单晶铜的电镀工艺及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种单晶铜的电镀工艺，包括以下步骤：提供基板置于含铜电解液中，含铜电解液中加入有添加剂，添加剂包括晶粒调整剂，晶粒调整剂用于抑制晶粒细化；以基板为阴极，对基板施加具有脉冲周期T的脉冲电流，制备得到单晶铜，脉冲电流包括正向脉冲电流和负向脉冲电流，每个脉冲周期T包括持续施加正向脉冲电流的正向脉冲时间T1和持续施加负向脉冲电流的负向脉冲时间T2，T1与T2的比值范围为20～200：1～10。本发明专利技术还公开了应用该电镀工艺的印刷电路板的制作方法。本发明专利技术通过调控正向脉冲周期和负向脉冲周期的比例，并且结合加入晶粒调整剂，制备形成了晶界极少、晶格尺寸大的单晶铜。单晶铜。单晶铜。

【技术实现步骤摘要】
单晶铜的电镀工艺及其应用


[0001]本专利技术涉及电镀
，特别涉及单晶铜的电镀工艺。

技术介绍

[0002]一般通过以下方式进行制备铜晶粒：(1)铜板氮气高温烘烤72小时形成大量单晶、(2)溅镀铜(Sputter)和(3)冷轧方式生产。上述的制备过程较为繁杂，而近来出现的电镀形成铜晶粒的工艺，因其制备效率快而获得关注。参阅图1和图2，从现有电镀铜晶粒的SEM(扫描电子显微镜)图片和EBSD(背向散射电子衍射)图片可以看出，相较于单晶晶界，目前制备出的电镀铜晶粒的晶格和晶界非常多，对后续讯号传输及电性会产生较大的影响。此外，一般电镀铜晶粒都是特别小，约为0.37(
±
0.12)μm，随着退火5h后晶粒成长至0.54(
±
0.15)μm，22h后晶粒成长达到稳定尺寸1.41(
±
0.44)μm，晶粒尺寸还有待提高。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的单晶铜的电镀工艺。
[0004]本申请第一方面提供一种单晶铜的电镀工艺，包括以下步骤：
[0005]提供基板置于含铜电解液中，所述含铜电解液中加入有添加剂，所述添加剂包括晶粒调整剂、载运剂、整平剂和光亮剂，所述晶粒调整剂用于抑制晶粒细化；
[0006]以所述基板为阴极，接入阳极，对所述基板施加具有脉冲周期T的脉冲电流，制备得到单晶铜，所述脉冲电流包括正向脉冲电流和负向脉冲电流，每个所述脉冲周期T包括持续施加所述正向脉冲电流的正向脉冲时间T1和持续施加所述负向脉冲电流的负向脉冲时间T2，所述正向脉冲时间T1与所述负向脉冲时间T2的比值范围为20～200：1～10。
[0007]根据本申请的一些实施方式，所述晶粒调整剂包括Fe、Zr、Cr、V、Al之元素的混合物
[0008]根据本申请的一些实施方式，所述正向脉冲电流的电流密度为1～30ASD。
[0009]根据本申请的一些实施方式，所述负向脉冲电流的电流密度为2～50ASD。
[0010]根据本申请的一些实施方式，所述单晶铜的晶格尺寸大于15μm。
[0011]根据本申请的一些实施方式，所述载运剂选自聚乙二醇、聚丙二醇、十八烷醇聚乙二醇醚、辛醇聚亚烃基乙二醇醚中的至少一种。
[0012]根据本申请的一些实施方式，所述整平剂为含氮杂环化合物、含三级胺有机杂环化合物中的至少一种。
[0013]根据本申请的一些实施方式，所述光亮剂为2
‑
巯基苯并咪唑、乙撑硫脲中的至少一种。
[0014]根据本申请的一些实施方式，所述阳极的材料选自钛板、钛网中的任一种。
[0015]本申请第二方面提供一种印刷电路板的制作方法，包括以下步骤：
[0016]采用上述电镀工艺在电路基板上形成镀铜层；
[0017]在所述镀铜层蚀刻形成电路。
[0018]本申请实施方式中提供的单晶铜的电镀工艺，对基板施加具有正向脉冲电流和负向脉冲电流的脉冲电流，并且在电镀过程中通过调控正向脉冲时间T1和负向脉冲时间T2的比例，使得形成镀层内的应力释放，达到电镀的同时进行晶粒生长的效果，使得形成的单晶铜晶粒尺寸大，从而减少了氢脆，进而增强了镀层的物理特性。此外在电镀过程中还添加了晶粒调整剂，抑制了晶粒细化，达到控制镀层晶粒大小的效果。本申请通过调控正向脉冲周期和负向脉冲周期的比例，并且结合加入晶粒调整剂，制备形成了晶界极少、晶格尺寸大的单晶铜，使用该单晶铜能够减少信号产生的反射及折射造成的信号失真和衰减，具有极高的信号传输性能。且在采用本申请的电镀工艺形成的镀铜层上蚀刻形成电路时，蚀刻药水攻击镀铜层的晶粒晶界，由于镀铜层为单晶铜，其晶界极少，晶界越少则蚀刻均匀性越好，从而提高蚀刻后的镀铜层的表面粗糙度。
附图说明
[0019]图1为现有电镀工艺制备的电镀铜晶粒的SEM图片；
[0020]图2为现有电镀工艺制备的电镀铜晶粒的EBSD图片；
[0021]图3为本申请实施例用于制备单晶铜的电镀示意图；
[0022]图4为本申请一实施例电镀过程中采用的脉冲方式示意图；
[0023]图5(a)为本申请一实施例电镀制得的铜镀层的SEM图片；
[0024]图5(a
’
)为本申请一实施例电镀制得的铜镀层的EBSD图片；
[0025]图6为本申请一实施例中添加晶格调整剂后电镀制得的铜镀层的晶界分布图；
[0026]图7为本申请一对比例中未添加晶格调整剂进行电镀制得的铜镀层的晶界分布图。
[0027]主要元件符号说明
[0028]基板
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100
[0029]含铜电解液
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200
[0030]阳极
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300
[0031]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0034]参阅图3，本申请提供一种单晶铜的电镀工艺，包括以下步骤：
[0035]提供基板100置于含铜电解液200中；
[0036]以基板100为阴极，接入阳极300，对基板100施加具有脉冲周期T的脉冲电流，制备得到单晶铜，其中，脉冲电流包括正向脉冲电流和负向脉冲电流，每个所述脉冲周期T包括
持续施加所述正向脉冲电流的正向脉冲时间T1和持续施加所述负向脉冲电流的负向脉冲时间T2，所述正向脉冲时间T1与所述负向脉冲时间T2的比值范围为20～200：1～10。
[0037]在一些实施例中，基板100为硅基板、石英基板、金属基板、玻璃基板、塑料基板、印刷电路基板、
Ⅲ‑Ⅴ
族材料基板中的至少一种。
[0038]对于非导电性的基板100，为了在非导电性基板表面上电镀铜，需要在非导电性表面上先形成导电种子层，以进行起始铜电镀。通常，导电种子层具有导电性，提供附着力且允许其上表面的暴露部分被电镀，如通过铜的无电沉积而形成。
[0039]阳极300为常规进行电镀使用的阳极材料，包含但不限于钛板、钛网，可以根据实际需求进行选择。
[0040]本申请使用的含铜电解液200为含有铜离子的电解液，铜离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶铜的电镀工艺，其特征在于，包括以下步骤：提供基板置于含铜电解液中，所述含铜电解液中加入有添加剂，所述添加剂包括晶粒调整剂、载运剂、整平剂和光亮剂，所述晶粒调整剂用于抑制晶粒细化；以所述基板为阴极，接入阳极，对所述基板施加具有脉冲周期T的脉冲电流，制备得到单晶铜，所述脉冲电流包括正向脉冲电流和负向脉冲电流，每个所述脉冲周期T包括持续施加所述正向脉冲电流的正向脉冲时间T1和持续施加所述负向脉冲电流的负向脉冲时间T2，所述正向脉冲时间T1与所述负向脉冲时间T2的比值范围为20～200：1～10。2.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于，所述晶粒调整剂包括Fe、Zr、Cr、V、Al之元素的混合物。3.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于，所述正向脉冲电流的电流密度为1～30ASD。4.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于，所述负向脉冲电流的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄保钦，黄钏杰，
申请(专利权)人：礼鼎半导体科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：