[发明专利]用于电解沉积铜的水性酸浴及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于电解沉积铜的水性酸浴及方法，尤其是用于充填印刷电路板、芯片载体及半导体晶片上的微盲孔(BMV)、通孔、沟渠及类似结构的方法。

背景技术

添加许多不同的有机添加剂至酸电解镀铜浴中是已知的，以便得以控制铜涂层的装饰及功能特性。最重要的，将亮光剂及载体添加入镀浴中，以便获得光亮的沉积物。此外，在印刷电路板、芯片载体及半导体晶片制造期间，有机化合物用于作为镀铜浴的添加剂，且这些化合物作为调平剂，且使例如沟渠或BMV等印刷电路板表面或印刷电路板结构的不同区域之内或之上的铜沉积尽可能均一。

有鉴于个别区域的几何排列及发展，铜的均一沉积通常是困难的，尤其是在沟渠、BMV或通孔内，因为这些区域呈现易变的电沉积行为。尤其，在此种甚小结构形式(在中至低微米范围内)，金属离子扩散及添加剂朝向沉积位置的影响是最主要的。铜的均一沉积是复杂导体结构之发展的先决条件。要不然，结果可能是例如在通孔之壁上的不足或过度沉积，导致它们无用且因此导致整个印刷电路板或芯片载体的剔除。因印刷电路板、芯片载体及晶片上之沟渠及BMV的金属化不足或不均一而产生的结果，与待利用金属完全充填之甚小结构者相同，在镀铜过程之后，因为不均一性的缘故，在铜沉积物或结构中的中空空间(孔洞)形式可能再现。此使得建立后续层需要额外的操作步骤及材料成本，且可能因无法再容忍阻抗波动而产生问题。

美国专利第2,876,178号描述了碱性氰化物镀铜浴，其中含有氨基酸或例如蛋白胨及肽的二级氨基酸衍生物。这些添加剂据称对铜沉积过程具有有利的效果。

美国专利第5,215,645号描述用于电解形成待使用在印刷电路板建构的铜箔的镀铜浴。此镀铜浴含有明胶化合物连同其它添加剂。这些形式的化合物被描述为分子量10,000至300,000的氨基酸的高聚合物蛋白质。根据此专利文献中之引言至说明，明胶添加剂用于控制沉积的铜层的粗糙度。此外，含有活性硫化合物，优选为硫脲，以便限制沉积铜的粗糙度。

美国专利公开第2004/0188263A1号也描述用于通过镀铜浴产生印刷电路板的铜箔。用于此目的的镀浴，除了其它成分，还含有胶液、明胶及胶原肽。形成的铜箔使得例如当在未要求辅助镍金属层之下制造印刷电路板时，较容易利用激光钻出穿通铜箔的孔。

用于IC芯片的更有效率的集成电路的制造，亦要求使用具有对应镀浴添加剂的更有效率的铜沉积浴，部分上述要求甚至更重要。P.M.Vereecken等人，“The chemistry of additives in damascene copper plating”，IBM J.Res.&Dev.，第49册(Jan.2005)，第1、3-18号，描述含有例如聚醚、基于硫的有机化合物，及例如硫脲、苯并三唑(BTA)及耶奴斯绿B(Janus Green B)(JGB)的调平剂的组合物，利用此组合物可产生似镜的铜表面，且此组合物使得最微细的沟渠中能加速铜沉积。

美国专利公开案第2002/0195351A1号公开了用于集成电路上电解沉积铜的组合物，例如在用于导体通路或导体通路连接(通孔)的窄沟渠中。除其它添加物外，此组合物含有例如半胱氨酸、全胱氨酸(percysteine)、谷胱甘肽及其衍生物及盐类的含硫氨基酸作为抛光手段，。

美国专利第5,972,192号揭露电镀Cu以可靠地充填介电层中的开口的方法，尤其是用于触点、通孔和/或沟渠之高纵横比的开口。采用的电镀溶液包含调平剂及任选的亮光剂。调平剂可选自于聚乙烯亚胺、聚甘氨酸、2-氨基-1-萘磺酸、3-氨基-1-丙磺酸、4-氨基甲苯-2-磺酸及其它化合物。适当的亮光剂可为2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑。

美国专利第6,261,433B1号公开了电化学沉积方法，其用于半导体基板上铜电沉积。使用的电镀溶液可包括例如二肽二氨基酸、二甘氨酸及三甘氨酸。

随着印刷电路板的逐步小型化或印刷电路板及晶片的设计变得更复杂，在不断缩减的空间中，除了其它目标以外，还有提供更大的计算容量和/或功能的目标，此工业总是面对新挑战。同时，例如在印刷电路板、芯片载体及半导体晶片上的印刷电路板、个别导体通路结构及导体结构的几何学，变得愈来愈复杂。举例而言，因为孔洞直径愈来愈小且导体通路愈来愈窄，铜厚度相对于导体通路的比例或个别孔洞深度相对于孔洞直径的比例(纵横比)不断地变得更大。