[发明专利]用于晶圆级封装的电镀铜溶液及电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种用于晶圆级封装的电镀铜溶液及电镀方法。

背景技术

晶圆（Wafer）是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。IC产品是现代信息社会离不开的基本原器件，广泛应用在我们生活的各个方面。

晶圆级封装(WLP)是半导体产业链中一个重要部分，也是我国发展较快的行业，就是在其上已经有某些电路微结构的晶片与另一块经腐蚀带有空腔的晶片用化学或物理的方法键结合在一起。键合的工艺和技术反应了封装技术的水平，其直接反应了IC的集成度，精密度。其他的封装形式还起到了在这些电路微结构体的上面形成了一个带有密闭空腔的保护体，可以避免器件在以后的工艺步骤中遭到损坏，也保证了晶片的清洁和结构体免受污染。这种方法使得微结构体处于真空或惰性气体环境中，因而能够提高器件的品质。

随着芯片的功能与高度集成的需求越来越大，目前半导体封装产业正向晶圆级封装方向发展。它是一种常用的提高硅片集成度的方法，具有降低测试和封装成本，降低引线电感，提高电容特性，改良散热通道，降低贴装高度等优点。

目前晶圆级先进封装的铜涂层应用包括：3D封装的铜硅通孔（TSV）、铜柱（Pillar）、铜重布线制程(RDL)等工艺等领域。电子产品的微型化趋势使传统的封装技术已经不能满足高封装密度与低功耗的要求,因而让芯片在三维方向上集成的概念应运而生.3D集成技术降低了芯片的RC延迟、提供了广泛的I/O可能性、缩小了封装尺寸,从而提高了芯片的整体性能，晶圆代工及封测业者为让晶片在不影响占位空间的前提下，顺利向上堆叠并协同运作，第一步就是要导入先进晶圆级封装（WLP）、覆晶封装技术，以打造优良的锡球下层金属（Under Bump Metallurgy，UBM）并巩固3D IC底层结构，让铜柱（Pillar）、晶圆锡球（Bump）在更小的晶圆开孔中接合。

目前我国铜涂层液及添加剂材料主要依赖个别美国的或者德国的企业的进口产品，存在成本高、交货周期长、应对市场变化反应较慢的情况。国内镀铜添加剂发展虽已具有一定水平，但是适合于晶圆级封装用的镀铜添加剂并不多，个别适用的添加剂对设备要求极高，而且品质不稳定，会导致铜柱的圆头不良，TSV空洞的存在等较差的技术效果。

有文献公开了一种用于PCB的电镀铜溶液的组成，但是其并不能满足晶圆级封装中电镀铜柱或TSV的性能需要，其仅仅适合低纵横比，如：1:1的盲孔电镀，但是作为硅通孔的填充要求，需要满足6:1甚至更高纵横比的盲孔，这是该文献所公开的技术方案所达不到的效果。还有一些文献所公开的整平剂为已经被淘汰的染料型添加剂，且其对于晶圆级封装中的电镀铜柱的效果更差，不但不能起到整平作用，反而会使缺陷更加放大。另外，现有技术主要使用聚二硫二丙烷磺酸钠作为添加剂成分，聚二硫二丙烷磺酸钠会促进高电流区铜层的生长，与电镀铜柱和硅通孔(TSV)所要求的抑制电流高区铜层生长的诉求相悖。而现有技术也多使用醇类聚氧乙烯醚作为添加剂成分，该物质对于抑制高电流密度区铜层的生长作用不够明显。

发明内容

基于此，有必要针对上述现有技术的缺陷，提供一种用于晶圆级封装的电镀铜溶液及电镀方法，旨在解决现有技术导致铜柱馒头形状或者TSV通孔镀的空洞问题。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于晶圆级封装的电镀铜溶液，包括：

铜盐：120-300g/L；酸：10-200g/L；氯离子：30-80mg/L；添加剂，所述添加剂包括以下用量的组分：

含硫化合物：0.001-0.3g/L；

聚氧醚类化合物：0.5-10g/L;

聚乙二醇：0.05-5g/L；

季铵盐：0.001-0.2g/L；

所述铜盐为无水硫酸铜，五水硫酸铜，甲基磺酸铜中的一种或几种；铜盐所提供的溶液中铜离子在30-100g/L之间，其中优选五水硫酸铜和甲基磺酸铜，其提供的铜离子在45-65g/L。

所述酸为硫酸，甲基磺酸中的一种或两种；选择的酸遵循铜离子对应的酸根，如选择五水硫酸铜提供铜离子，则酸选择用硫酸；同样的如选择甲基磺酸铜提供铜离子，则酸选择用甲基磺酸。

所述氯离子来源可以为含氯的各种化合物，包括氯化钠，盐酸，氯化钾等中一种或者几种，来源优选盐酸。

所述聚氧醚类化合物是脂肪胺聚氧乙烯醚，聚氧丙烯甘油醚中的一种或两种。

在其中一个实施例中，所述用于晶圆级封装的电镀铜溶液包括：