[发明专利]含有2‑咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和电镀铟的方法

说明书

技术领域

本发明涉及含有2-咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和用于将铟金属电镀于金属层上的方法。更具体来说，本发明涉及含有2-咪唑烷硫酮化合物的铟电镀组合物和将铟金属电镀于金属层上的方法，其中铟金属沉积物为均一、基本上无空隙的并且具有平滑表面形态。

背景技术

可再现地将具有目标厚度和平滑表面形态的无空隙均一铟镀覆于金属层上的能力具有挑战性。铟还原在比质子还原的电位更负的电位下发生，并且阴极处显著的氢鼓泡会造成表面粗糙度增加。形成于铟沉积工艺中的由于惰性电子对效应(inert pair effect)而稳定化的铟(1⁺)离子会催化质子还原并且参与歧化反应以再生铟(3⁺)离子。在不存在络合剂的情况下，铟离子在大于pH>3下开始从溶液沉淀。将铟镀覆于如镍、锡、铜和金的金属上具有挑战性，因为这些金属为针对质子还原的良好催化剂并且比铟更具惰性，因此其可在电流相互作用中造成铟的腐蚀。铟还可与这些金属形成不合需要的金属间化合物。最后，尚未充分研究铟化学性质和电化学性质，因此与可充当添加剂的化合物的相互作用是未知的。

一般来说，常规铟电镀浴尚不能电镀与多种凸块下金属(under bump metal；UBM)(如镍、铜、金和锡)相容的铟沉积物。更重要的是，常规铟电镀浴尚不能在包括镍的衬底上电镀具有高共面性和高表面平坦度的铟。然而，铟由于其独特的物理特性而为许多行业中高度期望的金属。举例来说，其足够软而使其易于变形并且填充两个配合部分之间的微结构，具有低熔融温度(156℃)和高热导率(～82W/m°K)、良好电导率、与堆叠中的其它金属合金化并且形成金属间化合物的良好能力。其可用作3D堆叠组装的所需工艺的低温焊料凸块材料，以减少在回焊加工期间所诱发的热应力对所组装芯片的破坏。此类特性使铟在电子和相关行业(包括半导体和多晶薄膜太阳能电池)中实现各种用途。

铟还可用作热界面材料(TIM)。TIM对于保护电子装置(如集成电路(IC)和有源半导体装置(例如微处理器))避免超过其操作温度极限来说是至关重要的。其使得发热装置(例如硅半导体)能够粘结到散热片或散热器(例如铜和铝组件)而不会产生过剩的热屏障。TIM还可用于构成总热阻抗路径的散热片或散热器堆叠中的其它组件的组装中。

使用若干类别的材料，例如热油脂、热凝胶、粘合剂、弹性体、热垫和相变材料作为TIM。尽管前述TIM已经足以用于许多半导体装置，但半导体装置的性能增加已使得此类TIM不足。许多当前TIM的热导率不超过5W/m°K并且许多小于1W/m°K。然而，目前需要以超过15W/m°K的有效热导率形成热界面的TIM。

因此，铟对于电子装置为高度期望的金属，并且存在对用于将铟金属电镀于金属衬底上的改良的铟组合物的需要。

发明内容

组合物包括一种或多种铟离子源、一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物和柠檬酸、其盐或其混合物。

方法包括提供包括金属层的衬底；使衬底与包括一种或多种铟离子源、一种或多种2-咪唑烷硫酮化合物和柠檬酸、其盐或其混合物的铟电镀组合物接触；且用铟电镀组合物将铟金属层电镀在衬底的金属层上。

铟电镀组合物可在基本上无空隙、均一并且具有平滑形态的金属层上提供铟金属的沉积物。可再现地镀覆具有目标厚度和平滑表面形态的无空隙均一铟的能力实现铟在电子行业，包括半导体和多晶薄膜太阳能电池中的扩大用途。从本发明的电镀组合物中沉积的铟可用作3D堆叠组装所需的低温焊料材料，以减少在回焊加工期间所诱发的热应力对所组装芯片的破坏。铟还可用作热界面材料以保护电子装置，如微处理器和集成电路。本发明解决了先前不能电镀为了满足先进电子装置中的应用要求而具有足够特性的铟层的多种问题。

附图说明

图1A为具有75μm直径的镀镍通孔的光学显微镜图像。

图1B为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像。

图2为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有0.25g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。

图3为具有50μm长度的镀镍矩形通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有1.25g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。

图4为具有75μm直径的镀镍通孔上的铟层的光学显微镜图像，其中铟从含有0.01g/L的1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷硫酮的铟组合物电镀。