含有胺化合物的铟电镀组合物和铟电镀方法技术

一种铟电镀组合物，其含有痕量的胺化合物以电镀基本上无缺陷的均匀铟，所述铟具有光滑表面形态。铟电镀组合物可以用于在各种衬底(如半导体晶片)的金属层上电镀铟金属以及用作热界面材料。

Indium electroplating compositions and indium plating methods containing amine compounds

An indium electroplating composition containing trace amine compounds to electroplating basically defective uniform indium, which has a smooth surface morphology. Indium plating compositions can be used to electroplate indium metals on various substrates (such as semiconductor wafers) and to be used as thermal interface materials.

【技术实现步骤摘要】
含有胺化合物的铟电镀组合物和铟电镀方法
本专利技术涉及含有痕量的胺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。更确切地说，本专利技术涉及含有痕量的胺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，其中铟金属沉积物是均匀的、基本上无空隙的且具有光滑表面形态。
技术介绍
在金属层上能够可再现地电镀具有目标厚度和光滑表面形态的无空隙均匀铟具有挑战性。铟还原发生时的电位比质子还原时的电位更负，且阴极处显著的氢气鼓泡导致表面粗糙度增加。在铟沉积过程中形成的由于惰性配对效应而稳定化的铟(1+)离子催化了质子还原且参与歧化反应而使铟(3+)离子再生。在缺乏络合剂的情况下，铟离子开始从高于pH>3的溶液中沉淀。在如镍、锡、铜和金的金属上电镀铟具有挑战性，原因是这些金属是用于质子还原的良好催化剂且惰性比铟更强，从而其可导致铟以电化相互作用被腐蚀。铟还可以与这些金属形成非所期望的金属间化合物。最后，由于铟化学和电化学性质尚未被充分研究，因此与可以充当添加剂的化合物发生的相互作用未知。一般来说，传统的铟电镀浴尚无法电镀与多种凸点下金属(UBM)(如镍、铜、金和锡)相容的铟沉积物。更重要的是，传统的铟电镀浴无法在包括镍的衬底上电镀具有高共平面度和高表面平坦度的铟。然而，铟由于其物理特性独特而在许多行业中是高度期望的金属。举例来说，其充分地软以致其容易变形且填入两个配合部分之间的微观结构中，具有较低熔融温度(156℃)和高导热率(约82W/m°K)、良好导电性、与其它金属以堆叠方式形成合金且形成金属间化合物的良好能力。其可以作为低温焊料凸块材料用于所期望的3D堆叠组装方法中以减少在回焊加工期间所诱导的热应力对所组装芯片的损伤。这类特性允许铟在电子设备和相关行业(包括半导体和多晶薄膜太阳能电池)中实现多种用途。铟还可以用作热界面材料(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))以免超过其操作温度极限来说是关键的。其允许发热装置(例如硅半导体)粘结到散热片或散热器(例如铜和铝组分)而不产生过多的热屏障。TIM还可以用于构成总体热阻抗路径的散热片或散热器堆叠中的其它组件的组装。作为TIM，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。虽然前述TIM已经足以用于多种半导体装置，但是半导体装置的性能增加已经使得这类TIM不足。多种当前TIM的热导率不超过5W/m°K且多者小于1W/m°K。然而，目前需要在超过15W/m°K的有效热导率下形成热界面的TIM。因此，铟是电子装置高度期望的金属，且需要改进的铟组合物用于在金属衬底上电镀铟金属(具体地说，铟金属)层。
技术实现思路
组合物包括一或多种铟离子源、柠檬酸、其盐或其混合物以及含量为0.1ppm到100ppm的一或多种胺化合物，所述胺化合物具有下式：其中R1选自氢；(CH2)aNR4R5，其中R4和R5独立地选自氢和直链或分支链(C1-C4)烷基且a是整数1到4；(CH2CHR6-O)xH或其盐，其中R6选自氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且x是整数1到20；羧基(C1-C4)烷基或其盐；或(CH2CHR6-O)p(CH2CHR9-O)xH或其盐，其中R9是氢或直链或分支链(C1-C4)烷基和p是1-20；R2选自氢；直链或分支链(C1-C4)烷基；(CH2CHR6-O)yH或其盐，其中R6如上文所定义且y是整数1到20；羧基(C1-C4)烷基或其盐；或(CH2CHR6-O)q(CH2CHR10-O)yH或其盐，其中R10是氢；直链或分支链(C1-C4)烷基且q是整数1到20；R3选自椰油烷基；R'-O-(CH2)m，其中R'选自氢、饱和或不饱和直链或分支链(C1-C20)烷基，m是整数1到4；(CH2)mNR7R8，其中R7是(CH2CHR6-O)p(CH2CHR9-O)xH或其盐且R8是(CH2CHR6-O)q(CH2CHR10-O)yH或其盐；且G是(CH2CHR6-O)zH或其盐，其中z是整数1到20或→O且n是0或1。方法包括：提供衬底，包括金属层；使衬底与铟电镀组合物接触，所述组合物包括一或多种铟离子源、柠檬酸、其盐或其混合物和含量为0.1ppm到100ppm的一或多种胺化合物，所述胺化合物具有下式：其中R1选自氢；(CH2)aNR4R5，其中R4和R5独立地选自氢和直链或分支链(C1-C4)烷基且a是整数1到4；(CH2CHR6-O)xH或其盐，其中R6选自氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且x是整数1到20；羧基(C1-C4)烷基或其盐；或(CH2CHR6-O)p(CH2CHR9-O)xH或其盐，其中R9是氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且p是整数1到20；R2选自氢；直链或分支链(C1-C4)烷基；(CH2CHR6-O)yH或其盐，其中R6如上文所定义且y是整数1到20；羧基(C1-C4)烷基或其盐；或(CH2CHR6-O)q(CH2CHR10-O)yH或其盐，其中R10是氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且q是整数1到20；R3选自椰油烷基；R'-O-(CH2)m，其中R'选自氢、饱和或不饱和直链或分支链(C1-C20)烷基，m是整数1到4；(CH2)mNR7R8，其中R7是(CH2CHR6-O)p(CH2CHR9-O)xH或其盐且R8是(CH2CHR6-O)q(CH2CHR10-O)yH或其盐；且G是(CH2CHR6-O)zH或其盐，其中z是整数1到20或→O且n是0或1；以及使用铟电镀组合物在衬底的金属层上电镀铟金属层。铟电镀组合物可以在基本上无空隙、均匀且具有光滑形态的金属层上提供铟金属。可再现地电镀具有目标厚度和光滑表面形态的无空隙均匀铟的能力允许铟扩大应用于电子工业中，包括半导体和多晶薄膜太阳能电池。从本专利技术的电镀组合物中沉积的铟可以用作3D堆叠组装所期望的低温焊接材料，以减少在回焊加工期间所诱导的热应力对所组装芯片的损伤。铟还可以作为热界面材料用于保护电子装置，如微处理器和集成电路。本专利技术解决了此前不能电镀具有充分特性的铟的多种问题以满足应用于先进电子装置的要求。附图说明图1A是具有75μm直径的镀镍通孔的光学显微镜影像。图1B是具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜影像。图2是电镀于镍上的铟金属沉积物的光学显微镜影像。图3是电镀于镍上的铟金属沉积物的光学显微镜影像，其中铟沉积不佳。具体实施方式除非上下文另外明确指明，否则如通篇说明书中所使用，以下缩写具有以下含义：℃＝摄氏度；°K＝开尔文度(degreesKelvin)；g＝克；mg＝毫克；L＝升；A＝安培；dm＝分米；ASD＝A/dm2＝电流密度；μm＝μ＝微米；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＝摩尔浓度；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”、“电镀(plating)”和“电镀(electroplating)”在通篇本说明书中可互换使用。术语“共聚物”是一种由两种或超过两种不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其包含一或多种铟离子源、柠檬酸、其盐或其混合物和含量为0.1ppm到100ppm的具有下式的一或多种胺化合物：

【技术特征摘要】
2016.07.18 US 62/3635501.一种组合物，其包含一或多种铟离子源、柠檬酸、其盐或其混合物和含量为0.1ppm到100ppm的具有下式的一或多种胺化合物：其中R1选自氢；(CH2)aNR4R5，其中R4和R5独立地选自氢和直链或分支链(C1-C4)烷基且a是整数1到4；(CH2CHR6-O)xH或其盐，其中R6选自氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且x是整数1到20；羧基(C1-C4)烷基或其盐；或(CH2CHR6-O)p(CH2CHR9-O)xH或其盐，其中R9是氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且p是整数1到20；R2选自氢；直链或分支链(C1-C4)烷基；(CH2CHR6-O)yH或其盐，其中R6如上文所定义且y是整数1到20；羧基(C1-C4)烷基或其盐；或(CH2CHR6-O)q(CH2CHR10-O)yH或其盐，其中R10是氢或直链或分支链(C1-C4)烷基且q是整数1到20；R3选自椰油烷基；R'-O-(CH2)m，其中R'选自氢、饱和或不饱和直链或分支链(C1-C20)烷基，m是整数1到4；(CH2)mNR7R8，其中R7是(CH2CHR6-O)p(CH2CHR9-O)xH或其盐且R8是(CH2CHR6-O)q(CH2CHR10-O)yH或其盐；且G是(CH2CHR6-O)zH或其盐，其中z是整数1到20或→O且n是0或1。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一或多种胺化合物的含量是5ppm到15ppm。3.根据权利要求1所述的组合物，进一步包含一或多种氯离子源。4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述氯离子与铟离子摩尔比是至少2:1。5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述氯离...

【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