铜电镀组合物和在衬底上电镀铜的方法技术

包括二咪唑化合物的铜电镀组合物能够在衬底上实现具有均一形态的铜的电镀。所述组合物和方法能够实现由光刻胶限定的特征的铜电镀。这类特征包括柱、接合焊盘和线空间特征。

Copper plating composition and method of copper plating on substrates

Copper electroplating compositions including diimidazole compounds can realize copper electroplating with homogeneous morphology on substrates. The composition and method can realize copper plating with characteristics defined by photoresist. These features include column, bonding pad and line space features.

【技术实现步骤摘要】
铜电镀组合物和在衬底上电镀铜的方法
本专利技术涉及铜电镀组合物和在衬底上电镀铜的方法，其中铜电镀组合物包括二咪唑化合物以提供具有均一形态的铜沉积物。更具体地说，本专利技术涉及铜电镀组合物和在衬底上电镀铜的方法，其中铜电镀组合物包括二咪唑化合物以提供具有均一形态的铜沉积物，并且其中铜电镀组合物和铜电镀方法可用于电镀由光刻胶限定的特征。
技术介绍
由光刻胶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焊盘和线空间特征。所述特征由光刻工艺形成，在光刻工艺中，将光刻胶施加到衬底上，衬底例如半导体晶片芯片，在封装技术中常称为裸片，或环氧树脂/玻璃印刷电路板。一般来说，将光刻胶施加到衬底的表面并将具有图案的掩模施加到光刻胶上。将带有掩模的衬底暴露于如紫外光的辐射。通常，将暴露于辐射的光刻胶部分显影掉或去除，暴露出衬底的表面。取决于掩模的特定图案，可以用留在衬底上的未曝光的光刻胶形成电路线或孔口的轮廓，形成电路线图案或孔口的壁。衬底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。接着将含有图案化光刻胶的衬底浸没在金属电镀浴中，通常是铜电镀浴，并将金属电镀在电路线图案或孔口中，形成例如柱、接合焊盘或电路线等特征，即线空间特征。当电镀完成时，用剥离溶液将光刻胶的其余部分从衬底剥离，并进一步处理带有由光刻胶限定的特征的衬底。柱，如铜柱，通常用焊料盖住以实现镀覆了柱的半导体芯片与衬底之间的粘合以及导电。这类布置可见于先进封装技术中。用焊料盖住的铜柱结构是先进封装应用中快速增长的部分，因为与单独的焊料凸块相比，输入/输出(I/O)密度改进。具有不可回焊铜柱和可回焊焊帽结构的铜柱凸块具有以下优点：(1)铜具有低电阻和高电流密度性能；(2)铜的导热性提供超过三倍的焊料凸块导热性；(3)可改进可能引起可靠性问题的传统球栅阵列热膨胀系数(ballgridarraycoefficientofthermalexpansion，BGACTE)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起高度。在所有铜柱凸块制造方法中，电镀是目前为止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，并且在铜柱形成之后没有抛光或腐蚀工艺来改变铜柱表面形态。因此，尤其重要的是通过电镀获得光滑表面形态。用于电镀铜柱的理想的铜电镀化学和方法在用焊料回焊之后产生具有优异均一性、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，所述镀覆化学和方法的发展是行业的难题，因为一种属性的改进通常是以另一种属性为代价。基于铜柱的结构已被各种制造商用在消费品中，如智能手机和PC。随着晶片级处理(WaferLevelProcessing，WLP)继续发展并采用铜柱技术，对于能够制造出可靠铜柱结构的具有先进能力的镀铜浴和镀铜方法的需求将会不断增加。在金属电镀再分布层布线的情况下还会遇到类似的形态问题。接合焊盘和线空间特征的形态方面的缺陷还损害了先进封装物品的性能。因此，需要能够提供具有均一形态的铜沉积物并且可用于在形成由光刻胶限定的特征时电镀铜的铜电镀组合物和铜电镀方法。
技术实现思路
本专利技术包括一种组合物，其包括一个或多个铜离子源；一种或多种电解质；一种或多种加速剂；一种或多种抑制剂；以及一种或多种具有下式的二咪唑化合物：其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢；直链或支链(C1-C4)烷基；以及苯基。本专利技术还包括一种方法，其包括：a)提供衬底；b)提供铜电镀组合物，其包括一个或多个铜离子源；一种或多种电解质；一种或多种加速剂；一种或多种抑制剂；以及一种或多种具有下式的二咪唑化合物：其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢；直链或支链(C1-C4)烷基；以及苯基；c)将铜电镀组合物施加到衬底上；以及d)用铜电镀组合物在衬底上电镀具有均一形态的铜。本专利技术的铜电镀组合物能够实现具有均一形态的铜沉积物并且可用于在衬底上电镀铜光刻胶特征。用本专利技术的铜电镀组合物和方法电镀的光刻胶特征具有基本上均一的形态并且基本上没有结节。如铜柱和接合焊盘等光刻胶特征具有基本上平坦的轮廓。附图说明图1是从含有1,5-二氢苯并[1,2-d:4,5-d']二咪唑的本专利技术铜电镀浴电镀的50μm直径×30μm高度铜柱的放大了50倍的3D图像。图2是从含有3,3'-(乙烷-1,2-二基)双(1-(2-羟乙基)-1H-咪唑-3-鎓)氯化物的比较性铜电镀浴电镀的50μm直径×30μm高度铜柱的放大了50倍的3D图像。具体实施方式除非上下文另作明确指示，否则如本说明书通篇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＝重均分子量；Mn＝数均分子量；3D＝三维；FIB＝聚焦离子束；WID＝裸片内；WID％＝裸片内的柱的高度均一性的量度标准；TIR＝总指示偏差量＝总指示器读数＝指示器移动全量＝FIM；并且RDL＝再分布层。如本说明书通篇所使用，术语“镀覆”是指铜电镀。“沉积”和“镀覆”在本说明书通篇中可互换使用。“加速剂”是指增加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的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”在本说明书通篇中可互换使用。术语“孔口”意指开口、孔洞或间隙。术语“形态”意指物品的形式、形状和结构。术语“总指示器偏差量”或“总指示器读数”是零件的平面、圆柱体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，展示其与其它圆柱体特征或类似情况的平坦度、圆度(圆形度)、圆柱度、同心度的偏差量。术语“轮廓测定法”意指在对物体进行测量和轮廓分析时使用一种技术或使用激光或白光计算机产生的投影对三维物体的表面进行测量。术语“间距”意指衬底上的特征位置彼此间的频率。术语“平均值”意指表示参数的中心值的数字，并且中心值通过将针对特定参数对多个样本所测量或收集的数值相加并且将每个样本的测量值的总和除以样本总数来确定。术语“参数”意指形成定义一个系统或设定其操作条件的集合中的一个的数值或其它可测量的因数。术语“周长”意指柱周围的边界。术语“例如(e.g.)”意指例如(forexample)。冠词“一(a/an)”是指单数和复数。所有数值范围都是包括性的并且可按任何顺序组合，但显然这类数值范围被限制于总计共100％。本专利技术包括一种组合物，其包括一个或多个铜离子源；和一个或多个铜离子(阳离子)源的相应阴离子；一种或多种电解质；一种或多种加速剂；一种或多种抑制剂；一种或多种具有下式的咪唑化合物：其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢；直链或支链(C1-C4)烷基；以及苯基；并且溶剂是水。优选地，R1、R2、R3和R4独立地选自氢和直链或支链(C1-C4)烷基；更优选地，R1、R2、R3和R4独立地选自氢和直链(C1-C2)烷基；甚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，其包含一个或多个铜离子源；一种或多种电解质；一种或多种加速剂；一种或多种抑制剂；以及一种或多种具有下式的咪唑化合物：

【技术特征摘要】
2017.11.08 US 62/5831201.一种组合物，其包含一个或多个铜离子源；一种或多种电解质；一种或多种加速剂；一种或多种抑制剂；以及一种或多种具有下式的咪唑化合物：其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢；直链或支链(C1-C4)烷基；以及苯基。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述一种或多种咪唑化合物的量是0.25ppm到1000ppm。3.根据权利要求1所述的组合物，其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢和(C1-C2)烷基。4.根据权利要求3所述的组合物，其中R1、R2、R3和R4独立地选自氢和甲基。5.一种方法，其包含：a)提供衬底；b)提供铜电镀组合物，其包含一个或多个铜离子源；一种或多种电...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·波克雷尔，
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