[发明专利]电解铜镀液组合物及其用法

说明书

本发明涉及在用于电子学应用的印刷电路板、IC衬底、半导体器件和玻璃器件的制造中用于铜和铜合金沉积的水性酸性镀液。本发明的镀液包含至少一种铜离子源、至少一种酸和至少一种胍化合物。所述镀液对于凹陷结构的镀铜和铜柱凸块结构的建立特别有用。

技术领域

本发明涉及用于铜或铜合金的电沉积的镀液组合物。所述镀液组合物适合于印刷电路板、IC衬底等的制造以及半导体和玻璃衬底的金属化。它们特别适合于铜柱凸块的形成。

背景技术

用于铜的电解沉积的水性酸性镀液被用于制造其中细微结构如沟槽、贯通孔(TH)、微盲孔(BMV)需要用铜填充的印刷电路板和IC衬底。正变得越来越重要的另一种应用是通过电镀用铜或铜合金填充玻璃通孔，即玻璃衬底中的孔和相关凹陷结构。这种铜的电解沉积的另一项应用是凹陷结构例如硅通孔(TSV)的填充和在半导体衬底中及其上双镶嵌镀层或形成再分布层(RDL)和柱凸块。对于再分布层(RDL)和柱凸块来说，使用光刻胶掩模来限定将要用电解铜填充的微结构。用于RDL图案的典型维度对于焊点来说为100至300μm，对于接触线来说为5至30μm；铜厚度通常在3至8μm的范围内或者在某些情况下高达10μm。微结构内(型面内均匀性＝WIP)、芯片/管芯区内(管芯内均匀性＝WID)和晶圆内(晶圆内均匀性＝WIW)的沉积物厚度均匀性是关键判据。形成柱凸块的应用要求铜层厚度为约10至100μm。柱直径通常在20至80μm范围内或甚至高达100μm。典型的技术规格是管芯内不均匀性和凸点内不均匀性值小于10％。

专利申请EP 1 069 211 A2公开了水性酸性铜镀液，其包含铜离子源、酸、载体添加剂、增亮添加剂和流平添加剂，所述流平添加剂可以是聚[双(2-氯乙基)醚-alt-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲(CAS-No.68555-36-2)，其在至少一个末端中含有有机结合的卤原子(例如共价C-Cl键)。

在本领域中，从2011/029781 A1已了解脲聚合物用于锌的电解沉积。这些聚合物通过氨基脲衍生物和亲核试剂的聚加成反应制造。从EP 2 735 627 A1进一步了解到它们作为流平剂用于铜的电解沉积。然而，这些聚合物作为添加剂在铜柱形成中的使用导致管芯上的柱生长速率低和柱尺寸分布不利(参见实施例，表1)。不均匀的柱尺寸分布可能引起管芯与所述管芯将要组装到的其他组件之间的接触缺失。

US 8,268,157 B2涉及铜电镀液组合物，其包含二缩水甘油基醚与含氮化合物例如胺、酰胺、脲、胍、芳香族环状含氮化合物例如咪唑、吡啶、苯并咪唑、四唑等的反应产物作为流平剂。根据该文献中的教示(第6栏第51行)，环状含氮化合物是优选的，甚至更优选的是含氮杂环(第6栏第53-54行)。

聚乙烯亚胺由于相对的对流非依赖性，因此在铜电镀液中被广泛用作流平剂。这种对流非依赖性在铜柱形成中是特别重要的。高的对流依赖性产生形状不规则的柱以及柱高度的不均匀分布。然而，聚乙烯亚胺作为流平剂导致使用含有这些聚合物的铜电镀液形成的铜沉积物含有大量有机杂质(参见表2)。这在半导体应用中是不合乎需要的，因为这导致铜或铜合金晶粒尺寸减小并具有更多空隙，其随后引起形成的铜或铜合金层的总体导电率降低。

发明目的

因此，本发明的目的是提供一种用于铜或铜合金的电解沉积的水性酸性铜镀液，其满足上面提到的在印刷电路板和IC衬底制造以及半导体衬底的金属化领域中的应用例如TSV填充、双镶嵌镀层、再分布层或柱凸块的沉积和玻璃通孔的填充的要求。

发明概述

这一目的通过使用包含铜离子源、酸和至少一种胍化合物的水性酸性铜镀液得以解决。

凹陷结构例如沟槽、微盲孔(BMV)、硅通孔(TSV)和玻璃通孔可以使用从本发明的水性酸性铜镀液沉积的铜来镀层。所述铜填充的凹陷结构不含空隙并且具有可接受的浅凹，即平坦或几乎平坦的表面。此外，柱凸块结构和再分布层的快速建立是可行的，并导致管芯内各个柱的均匀的尺寸分布。

附图说明