能够电镀大尺寸化经光致抗蚀剂限定的特征的铜电镀浴和电镀方法技术

本发明专利技术提供允许在高电流密度下镀覆具有基本上均匀的形态和减少的节结产生的经光致抗蚀剂限定的大型特征的铜电镀浴和方法。所述铜电镀浴包括提供具有良好TIR％和WID％平衡的大型特征的杂环含氮共聚物的混合物。

A copper plating bath and an electroplating method capable of electroplating large size characteristics defined by photoresist

The present invention provides copper plating baths and methods capable of coating large characteristics of photoresist defined with substantially uniform morphology and reduced junction yield at high current densities. The copper plating bath includes a mixture of heterocyclic nitrogen-containing copolymers providing large characteristics with good TIR% and WID% balances.

【技术实现步骤摘要】
能够电镀大尺寸化经光致抗蚀剂限定的特征的铜电镀浴和电镀方法
本专利技术涉及能够电镀大尺寸化经光致抗蚀剂限定的特征的铜电镀浴和电镀方法。更确切地说，本专利技术涉及能够电镀大尺寸化经光致抗蚀剂限定的特征的铜电镀浴和电镀方法，其中所述大尺寸化经光致抗蚀剂限定的特征具有基本上均匀的表面形态。
技术介绍
经光致抗蚀剂限定的特征包括铜柱和再分布层布线，如集成电路芯片和印刷电路板的接合垫和线空间特征。所述特征由光刻方法形成，其中将光致抗蚀剂施加到衬底(如半导体晶片芯片，通常在封装技术中称为裸片，或环氧树脂/玻璃印刷电路板)。一般来说，将光致抗蚀剂施加到衬底的表面并且将具有图案的掩模施加到光致抗蚀剂上。将具有掩模的衬底暴露于如UV光的辐射。通常将暴露于辐射的光致抗蚀剂部分显影掉或去除，使衬底的表面暴露。取决于掩模的特定图案，电路线或通孔的轮廓可用留在衬底上的未暴露的光致抗蚀剂形成，形成电路线图案或通孔的壁。衬底的表面包括使得衬底表面能够导电的金属晶种层或其它导电金属或金属合金材料。具有图案化光致抗蚀剂的衬底接着浸没在金属电镀浴(通常为铜电镀浴)中，并且将金属电镀在电路线图案或通孔中，以形成特征，如柱、接合垫或电路线，即线空间特征。当电镀完成时，用剥离溶液将光致抗蚀剂的其余部分自衬底剥离，并且进一步处理具有经光致抗蚀剂限定的特征的衬底。柱(如铜柱)通常用焊料盖住以实现镀覆柱的半导体芯片与衬底之间的粘合以及电导。此类布置见于先进封装技术中。归因于改进的输入/输出(I/O)密度，与单独焊料凸起相比，焊料覆盖的铜柱架构在先进封装应用中为快速生长段。具有不可回焊铜柱和可回焊焊料帽的铜柱凸块具有以下优点：(1)铜具有低电阻和高电流密度能力；(2)铜的导热率提供超过三倍的焊接凸点导热率；(3)可改进可能引起可靠性问题的传统BGACTE(球栅阵列热膨胀系数)错配问题；以及(4)铜柱在回焊期间不塌陷，允许极细间距而不损害托脚高度。在所有铜柱凸块制造方法中，电镀到目前为止为商业上最可行的方法。在实际工业生产中，考虑到成本和工艺条件，电镀提供大规模生产率，并且在形成铜柱之后不存在用以改变铜柱表面形态的抛光或腐蚀工艺。因此，尤其重要的是通过电镀获得平滑表面形态。用于电镀铜柱的理想铜电镀化学物质和方法在用焊料回焊之后产生具有优异均匀性、平坦柱形状和无空隙金属间界面的沉积物，并且能够以高沉积速率镀覆以实现高晶片产量。然而，所述镀覆化学物质和方法的发展为行业的难题，因为一种属性的改进通常会以另一种属性为代价。当镀覆具有相对大的直径和高度的铜柱时尤其如此。此类铜柱通常称为大型柱并且可具有50μm直到和超过200μm的高度。为了获得此类尺寸，铜柱在5安培/平方分米和更高，通常20安培/平方分米和更高的高镀覆速率下由镀覆浴来电镀。在此类高镀覆速率下，由许多常规铜电镀浴电镀的柱产生节结缺陷和不规则表面形态。此类节结缺陷和不规则表面形态可损害包括柱的电子制品的性能。基于铜柱的结构已被各种制造商用于消费品，如智能电话和PC。随着晶片级处理(WLP)持续演变并且采用铜柱技术，会有对于可制造可靠铜大型柱结构的具有先进能力的铜电镀浴和方法的不断增加的需求。因此，需要如下铜电镀浴和方法：其提供铜光致抗蚀剂限定的特征(如铜柱)，其中所述特征具有基本上均匀的表面形态，并且能够在较高电镀速率下在减少的或无节结产生下电镀大型特征。
技术实现思路
一种方法包括：提供衬底，其包含光致抗蚀剂层，其中光致抗蚀剂层包含多个孔口；提供铜电镀浴，其包括一种或多种铜离子来源、一种或多种电解质、一种或多种加速剂、一种或多种抑制剂、双环氧化物与具有下式的芳香族氨基酸化合物的一种或多种第一反应产物：其中R1和R2独立地选自氢、-NH2和-OH；E为氮或CR3；G为氮或CR4并且Z为氮或CR5，其限制条件为E、G和Z中的仅一个同时为氮并且R3、R4和R5独立地选自氢、-NH2和-OH，其限制条件为R1、R2、R3、R4和R5中的至少一个为-NH2；以及咪唑与环氧化物的一种或多种第二反应产物；将包含具有多个孔口的光致抗蚀剂层的衬底浸没在铜电镀浴中；以及在多个孔口中电镀多个经光致抗蚀剂限定的铜大型特征，多个经光致抗蚀剂限定的大型特征包含-5％到+15％的平均TIR％。铜电镀浴包括一种或多种铜离子来源、一种或多种电解质、一种或多种加速剂、一种或多种抑制剂、双环氧化物与具有下式的芳香族氨基酸化合物的一种或多种第一反应产物：其中R1和R2独立地选自氢、-NH2和-OH；E为氮或CR3；G为氮或CR4并且Z为氮或CR5，其限制条件为E、G和Z中的仅一个同时为氮并且R3、R4和R5独立地选自氢、-NH2和-OH，其限制条件为R1、R2、R3、R4和R5中的至少一个为-NH2；以及咪唑与环氧化物的一种或多种第二反应产物，其呈足够量以电镀平均TIR％为-5％到+15％的经光致抗蚀剂限定的铜大型特征。衬底上的多个经光致抗蚀剂限定的大型特征包含-5％到+15％的平均TIR％和0％到25％的平均WID％。包括两种反应产物的组合的铜电镀方法和浴提供具有基本上均匀的形态和基本上不含节结的经光致抗蚀剂限定的铜大型特征。铜大型柱和接合垫具有基本上平坦的轮廓。所述铜电镀浴和方法能够实现平均TIR％以实现所期望的形态。附图说明图1为具有由本专利技术的铜电镀浴电镀的平滑形态的具有200μm的高度的铜大型柱在300×下的SEM。图2为具有200μm的高度的具有严重凹陷顶部的铜大型柱在300×下的SEM。图3为具有由本专利技术的铜电镀浴电镀的平滑形态的具有200μm的高度的铜大型柱在300×下的SEM。图4为具有200μm的高度的在其顶部上具有严重凸起的铜大型柱在300×下的SEM。图5为具有200μm的高度的在其顶部上具有严重凸起的铜大型柱在300×下的SEM。图6为在其顶部上具有严重椅子状配置的铜柱在300×下的SEM。具体实施方式除非上下文另作明确指示，否则如在整个本说明书中所使用的以下缩写应具有以下含义：A＝安培；A/dm2＝安培/平方分米＝ASD；℃＝摄氏度；UV＝紫外辐射；g＝克；ppm＝百万分率＝mg/L；L＝升，μm＝微米(micron)＝微米(micrometer)；mm＝毫米；cm＝厘米；DI＝去离子；mL＝毫升；mol＝摩尔；mmol＝毫摩尔；Mw＝重量平均分子量；Mn＝数目平均分子量；SEM＝扫描电子显微镜；FIB＝聚焦离子束；WID＝裸片内；TIR＝总指示偏差量＝总指示器读数＝全指示器移动＝FIM；RDL＝再分布层；以及Avg.＝平均值。如在整个本说明书中所使用，术语“镀覆”是指金属电镀。“沉积”和“镀覆”在本说明书全文中可互换使用。“加速剂”是指提高电镀浴的镀覆速率的有机添加剂。“抑制剂”是指在电镀期间抑制金属镀覆速率的有机添加剂。术语“阵列”意指有序的布置。术语“部分”意指可以包括整个官能团或官能团的一部分作为子结构的分子或聚合物的一部分。术语“部分”和“基团”在整个本说明书中可互换使用。术语“孔口”意指开口、孔、间隙或通孔。术语“形态”意指物件的形式、形状和结构。术语“总指示器偏差量”或“总指示器读数”为零件的平面、圆柱形或波状表面的最大与最小测量值(即，指示器的读数)之间的差值，展示其与其它圆柱形特征或类似条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：a)提供包含光致抗蚀剂层的衬底，其中所述光致抗蚀剂层包含多个孔口；b)提供铜电镀浴，其包含一种或多种铜离子来源、一种或多种电解质、一种或多种加速剂、一种或多种抑制剂、双环氧化物与具有下式的芳香族氨基酸化合物的一种或多种第一反应产物：

【技术特征摘要】
2016.03.29 US 62/3144351.一种方法，其包含：a)提供包含光致抗蚀剂层的衬底，其中所述光致抗蚀剂层包含多个孔口；b)提供铜电镀浴，其包含一种或多种铜离子来源、一种或多种电解质、一种或多种加速剂、一种或多种抑制剂、双环氧化物与具有下式的芳香族氨基酸化合物的一种或多种第一反应产物：其中R1和R2独立地选自氢、-NH2和-OH；E为氮或CR3；G为氮或CR4并且Z为氮或CR5，其限制条件为E、G和Z中的仅一个同时为氮并且R3、R4和R5独立地选自氢、-NH2和-OH，其限制条件为R1、R2、R3、R4和R5中的至少一个为-NH2；及咪唑与环氧化物的一种或多种第二反应产物；c)将包含具有所述多个孔口的所述光致抗蚀剂层的所述衬底浸没在所述铜电镀浴中；以及d)在所述多个孔口中电镀多个铜光致抗蚀剂限定的大型特征，所述多个经光致抗蚀剂限定的大型特征包含-5％到+15％的平均TIR％。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底上的铜光致抗蚀剂限定的大型特征的阵列的平均WID％为0％到25％。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种双环氧化物具有下式：其中R6和R7独立地选自氢和(C1-C4)烷基，A＝O((CR8R9)mO)n或(CH2)y，各R8和R9独立地选自氢、甲基或羟基，m＝1到6，n＝1到20并且y＝0到6，并且当y＝0时，A为化...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·托尔塞斯，R·阿兹布鲁克，M·斯卡利西，Z·尼亚兹伊别特娃，J·狄茨维斯泽柯，
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