[发明专利]电镀铜

说明书

一种在<111>晶面方向上在相邻晶粒之间具有一定晶粒取向差的电镀铜金属提供改善的铜性质。还公开了一种在包括电介质衬底在内的衬底上电镀所述铜金属的方法。

技术领域

本发明涉及电镀铜和电镀铜的方法，其中铜金属具有高拉伸强度。更具体地说，本发明涉及电镀铜和电镀铜的方法，其中铜金属具有高拉伸强度并且相对于晶面方向<111>在铜金属的相邻晶粒之间具有一定百分比的特定角度取向差，以提供高拉伸强度的铜金属以及其它改进的材料性质。

背景技术

在推动电子行业未来的应用，如人工智能和自动驾驶汽车中，非常期望能够实现高密度电路、减小形状因数(装置的尺寸、配置或物理布置)和增强电子装置功能的先进的半导体封装产品和工艺。除了所需的更小封装尺寸外，越来越需要更可靠的芯片到芯片、芯片到电路板以及端到端互连。例如，在过去的几十年中，铜已经用于互连应用，如在用于重新路由芯片封装内的传导路径的铜再分配层(RDL)中。随着封装尺寸的减小，对可靠的细线RDL的需求也在增加。在热循环测试(TCT)期间，由于在热室和冷室之间循环时由铜和相邻材料的热膨胀系数(CTE)的差异引起的热应力，已经报道了细线RDL的铜破裂。解决破裂问题的途径仍存在争议。在传统的印刷电路板(PCB)应用中，通常已知高伸长率铜是解决破裂问题的优选方式。然而，随着PCB上的电子组件的特征尺寸减小并且组件变得更加集成到微米尺寸甚至纳米尺寸，如目前在先进的封装应用中发生的，这种方法可能不合适。还有另一种思想认为，高材料强度或高拉伸强度，而不是高伸长率，对于避免多次热循环时铜破裂至关重要。具有高拉伸强度的铜的缺点是这种铜可能会变脆。解决开裂问题的一种方法是使用纳米孪晶铜，其特征在于既具有高拉伸强度又具有高伸长率。尽管纳米孪晶铜可能适合于解决RDL中铜破裂的问题，但已发现纳米孪晶铜在许多镀覆通孔的应用中是不合适的，如在需要3D堆叠以增加电路密度的先进封装应用中。在许多这类应用中，未发现通孔填充是可接受的，并且已发现铜沉积物的表面是不可接受地粗糙和不均匀的。

因此，需要一种铜金属，其能够承受在热室和冷室之间循环时由铜和相邻材料之间的CTE差异引起的热应力而没有铜破裂，并且能够在特征中实现平滑且均匀的铜沉积物，即使是在高电路密度应用中。

发明内容

本发明涉及铜金属，其包括相对于晶面方向<111>具有55°至65°的取向差角度的相邻铜晶粒之间的晶界的30％或更大的孪晶分数。

本发明还涉及一种电镀铜的方法，所述方法包括：

a)提供衬底；

b)提供铜电镀浴，所述铜电镀浴包含一种或多种铜离子源以提供浓度为20g/L至55g/L的铜离子、一种或多种咪唑化合物或一种或多种2-氨基吡啶化合物与一种或多种双环氧化物的一种或多种反应产物，其中一种或多种反应产物的浓度为2ppm至15ppm；电解质；一种或多种促进剂，其中一种或多种促进剂的浓度为0.5ppm至100ppm；和一种或多种抑制剂，其中一种或多种抑制剂的浓度为0.5g/L至10g/L；

c)将衬底浸入铜电镀浴中；

d)在衬底上电镀铜以在衬底上沉积铜层；和，

e)在惰性气氛中将铜层加热到至少200℃的温度以提供铜层，所述铜层包含相对于晶面方向<111>具有55°至65°的取向差角度的相邻铜晶粒之间的晶界的30％或更大的孪晶分数。