IMCs PbSn
P- rich region
Unreacted Co(W,P)
Cu
5 µm Ti
圖4-24. 圖 4-20 之界面部份放大圖。
成分 濃度（at. %）
Co 43.19 P 18.10 W 1.95
圖4-25. 圖 4-24 中富磷區的 EDS 分析圖譜。
4-5-2. 結晶結構對擴散阻擋能力之影響
圖4-26 與 4-27 分別是以 pH 值 8.6 與 8.0 所析鍍的無電鍍鈷鎢磷薄膜試片，
將其與融熔銲錫進行250°C、40 分鐘的時效熱處理之 SEM 截面形貌與 EDS 元素 線掃描圖譜，無電鍍鈷鎢磷係依4-2-5 節所述的鍍率條件鍍成 5 µm 厚的薄膜。
圖4-26 與 4-27 所示之 EDS 元素線掃描的分析皆顯示錫元素並未擴散進入無 電鍍鈷鎢磷薄膜擴內，其中pH 值 8.0 的試片是複晶結構，而 pH 值 8.6 的試片是 接近非晶態的奈米微晶結構，兩者皆具有磷、鎢等元素，其能填塞在晶界發揮對 銅原子擴散阻障的效果。250°C、40 分鐘之液態時效試驗約消耗約 2 µm 左右的 鈷鎢磷薄膜，因此對銲錫而言，其阻障行為等同於犧牲型擴散阻障層。比較pH = 8.0 與 8.6 兩組試片發現兩種薄膜與銲錫的反應速率差異不大，以對銲錫的擴散 阻擋作用來說，以pH = 8.0 的試片即能達成阻障的效果；再以鍍率的觀點來看，
pH 值 8.6 的試片鍍到 5 µm 需要 7 小時 21 分鐘，8.0 的試片只需要 3 小時 35 分 鐘，製程時間差異頗大，但考慮無電鍍鈷鎢磷薄膜也需要抵擋底部銅原子的擴
散，因非晶質結構對銅原子的阻擋效果較好，故pH = 8.6 的條件鍍成之無電鍍鈷 鎢磷薄膜可能較為合適。
Cu Co(W,P) P-rich
Ti Cu
Co Sn
intensity
distance
PbSn
5 µm
圖4-26. pH = 8.6 鍍成之無電鍍鈷鎢磷薄膜與融熔銲錫反應的 SEM 橫截面圖及 EDS 元素線掃描分析圖譜。
Cu Co(W,P) P-rich
Co Sn Cu
Ti
intensity
distance
PbSn
5 µm
圖4-27. pH = 8.0 鍍成之無電鍍鈷鎢磷薄膜與融熔銲錫反應的 SEM 橫截面圖及 EDS 元素線掃描分析圖譜。
4-5-3. 鎢對擴散阻障的影響
本項實驗的目的在探討鎢對擴散阻障的貢獻，故以未加入鎢酸鈉的鍍液（其 它部分與表3-2 同，pH值設定為 8.6，鍍膜厚度 8 µm）製作鈷磷合金薄膜，並進 行250°C，40 分鐘之液態時效試驗。圖 4-28 所示為鈷磷合金薄膜之液態反應試 驗界面形貌，其結果與前一節所述之鈷鎢磷合金薄膜實驗結果相似，但膜層消耗 速率較快（約消耗3 µm），這項結果顯示加入 1 至 2 at.%的鎢可抑制合金反應，
對無電鍍薄膜對銲錫的阻擋能力有一定程度的幫助；且就銅製程的觀點觀之，加 入鎢可以大幅提升薄膜對銅原子的阻擋能力，故在鈷磷合金薄膜裡加入鎢有其價 值存在。界面處形成的化合物作亦以EDS進行分析，其結果顯示鈷與磷的比例非 常接近2：1，故應為Co2P介金屬相（見圖 2-29）。
P-rich region
Unreacted Co(W,P)
Cu
5 µm Ti
圖4-28. 無電鍍鈷磷合金薄膜的液態時效試驗界面形貌。
成分 濃度 at. % Co 42.10
P 21.59
圖2-29. 圖 4-28 中富磷區的 EDS 分析圖譜。
4-5-4. 薄膜的晶粒成長現象
在長時間的熱處理後，非晶質結構的材料會產生再結晶、晶粒成長的現象；
複晶材料的晶粒也會逐漸成長，我們把鍍在銅基板上的薄膜作250°C 長時間熱處 理後也觀察到相同現象。如圖4-30 所示，將奈米微晶結構的薄膜（析鍍條件為 pH 值 = 8.5，在此條件下薄膜的成分分佈可以參考圖 4-7 的結果：磷含量約在 8 至9 at.%之間，鎢約在 1.6 至 1.2 at.%之間）長時間退火後，繞射峰逐漸出現（包 括鈷與銅的繞射峰）。以擴散的角度來看，非晶質結構的薄膜若是發生晶粒成長 後則擴散阻擋能力有下降之虞，但如前所述，鎢、磷元素對晶界的填塞將可發揮 擴散阻障效應[4,28]，因此這一部分對可靠度的影響估計不會太嚴重。
35 40 45 50 55 面處長出，經過EDS分析後鑑定為CoSn2，與 250°C液態反應試驗所生成的介金 屬相相同，因此圖4-20 中分散於銲錫中之針狀CoSn2相應為界面長出之介金屬相 發生散裂（Spallation）後進入銲錫區之結果。在介金屬相下層同樣是含有鈷、錫、
磷、鉛、鎢等數種不同的元素的區域，也與液態處理時相同。最下層深灰色部分 則是未被反應的鈷鎢磷合金。