在薄膜衬底上电镀低内应力铜沉积物以抑制翘曲的方法技术

薄膜衬底用铜由低内应力高延展性酸性铜电镀浴电镀。在铜电镀方法期间，所述薄膜衬底可翘曲或弯曲。为了解决铜电镀期间翘曲或弯曲的问题，通过抑制所述薄膜衬底过度活动的固定构件来固定所述薄膜衬底。

Method for electroplating low stress copper deposits on a film substrate to suppress warpage

The copper used for the film substrate is electroplated by an acid copper plating bath with low internal stress and high ductility. During the copper plating method, the film substrate can be warped or bent. In order to solve the problem of warping or bending during copper plating, the film substrate is fixed by suppressing the excessive activity of the film substrate.

【技术实现步骤摘要】
在薄膜衬底上电镀低内应力铜沉积物以抑制翘曲的方法
本专利技术涉及一种在薄膜衬底上电镀低内应力铜沉积物以抑制薄膜衬底的翘曲的方法。更确切地说，本专利技术涉及一种在铜电镀期间通过使用抑制薄膜衬底的过度活动的固定构件来在薄膜衬底上电镀低内应力铜沉积物以抑制薄膜衬底的翘曲的方法。
技术介绍
电沉积金属的内在或固有应力是由在电镀的晶体结构中的缺陷所引起的熟知现象。在电镀工序之后，此类缺陷试图自我校正，并且此引发了使沉积物收缩(抗张强度)或扩张(压缩应力)的力。此应力及其减轻可为成问题的。举例来说，当电镀主要在衬底的一侧上时，其可取决于衬底的灵活性及应力的量值导致衬底的卷曲、弯曲及翘曲。应力可导致沉积物对衬底的弱粘着，引起起泡、剥离或开裂。这尤其是对于难以粘着衬底(如半导体晶片或具有相对平滑表面形态的那些)的情况。一般来说，应力的量值与沉积物厚度成比例，因此当需要较厚沉积物时其可以是成问题的，或实际上可能限制可达到的沉积物厚度。包括利用酸性电镀方法沉积的铜的大部分金属显示内应力。工业的铜酸性电镀方法利用不同有机添加剂，其有益地改良所述电镀方法及沉积特征。还已知来自于此类电镀浴的沉积物可进行室温自退火。在此类自退火期间晶粒结构的转换同时导致沉积应力的变化，通常是增强。不仅内应力本身成问题，而且通常经受老化变化，因为沉积物自身随着时间而退火，引起不可预测性。减轻铜电镀中的固有应力的基本机理并不很好理解。如减少沉积物厚度、降低电流密度的参数，即镀覆速度、衬底类型、晶种层或下方板选择、电镀浴组合物(如阴离子型)、添加剂、杂质及污染物已知影响沉积物应力。已经采用此类减少应力的经验方法，但通常不是不变的或损害电镀方法的效率。最近的涉及研发电镀浴以解决内应力的问题的工作已略有成功；然而，随着镀覆工业移动到更薄衬底，翘曲越来越受到关注。当在薄衬底上镀覆时甚至涉及解决内应力问题的许多改进的铜电镀浴尚未能够解决翘曲问题。因此，需要减少或消除镀金属的薄膜衬底翘曲的问题的方法。
技术实现思路
一种对薄膜衬底进行铜电镀的方法包含：提供薄膜衬底；将薄膜衬底附接到固定构件以抑制薄膜衬底相对于固定构件的基本上所有移动；将一个或多个电触头附接到薄膜衬底；将与固定构件及一个或多个电触头附接的薄膜衬底传送通过低应力高延展性铜电镀浴，其中当通过铜电镀浴时薄膜衬底及固定构件与一个或多个电触头基本上保持在单一平面中；及用低应力高延展性铜电镀浴在薄膜衬底上电镀低应力高延展性铜。所述方法允许薄膜衬底传送通过低内应力高延展性铜电镀浴以使得在铜电镀之后薄膜衬底不翘曲或弯曲。在其上镀覆有铜沉积物的情况下薄膜衬底保持基本上平坦。附图说明图1A-F为两种不同的铜电镀布置的铜晶粒生长的图示。图2A-B为接合到具有电触头及非电触头的镀覆夹具的铜薄膜的图示。图3A-C为具有固定到输送机的电触头的铜薄膜及用于固定铜薄膜的两个替代输送机设计的图示。图4A-B为在膜的一侧或顶部连接到三个电连接器的铜薄膜的图示。具体实施方式除非上下文另外明确指示，否则以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；g＝克；mL＝毫升；L＝升；ppm＝百万分之一＝mg/L；A＝安培＝Amps；DC＝直流电；m＝米；dm＝分米；mm＝毫米；μm＝微米；nm＝纳米；Mw＝重均分子量；ASD＝A/dm2；v＝伏；2.54cm＝1英寸；lbf＝磅-力＝4.44822162N；N＝牛顿；psi＝磅/平方英寸＝0.06805大气压；1大气压＝1.01325×106达因/平方厘米；及RFID＝射频识别。如在整个本说明书中所使用，术语“沉积”、“镀覆”及“电镀”可互换使用。术语“横向”意指从侧面。术语“轴”指物体围绕其旋转的虚线。术语“部分”意指分子的一部分或官能团。部分＝-CH2-CH2-。不定冠词“一个(种)(a/an)”包括单数及复数。术语“延展性”意指固体材料在张应力下变形的能力。术语“张应力”意指在失效前材料耐受的最大应力。术语“平面”意指平坦表面，在所述表面上连接其上的任何两个点的直线完全位于其中。除非另外指明，否则所有百分比及比率都按重量计。所有范围是包括性的并且可按任何次序组合，除非很明显此类数值范围被限制于总计为100％。本专利技术的薄膜衬底通过固定构件固定使得在电镀工艺期间薄膜衬底保持在一个平面中。在整个电镀工艺中固定构件使薄膜衬底免于任何活动或防止平面位置的变化。当所述衬底通过镀覆浴时其限制薄膜衬底的非所需移动。相比之下，电镀薄膜衬底的常规工艺通常涉及将薄膜传送通过铜电镀浴，其中在整个电镀工艺中允许薄膜衬底明显活动或移动。此类薄膜衬底通常在一点接合到输送机系统使得薄膜衬底围绕其接合到输送机的轴旋转并且在单一平面外自侧面容易地移动到侧面。此类活动通常产生翘曲的薄膜衬底。在允许镀覆衬底在室温下老化之后此类翘曲通常更明显。镀覆在衬底上的铜通常开裂或剥离。虽然不受理论束缚，但在两个镀覆工艺中铜晶粒生长不同。当固定薄膜衬底使得在电镀期间其保持在单一平面中时，更多铜晶粒/晶核装入铜晶核的初始层之间的空隙中。此对于抑制衬底翘曲更有利。在常规工艺中，在镀覆期间衬底具有移动的灵活性。在铜成核开始后，在初始铜晶核演变/退火为较大晶粒尺寸之前存在较少能够装入空隙中的铜晶核。因此退火期间的体积收缩大于根据本专利技术方法镀覆的薄膜的体积收缩。本专利技术的薄膜具有220μm或更小但大于0的厚度范围。优选地，薄膜具有50μm到150μm，更优选地50μm到100μm的厚度范围。此类薄膜衬底通过具有几纳米的厚度的铜晶种图案化。图案可为多个不对称线，其可在宽度方面不同并且在所述衬底的一侧上在一个方向上定向。翘曲通常沿着线发生。图1A到F比较两个工艺。图1A及1B说明初始镀覆沉积物。图1A为根据本专利技术方法镀覆的沉积物，其中在镀覆期间通过固定构件将薄膜衬底固定在一个平面中。相比之下，图1B为使用常规工艺在薄膜衬底上镀覆的沉积物，其中在镀覆期间允许薄膜很大的移动自由。图1C说明由于所述衬底的移动受限制，允许较小铜晶核或晶粒沉积在初始沉积物层中间的空隙内，而在图1D中显示的常规设计中，来自初始铜沉积物层的铜晶核或较小晶粒已开始退火或生长并且因此薄膜衬底弯曲以便适应体积收缩。换句话说，在本专利技术的设计中装入更多铜晶粒并且因此与常规方法中相比的更小体积收缩。本专利技术提供物理力以抵消由退火所引起的应力。图1E说明在室温下老化之后根据本专利技术方法镀覆的薄膜衬底的铜晶粒尺寸。铜晶粒尺寸已增加到等于图1F的使用常规工艺的铜晶粒尺寸的点；然而，不存在翘曲。用于薄膜衬底的固定构件可为镀覆夹具，如图2A中所显示，其中薄膜衬底通过三个电触头及三个非电触头接合到夹具。或者，薄膜衬底可通过六个电触头固定。将薄膜固定到镀覆夹具使得相对于夹具其不移动但保持静止。随后将夹具固定到输送带使得相对于其在输送机上的位置其保持静止。夹具可在其点中的任何一个处固定到输送机，其限制条件为相对于其在输送机上的位置其保持静止。通常夹具在一个或多个沿着其顶部边缘的点及一个或多个沿着其底部边缘的点处固定到输送带。可使用螺母及螺栓或夹钳或其它固定构件将镀覆夹具接合到输送带。输送带可包括多个镀覆夹具使得多个薄膜可同时接合到输送机并且依次在薄膜上电镀铜。输送机通过电动机启动，所述电动机将薄膜传送到含有低内应力高延展性铜电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对薄膜衬底进行铜电镀的方法，包含：a)提供所述薄膜衬底；b)将所述薄膜衬底附接到固定构件以抑制所述薄膜衬底相对于所述固定构件的基本上所有移动；c)将一个或多个电触头附接到所述薄膜衬底；d)将与所述固定构件及所述一个或多个电触头附接的所述薄膜衬底传送通过低应力高延展性酸性铜电镀浴，其中当通过所述铜电镀浴时所述薄膜衬底及固定构件与所述一个或多个电触头基本上保持在单一平面中；及e)用所述低应力高延展性铜电镀浴在所述薄膜衬底上电镀低应力高延展性铜。

【技术特征摘要】
2015.11.19 US 62/2572621.一种对薄膜衬底进行铜电镀的方法，包含：a)提供所述薄膜衬底；b)将所述薄膜衬底附接到固定构件以抑制所述薄膜衬底相对于所述固定构件的基本上所有移动；c)将一个或多个电触头附接到所述薄膜衬底；d)将与所述固定构件及所述一个或多个电触头附接的所述薄膜衬底传送通过低应力高延展性酸性铜电镀浴，其中当通过所述铜电镀浴时所述薄膜衬底及固定构件与所述一个或多个电触头基本上保持在单一平面中；及e)用所述低应力高延展性铜电镀浴在所述薄膜衬底上电镀低应力高延展性铜。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜衬底为220μm厚或更小但大于0。3.根据权利要求1所述的方法，其中通过输送...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·H·高，L·魏，L·戈麦斯，M·列斐伏尔，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US