一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液及其电镀工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液及其电镀工艺，由以下成分组成：铜盐70

【技术实现步骤摘要】
一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液及其电镀工艺


[0001]本专利技术涉及表面处理
，尤其涉及一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液及其电镀工艺。

技术介绍

[0002]传统上，IC芯片与外部的电气连接是用金属引线以键合方式把芯片上的I/O连至封装载体实现引脚封装。然而随着I/O间距缩至70μm以下，引线键合技术不符合时代要求。晶圆级封装技术(WLP)因其尺寸小、成本低等优势应运而生，目前在移动电话、GPS、蓝牙元器件等诸多领域得到应用，生产范围十分广泛。
[0003]在倒装芯片互连方式中，凸点下金属化层(UBM)是IC上金属焊盘和金凸点之间的关键界面层。UBM需要与金属焊盘和晶圆钝化层具有足够的好的粘结性，其通常是通过整个晶圆表面沉积多层金属来实现的。由于电镀工艺可以实现很窄的凸点节距并维持高产率，并可以依据不同尺寸、节距以及几何形状来实现电镀，因而晶圆制作中最为常风的金属沉积一般通过电镀工艺来实现。电镀技术中以电镀铜因其成本低，技术成熟等优势而应用最为广泛。然而，目前晶圆级封装电镀铜技术依然面临着许多重要问题尚未解决，比如高电流密度下易烧焦产生空洞、镀层高低电流密度不均匀、盲孔等壁生长等问题。
[0004]现代技术中作为晶圆级封装技术电镀铜液可以列举出专利CN103290438B，记载的晶圆级封装电镀液及电镀工艺中包含配方为铜盐120
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300g/L；酸10
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200g/L；氯离子30
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80mg/L；含硫化物0.001
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0.3g/L；聚氧醚类化合物0.5
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10g/L；聚乙二醇0.05
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5g/L；季铵盐0.001
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0.2g/L；温度10
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50℃，电流密度0.2
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20A/dm2，该配方虽然在一定程度上抑制了高电流密度区铜的生长，对镀层的均匀性有了一定的提高，但是在盲孔电镀中存在等壁生长导致空洞现象。
[0005]专利CN110541179B，姚吉豪等公开了一种晶圆级封装超级TSV铜互连材料电镀溶液配方，五水硫酸铜100
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250g/L；浓硫酸40
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80g/L；氯离子30
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50mg/L；3
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硫
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异硫脲丙磺酸内盐1
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5mg/L；壬基酚聚氧乙烯基醚；50
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100mg/L；吩嗪染料40
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80mg/L，该专利中所述壬基酚聚氧乙烯基醚为有机表面活性剂，易产生大量泡沫，不利于实际生产。
[0006]专利CNl111074306B，孙道豫等公开了一种超大电流密度的电镀铜柱溶液及电镀工艺，其配方为甲基磺酸铜150
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240g/L；甲基磺酸40
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70g/L；氯离子30
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50mg/L；烟鲁绿40
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80mg/L；聚二硫二丙烷磺酸钠：2
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5mg/L；聚乙二醇40
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100mg/L。该配方中由于使用到甲基磺酸铜作为铜盐，其成本较高，较大地限制了生产和使用。

技术实现思路

[0007]针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液及其电镀工艺，该溶液具有无空洞、无缝隙的填充的效果；而且电镀均匀性效果好，拱形率低。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液，包括以下质
量浓度比的组分：
[0009][0010]所述反应防污剂为乙二醇叔丁醚和磷酸酯的复合物，且乙二醇叔丁醚和磷酸酯在使用时的质量浓度比为1:1；
[0011]所述载运剂为氯离子和矾离子的复合物，质量浓度比为1：(1
‑
5)范围内配置混合，在使用时的氯离子浓度控制在60
‑
80ppm/L之间，矾离子浓度控制在60
‑
400ppm/L之间；
[0012]将上述组分按照配比均匀混合后，余量为水，操作温度15
‑
40℃后形成电镀铜溶液。
[0013]其中，所述光亮剂由质量浓度30
‑
45ppm/L的有机丙烷甜菜碱，质量浓度为15
‑
20ppm/L的异丙基苯磺酸钠和质量浓度为15
‑
25ppm/L的硫酸羟胺组成的复合物。
[0014]其中，所述抗氧化剂与抑制剂在使用时的质量浓度比例为3：1，所述抗氧化剂与抑制剂在使用时形成一种具有共轭传输桥梁作用的化合物，加快凹点部位的快速沉积。
[0015]其中，所述抗氧化剂与反应防污剂在使用时的质量浓度比例为1：1，抗氧化剂与反应防污剂配合，既可以防止油污性污染源，又可以防止化学微量离子的侵蚀。
[0016]其中，所述抗氧化剂为1,2,4
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三氮唑。
[0017]其中，所述整平剂为含氮芳香化合物甲氨碟呤。
[0018]其中，所述抑制剂为芳基聚氧乙烯醚硫酸盐，所述铜盐为五水硫酸铜，所述氯离子由盐酸提供，矾离子由硫酸矾提供。
[0019]为实现上述目的，本专利技术还提供一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液的电镀铜工艺，包括以下步骤：
[0020]步骤1，镀件进行电镀之前由前处理溶液进行真空处理，采用DI纯水在真空负压下排除孔内空气；
[0021]步骤2，将抽真空处理后的镀件在电镀溶液中进行搅拌、循环摇摆操作，加速质子传输，确保孔内有铜离子和添加剂进入；
[0022]步骤3，调整电流密度为25ASD，依据电镀铜柱所需高度调整时间进行电镀，同时利用变频调节器调节流量；通过变频调节器改变通入槽液的镀液流量速率，打破镀液内部受到的平衡力。
[0023]其中，所述步骤1中镀铜前处理的具体时间:4
‑
8min。
[0024]其中，所述步骤2中镀铜处理的具体条件为：镀液温度15
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40℃，搅拌速率在100
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200r/min之间，电流密度在0.5
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45ASD之间；所述步骤3中变频调节器调节镀铜的流量速率为10
‑
30L/min。
[0025]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供的一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液及其电镀工艺，存在以下优势：
[0026]1)该电镀铜溶液中加入了载运剂，且该载运剂的矾离子与氯离子搭配按照1：(1
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5)比例范围混合使得铜的沉积效果更好，不仅加快还原速率，同时还提高了连续成核速率，从而使得整体的铜层致密性大大提高，这种载运剂采用复合的方式，避免了单一的反应载运剂只有加速而无提高致密性的缺陷。
[0027]2)该电镀铜溶液加入了乙二醇叔丁醚与磷酸酯混合物作为反应防污剂，且二者质量浓度比为1:1。在生产过程中由于料号进缸出板缸，也且料号有不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液，其特征在于，包括以下质量浓度比的组分：所述反应防污剂为乙二醇叔丁醚和磷酸酯的复合物，且乙二醇叔丁醚和磷酸酯在使用时的质量浓度比为1:1；所述载运剂为氯离子和矾离子的复合物，质量浓度比为1：(1
‑
5)范围内配置混合，在使用时的氯离子浓度控制在60
‑
80ppm/L之间，矾离子浓度控制在60
‑
400ppm/L之间；将上述组分按照配比均匀混合后，余量为水，操作温度15
‑
40℃后形成电镀铜溶液。2.根据权利要求1所述的一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液，其特征在于，所述光亮剂由质量浓度30
‑
45ppm/L的有机丙烷甜菜碱，质量浓度为15
‑
20ppm/L的异丙基苯磺酸钠和质量浓度为15
‑
25ppm/L的硫酸羟胺组成的复合物。3.根据权利要求1所述的一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液，其特征在于，所述抗氧化剂与抑制剂在使用时的质量浓度比例为3：1，所述抗氧化剂与抑制剂在使用时形成一种具有共轭传输桥梁作用的化合物，加快凹点部位的快速沉积。4.根据权利要求1所述的一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液，其特征在于，所述抗氧化剂与反应防污剂在使用时的质量浓度比例为1：1，抗氧化剂与反应防污剂配合，既可以防止油污性污染源，又可以防止化学微量离子的侵蚀。5.根据权利要求1所述的一种应用于晶圆级封装的电镀铜溶液，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉，陈建龙，王江锋，
申请(专利权)人：珠海市创智芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：