[发明专利]锡镀覆浴液和在衬底的表面上沉积锡或锡合金的方法

说明书

本发明涉及一种锡镀覆浴液，其包含锡离子；至少一种选自由焦磷酸根离子、直链聚磷酸根离子和环聚磷酸根离子组成的群组的络合剂；和含氮和硫的稳定添加剂和作为适于将锡离子还原成金属锡的还原剂的钛(III)离子。本发明另外公开在衬底的表面上沉积锡或锡合金的方法。所述锡镀覆浴液特别适用于电子和半导体行业。

技术领域

本发明涉及锡镀覆浴液，特定来说无电式(自催化)锡镀覆浴液，和在至少一个衬底的至少一个表面上沉积锡或锡合金的方法。

背景技术

锡和锡合金在电子零件(如印刷电路板、IC衬底和半导体晶片)上的沉积尤其用作这类电子零件的后期制造步骤中的可焊接和可接合修整。

锡和锡合金沉积通常在金属接触区域(如接触垫和凸点结构)上形成。所述接触区域通常由铜或铜合金制成。假如可以电接触这类接触垫用于沉积锡和锡合金层，那么这类层可以通过常规电镀方法沉积。然而，在许多情况下，个别接触区域不可以电接触。在这类情况下，需要应用无电式镀覆方法。行业中选择用于无电式镀覆锡和锡合金层的方法过去为浸入式镀覆。浸入式镀覆的主要缺点为锡或锡合金沉积的厚度有限。浸入式镀覆以锡离子与打算镀覆的金属铜接触区域之间的交换为基础。对于浸入式镀覆锡或锡合金层，沉积速率随着锡层厚度增加而大幅度下降，因为生长锡层阻碍铜对锡的交换。

通常，在这类浸入式镀覆浴液中锡是使用硫脲作为络合剂沉积的。然而，硫脲具有若干缺点。首先，其溶解来自打算镀覆的表面的金属离子，特定来说来自形成不溶残渣的亚铜表面的铜，以及其次，它是致癌物。其替换的尝试迄今普遍不成功。此外，由于接近打算镀覆的表面的镀覆浴液损失，因此浸入式镀覆浴液经常显示镀覆速率随着时间损失，且因此镀覆过程最终停止。因此，为了满足当今行业要求，需要锡或锡合金沉积的新颖观念。另一种普遍使用的络合剂是氰化物，其因为毒性和生态原因而也是有问题的。

在期望较厚锡层或锡合金层并且不可以提供电连接的情况下，需要自催化类型的无电式镀覆过程。用于自催化镀覆锡或锡合金的镀覆浴液组合物包含(化学)还原剂。

US 2005/077186 A1公开一种酸性电解锡镀覆浴液，其包含具有连接到不同碳原子的硫醚基和氨基的脂肪族络合剂。这类硫化合物还用于电解青铜镀覆(DE 10 2013 226297 B3和EP 1 001 054 A2)和如在CN 1804142 A以及CN 103173807 A中所述的电解锡镀覆中。

包含水溶性锡化合物、水溶性钛化合物和含有三价磷的有机络合剂的自催化锡镀覆浴液公开于WO 2008/081637 A1中。

WO 2009/157334 A1涉及包含有机络合剂和有机硫化合物的无电式锡镀覆浴液。然而，公开的镀覆浴液显示镀覆速率随时间快速损失并且导致低的总镀覆速率(参见比较例)。这是所属领域中已知的许多锡镀覆浴液(特定来说无电式锡镀覆浴液)的主要缺点。

GB 1,436,645公开一种浸入式锡镀覆浴液，其包含矿物酸和硫组分(如硫脲和金属多硫化物)。

通常，常规锡镀覆浴液显示以非常高的镀覆速率开始，然后镀覆速率随使用时间显著降低的镀覆行为。在一些情况下，镀覆速率在前几分钟内产生尖峰，然后一直较快下降。非常不期望这类行为，因为其使得非常难以控制镀覆结果(如沉积均匀性和厚度)。

本发明的目标

因此，本发明的一个目标为克服现有技术的缺点。另一目标为提供相较于从现有技术已知的无电式锡镀覆浴液具有提高的镀覆速率的锡镀覆浴液。

另一目标为提供(足够)稳定对抗析出(例如，在制备后至少1小时或在使用期间)的锡镀覆浴液。

发明内容

通过本发明锡镀覆浴液解决上述目标，所述锡镀覆浴液包含

(a)锡离子；