[发明专利]铟电镀组合物和用于电镀铟的方法

说明书

铟电镀组合物电镀在金属层上具有平滑表面形态的基本上无缺陷的均一层。所述铟电镀组合物可以用于在如半导体晶片的各种衬底的金属层上电镀铟金属和用作热界面材料。

技术领域

本发明涉及铟电镀组合物和用于在金属层上电镀铟金属的方法。更确切地说，本发明涉及铟电镀组合物和在金属层上电镀铟金属的方法，其中铟金属沉积物是均一、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更负性的电位下发生，并且阴极处的显著氢起泡造成增加的表面粗糙度。形成于铟沉积方法中的由于惰性配对效应而稳定化的铟(1⁺)离子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pH>3以上开始从溶液沉淀。在如镍、锡、铜和金的金属上镀覆铟具有挑战性，因为这些金属是质子还原的良好催化剂并且比铟更具惰性，因此其可以在电化相互作用中引起铟的腐蚀。铟还可以与这些金属形成不合需要的金属间化合物。最后，未充分研究铟化学和电化学，因此与可以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，常规铟电镀浴不能在包括镍的衬底上电镀具有高共面性和高表面平面性的铟。但是，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，其足够软以使其易于变形并且填充两个配合部分之间的微观结构，具有低熔融温度(156℃)和高热导率(～82W/m°K)、良好电导率、良好的以堆叠方式与其它金属掺合并且形成金属间化合物的能力。其可以用作低温焊料凸块材料，这是用于3D堆叠组装以减少在回焊加工期间所诱导的热应力对所组装芯片的损害的所期望方法。这类特性允许铟在电子设备和相关行业(包括半导体和多晶薄膜太阳能电池)中实现各种用途。

铟还可以用作热界面材料(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))以免超过其操作温度极限来说是关键的。其使得产热装置(例如硅半导体)能够与散热片或散热器(例如铜和铝组件)结合而不产生过量的热障。TIM还可以用于构成总体热阻抗路径的散热片或散热器堆叠中的其它组件的组装。

若干类别的材料用作TIM，例如热油脂、热凝胶、粘着剂、弹性体、热垫和相变材料。尽管前述TIM已经足以用于多种半导体装置，但半导体装置的性能增加已使得这类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，目前需要在超过15W/m°K的有效热导率下形成热界面的TIM。

因此，铟是电子装置高度期望的金属，并且需要改进的铟组合物用于在金属衬底上电镀铟金属，确切地说，铟金属层。

发明内容

组合物包括一种或多种铟离子源、硫脲和硫脲衍生物中的一种或多种以及柠檬酸、其盐或其混合物。

方法包括提供包括金属层的衬底；使衬底与铟电镀组合物接触，所述铟电镀组合物包括一种或多种铟离子源、硫脲和硫脲衍生物中的一种或多种以及柠檬酸、柠檬酸盐或其混合物；和使用铟电镀组合物在衬底的金属层上电镀铟金属层。

铟电镀组合物可以在金属层上提供铟金属的沉积物，其基本上无空隙、均一并且具有光滑形态。可再现地镀覆具有目标厚度和光滑表面形态的无空隙均一铟的能力允许铟扩大应用于电子行业中，包括半导体和多晶薄膜太阳能电池。从本发明的电镀组合物中沉积的铟可以用作3D堆叠组装所期望的低温焊料材料，以减少在回焊加工期间所诱导的热应力对所组装的芯片的损害。铟还可以作为热界面材料用于保护电子装置，如微处理器和集成电路。本发明解决了此前不能电镀具有充分特性的铟的多种问题以满足应用于先进电子装置的要求。

附图说明

图1A是具有75μm直径的镀镍通孔的光学显微镜图像。