含有2‑咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和电镀铟的方法技术

含有2‑咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物在金属层上电镀具有平滑表面形态的基本上无缺陷的均一层。所述铟电镀组合物可用于将铟金属电镀于如半导体晶片的各种衬底的金属层上并且可用作热界面材料。

Method of electroplating composition containing indium 2 sulfur compounds and ketone imidazolidine indium electroplating

Electroplating composition containing indium 2 sulfur compounds imidazolidine plating has smooth surface morphology basically defect free uniform layer on the metal layer. The indium plating composition can be used to electroplating indium metal on a metal layer such as a variety of substrates of a semiconductor wafer and can be used as a hot interface material.

【技术实现步骤摘要】
含有2-咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和电镀铟的方法
本专利技术涉及含有2-咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和用于将铟金属电镀于金属层上的方法。更具体来说，本专利技术涉及含有2-咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和将铟金属电镀于金属层上的方法，其中铟金属沉积物为均一、基本上无空隙的并且具有平滑表面形态。
技术介绍
可再现地将具有目标厚度和平滑表面形态的无空隙均一铟镀覆于金属层上的能力具有挑战性。铟还原在比质子还原的电位更负的电位下发生，并且阴极处显著的氢鼓泡会造成表面粗糙度增加。形成于铟沉积工艺中的由于惰性电子对效应(inertpaireffect)而稳定化的铟(1+)离子会催化质子还原并且参与歧化反应以再生铟(3+)离子。在不存在络合剂的情况下，铟离子在大于pH>3下开始从溶液沉淀。将铟镀覆于如镍、锡、铜和金的金属上具有挑战性，因为这些金属为针对质子还原的良好催化剂并且比铟更具惰性，因此其可在电流相互作用中造成铟的腐蚀。铟还可与这些金属形成不合需要的金属间化合物。最后，尚未充分研究铟化学性质和电化学性质，因此与可充当添加剂的化合物的相互作用是未知的。一般来说，常规铟电镀浴尚不能电镀与多种凸块下金属(underbumpmetal；UBM)(如镍、铜、金和锡)相容的铟沉积物。更重要的是，常规铟电镀浴尚不能在包括镍的衬底上电镀具有高共面性和高表面平坦度的铟。然而，铟由于其独特的物理特性而为许多行业中高度期望的金属。举例来说，其足够软而使其易于变形并且填充两个配合部分之间的微结构，具有低熔融温度(156℃)和高热导率(～82W/m°K)、良好电导率、与堆叠中的其它金属合金化并且形成金属间化合物的良好能力。其可用作3D堆叠组装的所需工艺的低温焊料凸块材料，以减少在回焊加工期间所诱发的热应力对所组装芯片的破坏。此类特性使铟在电子和相关行业(包括半导体和多晶薄膜太阳能电池)中实现各种用途。铟还可用作热界面材料(TIM)。TIM对于保护电子装置(如集成电路(IC)和有源半导体装置(例如微处理器))避免超过其操作温度极限来说是至关重要的。其使得发热装置(例如硅半导体)能够粘结到散热片或散热器(例如铜和铝组件)而不会产生过剩的热屏障。TIM还可用于构成总热阻抗路径的散热片或散热器堆叠中的其它组件的组装中。使用若干类别的材料，例如热油脂、热凝胶、粘合剂、弹性体、热垫和相变材料作为TIM。尽管前述TIM已经足以用于许多半导体装置，但半导体装置的性能增加已使得此类TIM不足。许多当前TIM的热导率不超过5W/m°K并且许多小于1W/m°K。然而，目前需要以超过15W/m°K的有效热导率形成热界面的TIM。因此，铟对于电子装置为高度期望的金属，并且存在对用于将铟金属电镀于金属衬底上的改良的铟组合物的需要。
技术实现思路
组合物包括一种或多种铟离子源、一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物和柠檬酸、其盐或其混合物。方法包括提供包括金属层的衬底；使衬底与包括一种或多种铟离子源、一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物和柠檬酸、其盐或其混合物的铟电镀组合物接触；且用铟电镀组合物将铟金属层电镀在衬底的金属层上。铟电镀组合物可在基本上无空隙、均一并且具有平滑形态的金属层上提供铟金属的沉积物。可再现地镀覆具有目标厚度和平滑表面形态的无空隙均一铟的能力实现铟在电子行业，包括半导体和多晶薄膜太阳能电池中的扩大用途。从本专利技术的电镀组合物中沉积的铟可用作3D堆叠组装所需的低温焊料材料，以减少在回焊加工期间所诱发的热应力对所组装芯片的破坏。铟还可用作热界面材料以保护电子装置，如微处理器和集成电路。本专利技术解决了先前不能电镀为了满足先进电子装置中的应用要求而具有足够特性的铟层的多种问题。附图说明图1A为具有75μm直径的镀镍通孔的光学显微镜图像。图1B为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像。图2为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有0.25g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。图3为具有50μm长度的镀镍矩形通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有1.25g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。图4为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有0.01g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。图5为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有0.1g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。图6为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮和氯化钠的铟组合物电镀。具体实施方式如整个本说明书所用，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；°K＝开尔文温度；g＝克；mg＝毫克；L＝升；A＝安培；dm＝分米；ASD＝A/dm2＝电流密度；μm＝微米(micron/micrometer)；ppm＝百万分率；ppb＝十亿分率；ppm＝mg/L；铟离子＝In3+；Li+＝锂离子；Na+＝钠离子；K+＝钾离子；NH4+＝铵离子；nm＝纳米＝10-9米；μm＝微米＝10-6米；M＝摩尔；MEMS＝微机电系统；TIM＝热界面材料；IC＝集成电路；EO＝环氧乙烷和PO＝环氧丙烷。术语“沉积”、“镀覆”和“电镀”在整个本说明书中可互换使用。术语“共聚物”为由两种或更多种不同聚体构成的化合物。术语“树枝状晶体”意指支化尖峰样金属晶体。除非另外说明，否则所有镀浴都是基于水性溶剂(即，基于水)的镀浴。除非另外说明，否则所有的量都是重量百分比并且所有比率都是摩尔比。所有数值范围是包括性的并且可按任何顺序组合，但其中此类数值范围在逻辑上限制为总计共100％。组合物包括可溶于水性环境中的一种或多种铟离子源。铟组合物不含合金金属。此类来源包括(但不限于)烷烃磺酸和芳香族磺酸(如甲烷磺酸、乙烷磺酸、丁烷磺酸、苯磺酸和甲苯磺酸)的铟盐；氨基磺酸的铟盐、硫酸铟盐、氯化物和溴化物铟盐、硝酸盐、氢氧化物盐、铟氧化物、氟硼酸盐、羧酸(如柠檬酸、乙酰乙酸、乙醛酸、丙酮酸、乙醇酸、丙二酸、羟肟酸、亚氨基二乙酸、水杨酸、甘油酸、丁二酸、苹果酸、酒石酸、羟基丁酸)的铟盐、氨基酸(如精氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)的铟盐。通常，铟离子源为硫酸、氨基磺酸、烷烃磺酸、芳香族磺酸和羧酸的一种或多种铟盐。更通常，铟离子源为硫酸和氨基磺酸的一种或多种铟盐。水溶性铟盐以充足的量包括于组合物中以提供具有所需厚度的铟沉积物。优选地，水溶性铟盐以2g/L到70g/L、更优选地2g/L到60g/L、最优选地2g/L到30g/L的量包括于组合物中以在组合物中提供铟(3+)离子。一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物包括于铟组合物中。一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物以0.005g/l到5g/L，优选地0.01g/L到3g/L，更优选地0.01g/L到1.5g/L的量包括于铟组合物中。2-咪唑烷硫酮化合物包括(但不限于)具有下式的那些化合物：其中R1和R2独立地选自氢、直链或支链(C1-C12)烷基、直链或支链羟基(C1-C12)烷基、直链或支链(C1-C12)烷氧基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其包含一种或多种铟离子源、一种或多种2‑咪唑烷硫酮化合物和柠檬酸、其盐或其混合物。

【技术特征摘要】
2016.07.18 US 62/3635401.一种组合物，其包含一种或多种铟离子源、一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物和柠檬酸、其盐或其混合物。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物具有下式：其中R1和R2独立地选自氢、直链或支链(C1-C12)烷基、直链或支链羟基(C1-C12)烷基、直链或支链(C1-C12)烷氧基、直链或支链(C3-C12)烯丙基、氨基、伯、仲或叔氨基(C1-C12)烷基、乙酰基和经取代或未经取代的芳基(C1-C12)烷基；R3、R4、R5和R6独立地选自氢、直链或支链(C1-C12)烷基、羟基、直链或支链羟基(C1-C12)烷基、伯、仲或叔氨基、芳基、直链或支链(C1-C12)烷氧基、伯、仲或叔氨基(C1-C12)烷基和乙酰基、芳基上的取代基包括(但不限于)直链或支链(C1-C5)烷基、羟基、羟基(C1-C5)烷基、(C1-C3)烷氧基和伯、仲和叔氨基(C1-C5)烷基。3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物选自2-咪唑烷硫酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷硫酮、1-甲基-5-苯基-2-咪唑烷硫酮、1,3-二乙基-2-咪唑烷硫酮、1-甲基-2-咪唑烷硫酮、4,4-二甲基-2-咪唑烷硫酮、4,5-二甲基-2-咪唑烷硫酮、(4S)-4-甲基-2-咪唑烷硫酮、1-十二烷基-2-咪唑烷硫酮、1-丁基-5-(1-甲基乙基)-2-咪唑烷硫酮、1,3-二烯丙基-2-咪唑烷硫酮、1-乙酰基-3-烯丙基-2-咪唑烷硫酮、1-(2-氨基乙基)-2-咪唑烷硫酮、1-乙酰基-2-咪唑烷硫酮、4,5-二羟基-1-甲基-2-咪唑烷硫酮、1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮、1,3-双(羟甲基)-2-咪唑烷硫酮、1-乙基-5-(4-甲氧苯基)-2-咪唑烷硫酮、1,3-二...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·秦，K·弗拉伊斯里克，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