电解镀镍设备及半导体器件的制造方法

电解镀镍设备及半导体器件的制造方法

专利名称：电解镀镍设备及半导体器件的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种电解镀镍设备及半导体器件的制造方法。

背景技术：

作为一种环保措施，无铅焊料近年来迅速普及。 目前有一种趋势是将适用于半导体器件倒装芯片产品的无铅焊料的势垒金属从Cu替换为Ni。 Cu表现出较大的合金化率(比率)，而Ni表现出较小的合金化率。 Ni膜通常使用化学镀或电解镀来形成。 特别是，在半导体制造工艺中使用的镀镍设备需要以稳定且高产量的方式形成镀镍膜。 在半导体制造工艺中使用的传统电解电镀设备中，一般采用可溶性镍阳极作为阳极。 如图。 图5是示出传统镀镍设备200的结构的图。如图5所示，镀镍设备200由内槽101、外槽102、晶片保持器103和储液槽104组成。在内槽101的底部设有镍阳极105和电动铍液喷嘴106。 另一方面，在外槽02的底部设有电镀液排出口107。 另外，设置有泵108和过滤器109。 镍阳极105和触点110连接至电源111。 晶片112向下移动并放置在接触件110上并由晶片保持器113保持。 此后，使从电镀液喷嘴106喷射的电镀液接触晶片112。 当电源111施加将晶片112定义为阴极并将镍阳极105定义为阳极的电压时，镍沉积在晶片112的表面上并且镍从镍阳极105的表面溶解，从而进行电镀。

在开始施加电压后数秒至数十秒的初始膜形成期间，镍阳极105保持在高电势状态。 因此，对于在大电流密度的条件下连续进行晶片的情况，换言之，对于将镍阳极105长时间维持在高电势的情况，存在镍阳极105的表面被钝化，电流效率降低，成膜速率也降低。 电解镀镍设备中使用的阳极包括不溶性阳极和由铂、钛等组成的可溶性镍阳极。镍阳极仅从阳极产生少量氧气，通常用于镀在硅片上，其上形成有精细图案。他们。 在基于镀镍的正常成膜过程中，对于用作阳极的镍阳极，发生表示为Ni-Ni2++2e-1的反应，使得镍阳极逐渐溶解。 然而，如果镍阳极暴露于高于预定水平的电势，除了上述溶解反应之外，还可能发生产生氧化镍或氢氧化镍的反应。 结果，镍阳极的表面可能变得钝化。 在使用镍阳极作为阳极的电解镀镍中，众所周知，在开始施加电压后的数秒至数十秒内的成膜初期，存在比成膜后期高的电位。是生成状态。 因此，在高电流密度条件下的晶圆连续电镀过程中，镍阳极处于较高比例的高电位，其上更容易生成氧化镍或氢氧化镍。 发明人发现，传统的镍阳极具有较大的平均晶粒尺寸，因此传统的镍阳极具有较小的晶界比并表现出较小的溶解速率。

因此，镍阳极更可能在其上产生氧化镍或氢氧化镍，或者换句话说，可能被钝化。 阳极表面钝化会带来电流效率降低、成膜速率降低等问题。 日本未审专利公开No.2003公开了一种通过控制铜阳极的颗粒尺寸来抑制阳极侧上诸如污泥()等颗粒的产生的技术。 然而，该技术的目标不是解决钝化问题。 铜阳极不会引起上述问题。 本发明旨在解决使用镍阳极的情况所特有的问题。 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于抑制镍阳极表面的钝化，防止电流效率及成膜速度的降低。 发明内容根据本发明，提供了一种电解镍镀装置，其设置有平均晶粒尺寸为10μm或更小的镍(Ni)阳极。 通过使用平均粒径为10μm以下的镍阳极，可以抑制镍阳极表面的钝化，从而防止电流效率和成膜速度的降低。 根据本发明，还提供了一种用于电解镀镍的镍阳极，该镍阳极的平均晶粒尺寸为10μm或更小。 根据本发明，还提供一种包括电解镀镍工艺的半导体器件制造方法，其中使用平均晶粒尺寸为10μm或更小的镍阳极作为电解镀镍工艺中的阳极。 根据本发明，通过使用平均晶粒尺寸为10μm以下的镍阳极，抑制了镍阳极表面的钝化，从而防止电流效率和成膜速率的降低。 提供稳定的镍镀层，有助于提高产品质量并保持稳定的产能。

通过下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、优点和特征将更加明显。 图1示出了根据本发明一实施例的电解镀镍设备。 结构图解； 图2是图1所示的晶片112的放大剖视图。 图3是实施例1的镍阳极的SIM图； 图4是表示实施例1中的晶片加工和镀镍厚度的运行编号。 如图。 图5是表示以往的镀镍装置的结构的图。 如图。 图6是对比例1的镍负极的SIM图。 和图。 图7是表示以往的镀镍装置的结构的图。 比较例1中晶片加工次数与镍镀层厚度之间关系的图示。

详细方式

在此将参考实施例来描述本发明。 本领域技术人员将认识到，可以使用本发明的教导来实现许多替代实施例，并且本发明不限于本文出于说明性目的而描述的实施例。 下面参照附图对根据本发明的电解镀镍设备的具体实施例进行说明。 注意，在所有附图中一起出现的任何组件都用相同的附图标记表示，并且不重复这些组件的详细描述。 如图。 图1是示出根据本发明的示例性电解镀镍装置100的图。 镍电镀设备100具有内槽101、外槽102、晶片保持器103、储液槽104等。 在内槽101的底部，设置有平均晶粒尺寸为10μm或更小的镍阳极105和电镀液喷嘴106，通过该电镀液喷嘴106可以将电镀液供给到内槽101中。外槽102的上部设有电镀液排出口 107，内槽101溢出的电镀液可通过该排出口返回至储液槽104。还设有泵108，用于将储存在外槽102内的电镀液喷出。储液槽104进入内槽101； 过滤器109，用于滤除待喷射溶液中的灰尘或颗粒。 镍阳极105和触点110连接至电源111以提供电流。 如图。 图2是图1所示的晶片112的放大剖视图。 图1示出了适合形成含铅焊料凸块或无铅焊料凸块的晶片。 在半导体基板113的表面上形成铜籽晶膜114，并且在铜籽晶膜114上图案化光致抗蚀剂115。

晶片112由晶片保持器103面朝下地保持，使得其上图案化有光致抗蚀剂115的表面面朝下。 晶片保持器103和晶片112向下移动并放置在接触部分110上，并且允许晶片保持器103和晶片112接触从电镀溶液喷嘴106喷射的电镀溶液。当电源111施加电压使得晶片112接触时将接触部分110定义为阴极，将镍阳极105定义为阳极，在晶片112表面上露出铜晶种膜114的部分沉积镍，镍在晶片112表面的表面沉积。镍阳极105溶解。 在本实施方式中，镍阳极的平均粒径的上限为10μm以下，更优选为3μm以下。 尽管镍阳极的平均晶粒尺寸的下限没有具体限制，但优选为0.1μm以上。 一般情况下，镍阳极的平均晶粒尺寸可以按以下过程计算。 首先，使用聚焦离子束 (FIB) 装置创建干净的阳极横截面。 然后使用 SIM（扫描离子显微镜）拍摄横截面图像。 然后在 SIM 图像上计算每单位面积的颗粒数量。 将计数的晶粒数除以单位面积即可得到平均晶粒尺寸。 传统使用的镍阳极具有较慢的溶解速率，因为它们具有较大的平均晶粒尺寸，因此具有较小的晶界比。 结果，镍阳极可能产生氧化镍或氢氧化镍并且可能被钝化。 相反，本发明的镀镍设备中使用的镍阳极具有10μm或更小的平均晶粒尺寸。

因此，镍阳极具有较大的晶界比，表现出较大的溶解速率，因此不太可能产生氧化镍或氢氧化镍。 换句话说，本实施例的镍阳极不太可能被钝化。 因此，即使在以大电流密度连续处理晶片的情况下，也能够防止电流密度的降低和成膜速度的降低。 这里所说的高电流密度是指阳极电流密度等于或大于1.5A/dW的情况。 即使在这种高电流密度下，本实施例的镍阳极也不太可能被钝化。 本实施例的镍阳极可以用于包括电解镀镍工艺的半导体器件制造方法中。 通过使用平均晶粒尺寸为 10/m 的镍阳极！ 在电镀过程中，可以抑制镍阳极表面的钝化，从而提供稳定的镍镀膜。 如上所述，即使在以大电流密度连续处理晶片的情况下，也能够防止成膜速度的降低。 因此，可以提供稳定的镍镀膜。 因此，该实施例有助于提高质量并确保稳定的产品产量。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

示例1：

使用平均晶粒尺寸为 10/mi 或更小的镍阳极进行电解镀镍

高电流密度连续加工晶片的设备。镍阳极的平均晶粒尺寸

粒径计算如下。 首先，使用 FIB（聚焦离子束）设备制作阳极的干净横截面，然后使用 SIM（扫描离子显微镜）拍摄该横截面的图像。 图 3 显示了本例镍阳极的 SIM 图像。

平均颗粒面积S可以通过单位面积除以颗粒数量来获得。 在此示例的 SIM 图像中，可以计算单位面积的颗粒数量。 平均颗粒面积S可以通过将单位面积除以计数的颗粒数来获得。 接下来，为了将面积转换为长度，通过将晶粒近似为圆形来计算平均晶粒尺寸L。平均晶粒尺寸L通过以下公式计算

:l豕2元/" (S/n)

（其中L代表平均晶粒尺寸，S代表平均晶粒面积）。

通过上式计算，平均粒径L为0.8/mv。

如图。 图4示出了晶片处理的运行次数和镍镀膜的厚度之间的关系的图。 在该图中，显示了晶片处理的每个运行次数的镍镀膜的最大值、最小值和平均值。 发现即使当在高电流密度下连续处理晶片时，或者换言之，即使当镍阳极长时间置于高电势下时，镍阳极也不会被钝化。 由此，电流效率不会降低，因此成膜速度也不会降低。 从图 4 中的图表可以看出，即使增加晶圆加工次数，薄膜厚度也保持不变。 [比较例1]

在与实施例1相同的条件下连续处理晶片，不同之处在于使用具有平均晶粒尺寸为15/μm的镍阳极的电解镀镍装置。 使用与实施例1相同的程序计算平均晶粒尺寸。图6是该比较例的镍阳极的SIM图像。

图7是表示以大电流密度连续处理晶片时的晶片处理次数与镍镀膜厚度之间的关系的图。 由于镍阳极表面的钝化，电流效率逐渐降低，成膜速率也随之降低。 从图7中可以清楚地看出，膜层厚度逐渐减小。

与对比例1相比，实施例1的成膜速率大大提高。 如上所述，通过将实施例1的镀镍设备的镍阳极的平均晶粒尺寸减小至等于或小于10/μm，镍阳极变得不太可能生成氧化镍或氢氧化镍。 因此，即使在高电流密度下连续处理晶片，也可以防止钝化。 由于抑制了钝化，因此避免了电流效率和成膜速率的降低。 结果，实施例1成功地实现了镍镀膜的稳定供给。

此外，对于使用具有平均晶粒尺寸为8/μm的镍阳极的电解镀镍装置的情况，证实当如实施例1所述进行晶片的连续处理时，成膜速率不降低，成膜速度受到抑制。 钝化。

尽管已经基于实施例和示例描述了本发明，但是它们仅是本发明的示例并且允许除上述结构之外的各种结构。

显然，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行修改和改变。

权利要求

1.一种电解镀镍设备，其具备平均晶粒尺寸为10μm以下的镍(Ni)阳极。

2.根据权利要求1所述的电解镀镍设备，其中所述平均晶粒尺寸为3/mi以下。

3.一种用于电解镀镍的镍阳极，其平均晶粒尺寸为10μm以下。

4.一种半导体器件制造方法，包括电解镀镍工艺，其中在电解镀镍工艺中，使用平均晶粒尺寸为10μm或更小的镍阳极作为阳极。

5.一种使用权利要求1所述的电解镀镍设备制造的半导体器件。

全文摘要

本申请涉及电解镀镍设备和半导体器件的制造方法。 本发明的目的是提供一种电解镀镍设备，能够抑制镍阳极表面的钝化，防止电流效率和成膜速率的降低，提供稳定的镀镍，从而有助于提高质量，并保持稳定生产量。 电解镀镍设备设置有平均晶粒尺寸为10μm或更小的镍(Ni)阳极。

文件号码/

发表日期: 2008年11月19日 申请日期: 2008年1月29日 优先权日: 2007年1月29日

发明人 橘宇昭 申请人：恩亿希电子有限公司