Please wait a minute...
金属学报  2012, Vol. 48 Issue (10): 1273-1280    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00229
  论文 本期目录 | 过刊浏览 |
Fe-Ni新型UBM薄膜的晶圆电镀工艺研究
张昊1,  吴迪1,  张黎2, 段珍珍2,  赖志明2,  刘志权1
1. 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室, 沈阳 110016
2.  江阴长电先进封装有限公司, 江阴 214431
WAFER LEVEL ELECTRODEPOSION OF Fe–Ni NOVEL UBM FILMS
ZHANG Hao 1, WU Di 1, ZHANG Li 2, DUAN Zhenzhen 2, LAI Chi–Ming 2, LIU Zhiquan 1
1. Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016
2. Jiangyin Changdian Advanced Packaging Co., Ltd., Jiangyin 214431
引用本文:

张昊 吴迪 张黎 段珍珍 赖志明 刘志权. Fe-Ni新型UBM薄膜的晶圆电镀工艺研究[J]. 金属学报, 2012, 48(10): 1273-1280.
ZHANG Hao WU Di Li DUAN Zhenzhen LAI Chi–Ming LIU Zhiquan. WAFER LEVEL ELECTRODEPOSION OF Fe–Ni NOVEL UBM FILMS[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(10): 1273-1280.

全文: PDF(1118 KB)  
摘要: 

利用改良型硫酸盐--氯化物镀液体系, 进行了晶圆级Fe-Ni凸点下金属层(UBM)电镀工艺的开发研究. 研究了镀液中Fe2+含量、电镀温度及电流密度对镀层成分的影响规律, 得到了特定工艺条件下镀层成分控制的完整曲线;测量了不同电镀时间和不同电流密度下的镀层生长速率, 为实际生产中控制UBM镀层的厚度提供了依据; 利用XRD和TEM对镀层的晶体结构及微观形貌进行了表征; 利用滴定、等离子体发射光谱(ICP)等手段, 对镀液在生产及静置条件下主盐离子浓度的变化趋势进行了监测, 测定了抗坏血酸在镀液体系中与Fe3+的反应能力, 提出了镀液的日常维护、保存、调控方案以及Fe3+的抑制方案.

关键词 Fe-Ni合金 电镀 凸点下金属层(UBM) 晶圆级封装    
Abstract

Using customized wafer electroplating system, the electrodeposition process of Fe–Ni under bump metallization (UBM) thin film has been developed by modified Watts bath. The major factors which can affect the Fe content in the final UBM films, including the concentration of Fe2+, electrodeposition temperature and current density, were investigated systematically. The growth rate of Fe–Ni film under different electroplating conditions was measured in order to provide a reference for actual production. The microstructure and morphology of obtained Fe–Ni films were characterized by XRD and TEM. Multiple kinds of analytical methods including titration and inductive coupled plasma emission spectrometer (ICP) were used to monitor the content change of bath component under working or storage conditions. Regulations were put forward to maintain the bath daily including the keeping of the main salt content and the inhibition of Fe3+ concentration.

Key wordsFe-Ni alloy    electrodeposition    under bump metallization (UBM)    wafer level packaging
收稿日期: 2012-04-25     
基金资助:

国家科技重大专项项目2011ZX02602, 国家重点基础研究发展计划项目2010CB631006和沈阳市科技项目F11-264-1-65资助

作者简介: 张昊, 男, 蒙古族, 1985年生, 硕士

[1] O’Donnell T, Wang N N, Kulkarni S, Meere R, Rhen F M F, Roy S, O’Mathuna S C. J Magn Magn Mater, 2010; 322: 1690

[2] Esmaili S, Bahrololoom M E, Kavanagh K L. Mater Charact, 2011; 62: 204

[3] Leith S D, Ramli S, Schwartz D T. J Electrochem Soc, 1999; 146: 1431

[4] Koo B, Yoo B. Surf Coat Technol, 2010; 205: 740

[5] Zeng K, Tu K N. Mater Sci Eng, 2002; R38: 55

[6] Yan Y F, Wang W L, Chen G F. Pb–free Solders in SMT. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2010: 102

(闫焉服, 王文利, 陈冠方. 电子装联中的无铅焊料. 北京: 电子工业出版社, 2010: 102)

[7] Dariavach N, Callahan P, Liang J, Fournelle R. J Electron Mater, 2006; 35: 1581

[8] Zhu Q S, Guo J J, Shang P J, Wang Z G, Shang J K. Adv Eng Mater, 2010; 12: 497

[9] Guo J J, Zhang L, Xian A P, Shang J K. J Mater Sci Technol, 2007; 23: 811

[10] Zhang H, Zhang L, Duan Z Z, Liu Z Q. Sci J Microelectron, 2012; 2: 13

 (张昊, 张黎, 段珍珍, 刘志权. 微电子期刊, 2012; 2: 13)

[11] Huang Z X, Wu C S. Theory of Electroplating. Beijing: China Machine Press, 1982: 5

 (黄子勋, 吴纯素. 电镀理论. 北京:机械工业出版社, 1982: 5)

[12] Chen T Y. Electroplating of Nickel Alloy. Beijing: Chemical Industry Press, 2007: 18

 (陈天玉. 镀镍合金.北京: 化学工业出版社, 2007: 18)

[13] Han P X. Environ Sci Technol, 2006; 29: 42

(韩平学. 环境科学与技术, 2006; 29: 42)

[14] Chen T Y. Trouble Settlement and Actual Samples of Nickel Plating. Beijing: Chemical Industry Press, 2010: 19

(陈天玉. 镀镍故障处理及实例. 北京: 化学工业出版社, 2010: 19)

[15] Li P, Lu L, Liu T C, Sun K, Lu Z C, Lu Y P. J Funct Mater, 2001; 38: 32

(李鹏, 卢琳, 刘天成, 孙克, 卢志超, 卢燕平. 功能材料, 2001; 38: 32)

[16] Liu T C, Lu Z C, Li D R, Lu Y P, Sun K, Zhou S X. J Univ Sci Technol Beijing, 2006; 28: 298

(刘天成, 卢志超, 李德仁, 卢燕平, 孙克, 周少雄. 北京科技大学学报, 2006; 28: 298)

[17] Han Y, Wang P, Wang B Y, Qin Q X. Plat Finish, 1997; 19: 8

(韩勇, 王萍, 王宝玉, 覃奇贤. 电镀与精饰, 1997; 19: 8)

[18] Tabakovic I, Inturi V, Thurn J, Kief M. Electrochim Acta, 2010; 55: 6749

[19] Su X H, Qiang C W. Bull Mater Sci, 2012; 35: 183

[20] Rousse C, Fricoteaux P. J Mater Sci, 2011; 46: 6046

[21] Grimmett D L, Schwartz M, Nobe K. J Electrochem Soc, 1993; 140: 973

[22] Kieling V C. Surf Coat Technol, 1997; 96: 135

[23] Li P, Liu T C, Sun K, Lu Y P, Lu Z C. Electroplat Finish, 2005; 24: 6

(李 鹏, 刘天成, 孙克, 卢燕平, 卢志超. 电镀与涂饰, 2005; 24: 6)

[24] Tabakovic I, Inturi V, Thurn J, Kief M. Electrochim Acta, 2011; 56: 2616

[25] Chen T Y. Technological Foundation of Nickel Plating. Beijing: Chemical Industry Press, 2011: 37

(陈天玉. 镀镍工艺基础. 北京: 化学工业出版社, 2011: 37)

[1] 陈思,秦飞,安彤,王瑞铭,赵静毅. 退火工艺对硅通孔填充Cu微结构演化与胀出行为的影响*[J]. 金属学报, 2016, 52(2): 202-208.
[2] 秦飞, 项敏, 武伟. 纳米压痕法确定TSV-Cu的应力-应变关系*[J]. 金属学报, 2014, 50(6): 722-726.
[3] 牛云松,魏杰,赵健,胡家秀,于志明. 超声辅助电镀法纳米叠层Ni镀膜的制备与性能[J]. 金属学报, 2013, 49(12): 1617-1622.
[4] 周合兵 梁曼 吕东生 许梦清 李伟善. 电镀Zn-In合金在碱性溶液中的电化学行为[J]. 金属学报, 2011, 47(8): 1055-1060.
[5] 徐亮 唐鋆磊 左禹. 不锈钢表面Cr-Pd合金电沉积及镀层在强还原性介质中的耐蚀性[J]. 金属学报, 2011, 47(2): 209-213.
[6] 宋利晓 张昭 张鉴清 曹楚南. 纳米结构黑镍薄膜的电沉积机理[J]. 金属学报, 2011, 47(1): 123-128.
[7] 冯周荣 沈军 王伟 闵志先 傅恒志. 扩散条件下抽拉速率对Fe-4.2Ni合金定向凝固组织演化的影响[J]. 金属学报, 2010, 46(3): 311-317.
[8] 张桂凯 李炬 陈长安 窦三平 凌国平. HR--2不锈钢表面渗Al涂层的制备[J]. 金属学报, 2009, 45(8): 983-987.
[9] 乔木; 冼爱平; 尚建库 . 碱性焦磷酸盐镀液电镀Sn--Ag无Pb钎料的研究[J]. 金属学报, 2004, 40(8): 0-826 .
[10] 汪宏斌; 王晓宇; 张骥华; 徐祖耀 . 纳米晶Fe-25%Ni合金块材的内耗研究[J]. 金属学报, 2004, 40(5): 523-526 .
[11] 陈垚; 张轩雄 . 用于微机械器件在Fe-Ni合金电镀沉积膜的性能[J]. 金属学报, 2000, 36(5): 525-529 .
[12] 孙丽娟;刘维鹏. 用ODF理论研究Fe-30Ni合金α-γ_r逆相变过程的织构变化[J]. 金属学报, 1996, 32(9): 913-920.
[13] 郭忠诚. 稀土对复合镀工艺及镀层性能的影响[J]. 金属学报, 1996, 32(5): 516-520.
[14] 郭乃名;过家驹. 熔盐电镀Al-Ti和Al-Mn合金[J]. 金属学报, 1996, 32(3): 274-277.
[15] 杨柳;朱德贵;张筠;陈荐. Fe-Ni合金贝氏体长大原位观察[J]. 金属学报, 1994, 30(8): 344-347.