酸铜整平剂及其应用、铜电镀溶液及其制备方法技术

本申请公开了一种酸铜整平剂及其应用、铜电镀溶液及其制备方法。所述酸铜整平剂的分子结构式为：

Copper acid leveling agent and its application, copper plating solution and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
酸铜整平剂及其应用、铜电镀溶液及其制备方法
本申请涉及半导体芯片生产工艺中的电子化学品领域，具体而言，涉及一种酸铜整平剂及其应用、铜电镀溶液及其制备方法。
技术介绍
金属铜由于具备优秀的导电特性、高导热性、较低的熔点及良好延展性等特点，被认为是芯片中优秀的金属互联材料。铜电镀工艺是封装中金属互联的关键技术，铜电镀工艺离不开高质量的电镀液。近年来随着对更小和更轻的电子设备的需求，期望实现更高集成的半导体封装。由于芯片封装中用于互联的电镀铜的设计尺寸越来越小，在后续工序中铜上电镀锡银或者纯锡，由于不同金属离子的互扩散速率不同从而导致孔洞，业内广泛称之为“柯肯达尔孔洞”，而由柯肯达尔效应形成的孔洞的数量对互联部分的可靠性影响越来越大。在现如今的印制线路板或半导体领域，随着互联尺寸的缩小，业界都面临着铜锡互联时产生的孔洞现象的可靠性大幅度下降的难题。所以，要得到符合标准的电镀层形貌及KVless(Kirkendallvoidless，柯肯达尔孔洞数量较少，通常判定标准是，镀铜后镀纯锡和镀锡银，在175℃下退火1000小时，一万倍放大倍率下，视野内孔洞数量小于10)。在电镀铜工艺中，电镀添加剂的选择和优化至关重要。一般在酸铜电镀中的化学组分包括基础电镀液(金属铜离子，硫酸，氯离子)和有机添加剂。有机添加剂的含量一般都较低(ppm量级)，但对KVless电镀铜起到决定性作用的，除了电镀工艺，主要是受电镀添加剂的影响。电镀添加剂一般可被分为抑制剂(或润湿剂)，整平剂和光亮剂(加速剂)。现有技术中对KVless电镀铜层的控制主要是通过电镀过程中工艺条件的控制和不同的化学体系(即不同的添加剂体系)的调节来实现的，由于业内目前尚没有完全实现KV-free(Kirkendallvoidfree，即柯肯达尔孔洞完全没有)的电镀铜添加剂，因此一种具有较大潜力的能够实现铜锡界面KV-less的电镀添加剂体系会对相关工业界的发展起到巨大的推动，也成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种新型的酸铜整平剂，用作电镀添加剂中的组分，以解决现有技术的芯片封装过程中在电镀铜得到的铜层上电镀锡银或纯锡时形成柯肯达尔孔洞，导致的芯片封装的热、机械和电气可靠性差的问题。为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，提供了一种酸铜整平剂。根据本申请的酸铜整平剂的分子结构式为：其中，X为Cl-、Br-、I-、SO42-；A1，A2，A3，A4为取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳烷基中的一种或几种；B1，B2，B3，B4为H、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳烷基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环、取代或未取代的六元杂环中的一种或两种；R为O或S；n取1-10000。进一步的，所述酸铜整平剂的分子结构式为：为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种上述酸铜整平剂的应用，所述酸铜整平剂用于电镀铜，以使在电镀铜得到的铜层上电镀锡银或纯锡时抑制柯肯达尔孔洞的形成。进一步的，所述酸铜整平剂用于在半导体先进封装中电镀铜柱、重布线层或凸点下金属化层。为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种铜电镀溶液，该铜电镀溶液包括基础电镀液和电镀添加剂，所述电镀添加剂包括上述的酸铜整平剂。进一步的，所述基础电镀液为硫酸铜、硫酸和盐酸混合制成的混合溶液，在所述基础电镀液中，所述硫酸铜的用量为200g/L，所述硫酸的用量为100g/L，所述盐酸的用量为70ppm。进一步的，所述电镀添加剂包括酸铜加速剂、酸铜抑制剂和酸铜整平剂，在所述铜电镀溶液中，所述酸铜加速剂的浓度为3～10mL/L，所述酸铜抑制剂的浓度为5～15mL/L，所述酸铜整平剂的浓度为2～50mL/L。进一步的，所述酸铜加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠。进一步的，所述酸铜抑制剂为聚乙二醇。为了实现上述目的，根据本申请的第四方面，提供了一种上述铜电镀溶液的制备方法，包括以下步骤：配制基础电镀液；称取所述酸铜加速剂、酸铜抑制剂和酸铜整平剂，分别用去离子水稀释后定容获得酸铜加速剂溶液、酸铜抑制剂溶液和酸铜整平剂溶液；将所述酸铜加速剂溶液、酸铜抑制剂溶液和酸铜整平剂溶液加入到配置好的基础电镀液中，充分搅拌混合，得到所述铜电镀溶液。本申请具有以下有益效果：在不同于以往酸铜整平剂的基础上，本申请设计并开发了一种水溶性较好、无色无毒、环境友好的新型酸铜整平剂分子，这种新型的酸铜整平剂具有聚季铵盐的结构特征，在电镀铜的过程中用作电镀添加剂中的组分，使得在电镀铜得到的铜层上电镀锡银或纯锡时抑制柯肯达尔孔洞的形成，从而提高芯片封装的热、机械和电气可靠性。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本申请的酸铜整平剂的分子结构式；图2为本申请优选实施例中酸铜整平剂K的分子结构式；图3a为酸铜整平剂K作为整平剂电镀晶圆上铜柱的3D激光显微成像图；图3b为3a的轮廓图；图3c为酸铜整平剂K作为整平剂电镀铜柱，在电镀铜柱上电镀纯锡经175℃/1000h热处理后的FIB图片；图4a为市售酸铜整平剂作为整平剂电镀晶圆上铜柱的3D激光显微成像图；图4b为4a的轮廓图；图4c为市售酸铜整平剂作为整平剂电镀铜柱，在电镀铜柱上电镀纯锡经175℃/1000h热处理后的FIB图片。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。本申请实施例提供一种酸铜整平剂，该酸铜整平剂的分子结构式如图1所示，其中，X为Cl-、Br-、I-、SO42-；A1，A2，A3，A4为取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳烷基中的一种或几种；B1，B2，B3，B4为H、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳烷基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环、取代或未取代的六元杂环中的一种或两种；R为O或S；n取1-10000。优选地，本申请提供一种上述酸铜整平剂的优选实施方式酸铜整平剂K，酸铜整平剂K的分子结构式如图2所示：本申请实施例还提供了一种铜电镀溶液，包括基础电镀液和电镀添加剂，电镀添加剂包括图1或图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酸铜整平剂，其特征在于，所述酸铜整平剂的分子结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种酸铜整平剂，其特征在于，所述酸铜整平剂的分子结构式为：其中，X为Cl-、Br-、I-、SO42-；A1，A2，A3，A4为取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳烷基中的一种或几种；B1，B2，B3，B4为H、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的杂芳烷基、取代或未取代的五元环、取代或未取代的五元杂环、取代或未取代的六元环、取代或未取代的六元杂环中的一种或两种；R为O或S；n取1-10000。2.根据权利要求1所述的酸铜整平剂，其特征在于，所述酸铜整平剂的分子结构式为：3.一种权利要求1或2所述的酸铜整平剂的应用，其特征在于，所述酸铜整平剂用于电镀铜，以使在电镀铜得到的铜层上电镀锡银或纯锡时抑制柯肯达尔孔洞的形成。4.根据权利要求3所述的酸铜整平剂的应用，其特征在于，所述酸铜整平剂用于在半导体先进封装中电镀铜柱、重布线层或凸点下金属化层。5.一种铜电镀溶液，其特征在于，包括基础电镀液和电镀添加剂，所述电镀添加剂包括权利要求1或2所述的酸铜整平剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芸，董培培，张星星，赵威，王靖，
申请(专利权)人：苏州昕皓新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32