一种铜互连电镀液及铜互连电镀方法技术

本发明专利技术公开了一种铜互连电镀液及铜互连电镀方法。所述铜互连电镀液包含铜离子、硫酸、氯离子、添加剂和溶剂；所述添加剂包括电镀助剂，所述电镀助剂包括具有式(I)所示结构的磺酸或其磺酸盐类。特别地，采用该铜互连电镀液不但可以满足一般布线电镀自下而上生长，更重要的是可实现低深宽比孔的超填充，孔口表面呈平坦或微凸形貌，从而解决包括集成电路制造、先进封装、线路板制造、微机电系统制造在内的微电子领域内，此类几何外形孔互连结构的超填充问题，及孔与布线互连结构共镀问题。及孔与布线互连结构共镀问题。及孔与布线互连结构共镀问题。

Copper interconnection electroplating solution and copper interconnection electroplating method

【技术实现步骤摘要】
一种铜互连电镀液及铜互连电镀方法


[0001]本专利技术涉及电子化学品/金属及非金属材料先进制备，涉及一种铜互连电镀液及铜互连电镀方法。

技术介绍

[0002]金属铜凭借导电性、导热性、延展性等诸多优异的物理性能，成为电子电路制造和封装的重要互连材料。电镀是当前实现微纳尺度铜互连制造的重要技术工艺。在包括倒装芯片封装(FC)和晶圆级封装(WLP)在内的先进封装
依靠凸点下金属层(UBM)、再布线(RDL)、凸点(Bump)等设计结构，实现二维电气互连。
[0003]一般先进封装互连电镀工艺流程如下：首先，对硅基晶圆表面金属化，采用物理气相沉积(PVD)金属钛阻隔层及金属铜籽晶层；然后，在籽晶层表面涂胶和光刻，制备图形化的介电层；最后，藉此为模板完成单层结构的电镀填充。
[0004]一般而言，UBM、RDL及Bump的光刻胶侧壁无籽晶层覆盖，电镀铜自底部垂直向上生长，其技术需求在于所用酸铜电镀液能够满足结晶细致且表面平整(如无铜瘤、空洞等外形缺陷)，使镀层在芯片内以及晶圆内实现良好的共面性，同时施镀电流适当。而在多层RDL互连场景中，还需要制造错位或堆叠的孔(Via)结构，从而实现层间互连。Via的结构特点在于：通过两层可光刻介电材料形成，下层的孔底、侧壁，以及与上层围成的环形孔顶有籽晶层覆盖；由于RDL层厚度较小，孔形表现为浅而宽，典型深宽比(Aspect ratio，AR)≤1/3；上层布线需要与Via共镀。理想情况下，Via电镀铜需为“超填充”生长模式，因此，除满足上述一般技术需求外，还需调节电镀液的填充能力以适应Via设计尺寸。
[0005]酸铜电镀液超填充添加剂体系中，关于聚乙二醇、聚二硫二丙烷磺酸钠及健那绿B组合的研究最为广泛，通常可以实现AR≥2/3的一般线路板盲孔，以及AR≥2的线路板深盲孔、大马士革刻槽或硅通孔等多类互连场景的超填充，也是研究添加剂电化学行为、作用机理、构效关系的最原型添加剂体系之一。T.P.Moffat和W.
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P.Dow等人分别提出了“Curvature Enhanced Adsorbate Coverage”和“Convection Dependent Adsorption”模型机理，分别从加速剂和整平剂的特征吸附行为角度，揭示了大马士革沟槽和印制线路板盲孔的超填充生长过程。然而此添加剂组合无法满足上述先进封装多层RDL中AR≤1/3的Via的超填充需求，实际表现为弱填充能力，即Via孔底、侧壁和环形孔顶上铜镀层等厚共形生长，或者Via孔底生长速率不足、Via中心所形成凹面过深。此类外形问题将直接影响继续布线、电镀及焊接等工艺品质，从而产生一系列可靠性问题。
[0006]因此，业内迫切需要研发一种能够实现如先进封装单层或多层RDL中AR≤1/3的低深宽比Via互连结构高质量、高效率超填充电镀解决方案。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种铜互连电镀液及铜互连电镀方法。
[0008]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种铜互连电镀液，所述铜互连电镀液包含铜离子、硫酸、氯离子、添加剂和溶剂；
[0010]所述添加剂包括电镀助剂，所述电镀助剂包括具有式(I)所示结构的磺酸或其磺酸盐类：
[0011][0012]其中，R1选自碳原子数量在6至18(例如6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17或18)的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任意一种；
[0013]R2选自氢原子、碳原子数量在1至18(例如1、2、3、4、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17或18)的取代或未取代的烷基中的任意一种；
[0014]n选自数量1至20之间的整数(例如1、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20)。
[0015]需要说明的是，所述“碳原子数量在6至18”指后面的所有基团(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)均满足此碳原子数量要求。
[0016]本专利技术中，R2中的碳原子数量在1至18之间的取代或未取代的烷基为直链烷基或支链烷基。
[0017]本专利技术的铜互连电镀液是一种酸铜电镀液，其中包含具有式(I)所示结构的电镀助剂，所述电镀助剂能够调控原型添加剂在孔互连结构内竞争吸附的强弱关系，从而获得孔内高于外环的生长速率，以实现超填充效果。
[0018]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0019]优选地，当如上所述R1或R2基团含有取代基时，所述取代基选自羟基、苯基或苯酚中的任意一种。
[0020]优选地，所述磺酸盐类为十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(SLES)，具有式(Ⅱ)所示结构：
[0021][0022]优选地，所述铜互连电镀液中的电镀助剂的浓度为10
‑
200ml/L，例如10ml/L、15ml/L、20ml/L、25ml/L、30ml/L、35ml/L、40ml/L、45ml/L、50ml/L、55ml/L、60ml/L、65ml/L、70ml/L、75ml/L、80ml/L、85ml/L、90ml/L、100ml/L、110ml/L、120ml/L、130ml/L、140ml/L、150ml/L、160ml/L、170ml/L、180ml/L或200ml/L等。若电镀助剂的浓度过低，则作用效果微弱，与未添加时近似，得到超填充效果较弱的凹面镀层；若电镀助剂的浓度过高，则因其自
身优先过度吸附造成原型添加剂失效，得到无超填充效果的共形镀层，在上述范围内可以获得较好的填充效果，更优选50
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150ml/L。
[0023]作为本专利技术所述铜互连电镀液的优选技术方案，所述添加剂中还包含加速剂、抑制剂和整平剂。
[0024]优选地，所述加速剂包括聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)。
[0025]优选地，所述铜互连电镀液中的加速剂的浓度为1
‑
20ml/L，例如1ml/L、3ml/L、4ml/L、5ml/L、7ml/L、8ml/L、9ml/L、10ml/L、12ml/L、15ml/L、17ml/L、18ml/L或20ml/L等。
[0026]优选地，所述抑制剂包括聚乙二醇。
[0027]优选地，所述铜互连电镀液中的抑制剂的浓度为10
‑
100ml/L，例如10ml/L、20ml/L、30ml/L、40ml/L、50ml/L、60ml/L、70ml/L、80ml/L、90ml/L或100ml/L等。
[0028]优选地，所述整平剂包括染料型整平剂，优选包括健那绿B(JGB)。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜互连电镀液，其特征在于，所述铜互连电镀液包含铜离子、硫酸、氯离子、添加剂和溶剂；所述添加剂包括电镀助剂，所述电镀助剂包括具有式(I)所示结构的磺酸或其磺酸盐类；其中，R1选自碳原子数量在6至18的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任意一种；R2选自氢原子、碳原子数量在1至18的取代或未取代的烷基中的任意一种；n选自数量1至20之间的整数。2.根据权利要求1所述的铜互连电镀液，其特征在于，当如上所述R1或R2基团含有取代基时，所述取代基选自羟基、苯基或苯酚中的任意一种。3.根据权利要求1所述的铜互连电镀液，其特征在于，所述磺酸盐类为十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠SLES，具有式(Ⅱ)所示结构4.根据权利要求1或2所述的铜互连电镀液，其特征在于，所述铜互连电镀液中的电镀助剂的浓度为10
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200ml/L，优选为50
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150ml/L。5.根据权利要求1
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4任一项所述的铜互连电镀液，其特征在于，所述添加剂中还包含加速剂、抑制剂和整平剂。6.根据权利要求5所述的铜互连电镀液，其特征在于，所述加速剂包括聚二硫二丙烷磺酸钠；优选地，所述铜互连电镀液中的加速剂的浓度为1
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20ml/L；优选地，所述抑制剂包括聚乙二醇；优选地，所述铜互连电镀液中的抑制剂的浓度为10
‑
100ml/L；优选地，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志权，李哲，彭振家，刘兴权，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：