆叠的关键，产业界对垂直键合方案的探索仍在继续
。
例如
DDR4
和
Wide I/O
内存要实现高带宽和低延迟，就必须采用小间距的
I/O
排列，但因引线键合存在严重的寄生电容问题而普遍转向铜柱凸点的工艺方案
。
其他
3D
‑
IC
和
2.5D
封装
(
比如需要高密度
I/O
的图像传感器等
)
因单位面积的互连数目激增等原因也被迫采用铜柱凸点
。
[0003]尺寸更小的铜柱凸点与
C4(controlled collapse chip connection)
焊点相比拥有诸多优点：
1)
拥有平整侧面和高深宽比的铜柱凸点有利于实现超细间距高密度；
2)
由于柱间空间大，因此产生的噪声减小；
3)
铜柱凸点具有良好的热学和电学性能；
4)
一般
C4
焊点在回流焊过程中可能会发生坍塌导致钎料桥接，铜柱凸点可以避免钎料桥接的缺陷
。
铜柱技术中的钎料种类灵活，可以根据具体情况适时调整以满足特定的需求
。
总地来说，铜柱不仅可以提供更加细密且均匀的间距，还能提高凸点的质量
。
[0004]不同于传统
C4
焊点，焊点尺寸的减小使连接过程中的界面反应
、
服役过程中界面演变规律以及微观力学行为出现本质性的差异
。
随着焊点尺寸的减小，焊点内的晶粒数目急剧减少，焊点只由几个甚至单个晶粒组成
。
由于铜柱凸点中钎料含量的大幅减少
、
凸点直径减小
、
承载功率密度增大等原因，铜柱凸点所承载的电流密度极易达到1×
104A/cm2，超过电迁移的阈值，造成钎料内部的原子定向移动，从而给电子元器件带来严重的可靠性问题
。
因此，目前铜柱凸点顶部使用的
Sn3Ag
钎料互连难以满足后续对可靠性的苛刻要求
。

技术实现思路

[0005]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液及其制备方法和应用，电镀液中的
CoSn3纳米晶可以有效提高锡帽的润湿性，并降低表面张力而增强沸腾，促进早期气泡离开，有利于减少孔洞微缺陷，提高凸点
Sn
帽焊接质量
。
而且，
CoSn3纳米晶在
Sn
帽回流过程中会全部溶解，
Co
原子溶解在
Sn
中，同时由于
Co
原子在
Sn
中的溶解，降低了
Cu
原子在
Sn
中的溶解度，促进许多
Cu6Sn5纳米颗粒在
Sn
帽中形成，
Cu6Sn5纳米颗粒起到了固溶强化的作用，进一步提供了
Sn
帽在服役过程中的可靠性
。
[0006]对此，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液，其组分为
CoSn3纳米晶
、Sn(CH3SO3)2、Ag
盐
、
助剂和溶剂，其中所述
CoSn3纳米晶的浓度为1‑
12g/L
，
Sn(CH3SO3)2的浓度为
20
‑
30g/L
，所述
Sn(CH3SO3)2与
Ag
盐的摩尔比为
(25
‑
35)
：1，所述
Ag
盐为
AgCH3SO3或
AgCl
中的至少一种；所述助剂包括分散剂
、
表面活性剂
、
配位剂
、
晶粒细化剂
、
整流剂
、pH
调节剂
。
[0008]采用此技术方案，采用此电镀液制备的铜柱凸点锡帽，因为
CoSn3纳米晶的存在，能明显降低焊锡液体与铜基板的表面张力，促进沸腾，从而促进气泡早期离去，有助于减少孔缺陷，提高凸点的焊接质量，提高焊接应用的整体性能和可靠性
。
而且
CoSn3纳米晶的加入极大地影响了回流后形成的金属间化合物的微观结构，产生了新颖而复杂的形态特征
(
如六倍环状孪晶
)
，提高了锡银共晶接头的整体机械性能，改善了拉伸性能
。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述
pH
调节剂包括
CH3SO3H、HCI
中的至少一种；进一步的，
pH
调节剂的用量为调节电镀液的
pH
值到
3.0
‑
4.0。
进一步的，调节电镀液的
pH
值到
3.8。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述分散剂包括
HS(CH2)
11
OH。
进一步的，所述分散剂的浓度为1‑
5g/L。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述表面活性剂包括
C
18
H
29
NaO3S、C5H
11
N5S。
进一步的，所述表面活性剂的浓度为
0.5
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液，其特征在于：其组分为
CoSn3纳米晶
、Sn(CH3SO3)2、Ag
盐
、
助剂和溶剂，其中所述
CoSn3纳米晶的浓度为1‑
12g/L
，
Sn(CH3SO3)2的浓度为
20
‑
30g/L
，所述
Sn(CH3SO3)2与
Ag
盐的摩尔比为
(25
‑
35)
：1，所述
Ag
盐为
AgCH3SO3或
AgCl
中的至少一种；所述助剂包括分散剂
、
表面活性剂
、
配位剂
、
晶粒细化剂
、
整流剂
、pH
调节剂
。2.
根据权利要求1所述的
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液，其特征在于：所述
pH
调节剂包括
CH3SO3H、HCI
中的至少一种；所述分散剂包括
HS(CH2)
11
OH
；所述表面活性剂包括
C
18
H
29
NaO3S、C5H
11
N5S
中的至少一种；所述配位剂包括
C
10
H
14
N2Na2O8、C6H9NO6中的至少一种；所述晶粒细化剂包括
HSCH2CH(NH2)CO2H
；所述整流剂包括
C7H4NNaO3S
；所述溶剂包括聚乙二醇水溶液；所述
CoSn3纳米晶的粒径为
10
‑
200nm。3.
根据权利要求1所述的
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液，其特征在于：所述
CoSn3纳米晶采用如下步骤制备得到：步骤
S11
，将无水氯化钴和二水氯化亚锡加入乙二醇中，得到溶液
A
；其中，乙二醇
、
无水氯化钴和二水氯化亚锡的质量比为
50
：
(3
‑
5)
：
(7
‑
10)
；步骤
S12
，将羟丙基甲基纤维素
、
聚乙烯醇
、
羟丙基纤维素和硼氢化钠加入乙醇水溶液中，混合均匀得到溶液
B
；其中羟丙基甲基纤维素
、
聚乙烯醇
、
羟丙基纤维素
、
硼氢化钠的质量比为
(0.5
‑
2)
：
(1
‑
5)
：
(4
‑
8)
：
100
；在溶液
B
搅拌状态下，将溶液
A
滴加到溶液
B
中，得到混合溶液；步骤
S13
，将得到的混合溶液放入微波炉中，微波炉加热
10
分钟后，酸洗离心得到
CoSn3纳米晶；或者将得到的混合溶液进行水热反应，酸洗离心得到
CoSn3纳米晶
。4.
根据权利要求3所述的
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液，其特征在于：步骤
S12
中，所述溶液
B
搅拌状态为将溶液
B
融入超声波分散器中，同时进行磁力搅拌，搅拌速度为
150
‑
250rpm/min
，超声波功率为
450
‑
500W
，频率为
18
‑
22KHz
；步骤
S13
中，所述酸洗包括依次采用稀盐酸
、
无水乙醇分别超声清洗
3min
，再用去离子水清洗
。5.
根据权利要求1～4所述的
CoSn3‑
Sn3Ag
复合电镀液，其特征在于：复合电镀液中，所述分散剂的浓度为1‑
5g/L
，所述表面活性剂的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锦涛，吕子文，陈宏涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：