CN103103585B - 一种用于铜互连的高速凸点电镀方法 - Google Patents
一种用于铜互连的高速凸点电镀方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103103585B CN103103585B CN201210588768.6A CN201210588768A CN103103585B CN 103103585 B CN103103585 B CN 103103585B CN 201210588768 A CN201210588768 A CN 201210588768A CN 103103585 B CN103103585 B CN 103103585B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- plating
- salient point
- high speed
- plating method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于铜互连的高速凸点电镀方法，采用磺酸铜体系电镀液进行铜柱凸点电镀，电镀条件为电流密度1-25A/dm2，温度15-35℃；电镀液包含：160-350g/L的高纯甲基磺酸铜盐和30-180g/L的高纯甲基磺酸，以及10-80mg/L的氯离子；该电镀液还包含1-10ml/L的加速剂和1-10ml/L的整平剂；加速剂为UPB3221A，包含聚二硫二丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、苯基二硫丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合；整平剂为UPB3221L，包含分子量分别为400、1000、6000和20000的聚乙二醇，脂肪醇烷氧基化物、氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物中的一种或几种的组合。本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法，在保证铜柱具有良好可靠性和均匀性的同时，具有较高的电镀速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种在晶圆上制备铜凸点的电镀方法，具体地，涉及一种用于铜互连的高速凸点电镀方法。
背景技术
半导体芯片传统互连工艺技术为铝制程的薄膜工艺。但是，当线宽小于0.18um时，信号延迟，电子迁移等可靠性问题严重影响集成电路的可靠性。1999年，IBM率先研发damascenes芯片铜互连工艺，并于2000年实现芯片铜互连制程量产。铜金属由于其具有优良的导电性能、热传导性、较低的熔点及容易延伸等特性，被认为是优秀的芯片互连材料。随着芯片线宽特征尺寸越来越小时，传统的封装方式已经不能满足要求，一种先进的晶圆3D互连封装技术（WLP）应运而生。它通过铜凸点和TSV电镀技术实现芯片3D互连封装，可使半导体器件制造商以较低的成本制作出封装更小、功能更强的器件和电路。凸点制作在3D互连封装中起着重要作用，出于工艺成本及可靠性的考虑，电镀方法是目前主要的凸点制作方法。晶圆凸点电镀制作工艺包括铜柱（Copper pillar）、再分布引线（RDL）、BGA金属凸点（UBM）电镀等，随着芯片特征尺寸越来越小的发展趋势，铜柱凸点电镀在3D互连封装中扮演着越来越重要的角色。
然而随着封装技术小型化、高性能化的发展，对镀铜速度及镀铜质量提出了更高的要求。不仅高纯铜互连电镀液和添加剂对铜凸点可靠性有直接影响，电镀工艺技术直接影响基础集成电路的可靠性和产品封装成本。一般来说，当镀速大于2μm/min时，其镀铜均匀性及可靠性会受到严重影响；当镀速大于3μm/min时，对镀铜工艺要求则非常严格，而且质量难以控制。
目前工业上，主要使用磺酸铜电镀液制备铜凸点，电镀速度一般控制在0.5-1μm/min之间，在此条件下铜凸点工艺通常需要电镀铜柱40-70μm，完成镀铜需要1-2个小时，生产效率较低。高速凸点电镀工艺由于可靠性和均匀性的问题没有得到工业化使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于半导体3D互连封装工艺中的晶圆凸点的电镀方法，不仅限于铜柱凸点，亦可应用于RDL、UBM制作工艺，保证凸点具有良好可靠性和均匀性的同时，具有较高的电镀速度，可达3μm/min以上。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，该方法采用磺酸铜体系电镀液进行铜凸点电镀，电镀条件为电流密度1-25A/dm2，温度15-35℃，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm2，温度20-30℃。
所述的电镀液包含：按重量体积比计160-350g/L的高纯甲基磺酸铜盐和30-180g/L的高纯甲基磺酸，以及10-80mg/L的氯离子；该电镀液还包含1-10ml/L的加速剂和1-10ml/L的整平剂。
所述的加速剂为UPB3221A，是含硫化合物，主要起到光亮及晶粒细化的作用，包含聚二硫二丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、苯基二硫丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合。
所述的整平剂为UPB3221L，是含氧化合物，主要起到润湿及整平作用，该类物质通过空间位阻或电化学作用阻碍镀层的沉积，起到辅助晶粒细化的作用，且在高速沉积条件下保证镀层的厚度均匀性良好。包含分子量分别为400、1000、6000和20000的聚乙二醇，脂肪醇烷氧基化物（如BASF公司的低泡非离子表面活性剂Plurafac LF 403，LF405以及LF600）、氧化乙烯-氧化丙烯（PO-EO）嵌段共聚物中的一种或几种的组合。在电场的作用下，加速剂和整平剂协同作用，得到可靠性良好、高速沉积的铜柱凸点。
上述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，所述的电镀方法包含：步骤1，配置所述的磺酸铜体系电镀液；步骤2，对电镀孔进行润湿；步骤3，将凸点所在晶圆与阴极接通，使晶圆电镀面完全接触该电镀液，在阴极移动或搅拌情况下进行电镀，采用电镀条件为：电流密度1-25A/dm2，温度15-35℃，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm2，温度20-30℃；步骤4，电镀结束后，将晶圆先用去离子水完全冲洗1-3min，吹干。
上述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，所述的对电镀孔进行润湿是通过抽真空、高压水喷淋或兆声波震荡的其中一种或几种方法的组合完成。
上述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，所述的电镀方法的电镀速度为2-5μm/min。
本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法具有以下优点：
开发出了一种适合在高速电镀条件下制做具备高可靠性及良好均一性的凸点的电镀工艺及方法
制备了适合高速凸点电镀的添加剂，该添加剂包括加速剂和整平剂，保证在高速沉积的条件下镀层均匀性及可靠性良好。
电镀前采用润湿工艺，通过抽真空、高压水喷淋以及兆声波震荡的其中一种或几种方法的结合完成润湿，保证在高速电镀条件下镀液充分扩散到孔内。
本发明镀液配方简单，操作维护容易，并且不使用对环境有害的化学品。使用本发明镀液制备铜柱凸点，铜沉积速度快，镀速可达到3μm/min以上，镀层结晶细腻，平整，均匀性和共面性均小于1%。
附图说明
图1为本发明的用于铜互连的高速凸点电镀方法的电镀前孔型。
图2为本发明的用于铜互连的高速凸点电镀方法的电镀凸点。
图3为本发明的用于铜互连的高速凸点电镀方法制备的凸点外观图。
图4为本发明的用于铜互连的高速凸点电镀方法的制备的凸点表面轮廓测量图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
如图1和图2所示，本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法需要在图中所示的电镀孔内电镀铜柱，采用的电源为PR系列线路板专用电镀电源。
该方法采用磺酸铜体系电镀液进行铜凸点电镀，电镀条件为电流密度1-25A/dm2，温度15-35℃，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm2，温度20-30℃。
采用的电镀液包含：按重量体积比计160-350g/L的甲基磺酸铜和30-180g/L的甲基磺酸，以及10-80mg/L的氯离子；该电镀液还包含1-10ml/L的加速剂和1-10ml/L的整平剂。
加速剂为UPB3221A，是含硫化合物，包含聚二硫二丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、苯基二硫丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合。
整平剂为UPB3221L，是含氧化合物，包含分子量分别为400、1000、6000和20000的聚乙二醇，脂肪醇烷氧基化物（如BASF公司的低泡非离子表面活性剂Plurafac LF 403，LF405以及LF600）、氧化乙烯-氧化丙烯（PO-EO）嵌段共聚物中的一种或几种的组合。在电场的作用下，加速剂和整平剂协同作用，得到可靠性良好、高速沉积的铜凸点。
本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法，电镀速度为2-5μm/min，电镀过程中通过镀液中各组分的协调作用获得结晶均匀、细腻的镀层，保证了镀层的可靠性。
本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法具体过程如下：
镀液的配制：在超高纯甲基磺酸铜电镀液中，加入1-10ml/L的加速剂UPB3221A和1-10ml/L的整平剂UPB3221L，并搅拌均匀。具体配比如表1所示。
表1：用于铜互连的高速凸点电镀方法所用电镀液配比。
| 甲基磺酸铜 | 甲基磺酸 | 氯离子 | 电流密度 | UPB3221A | UPB3221L | |
| 实施例1 | 160g/L | 30g/L | 20mg/L | 8A/dm2 | 3ml/L | 8ml/L |
| 实施例2 | 200g/L | 180g/L | 80mg/L | 12A/dm2 | 8ml/L | 4ml/L |
| 实施例3 | 280g/L | 80g/L | 30mg/L | 17A/dm2 | 6ml/L | 6ml/L |
| 实施例4 | 350g/L | 120g/L | 50mg/L | 25A/dm2 | 10ml/L | 10ml/L |
电镀前处理：采用抽真空方式，真空度达到-0.1MPa时保持5-10min，缓慢向真空槽中放入去离子水，液面超过待镀晶圆高度2-5cm并保持1-3min。
电镀：将凸点所在晶圆与阴极接通，使晶圆电镀面完全接触该电镀液，在阴极移动或搅拌情况下进行电镀。采用电镀条件为：电流密度8-16A/dm2，温度为20-30℃。
电镀后处理：将晶圆先用去离子水完全冲洗1-3min，吹干。
对实施例1~4所得的电镀凸点进行检测与评价：
1.考察外观：将晶圆去除光刻胶后，用金相显微镜观察凸点的结晶形貌，结果参见图3。
2.考察高度和平整性：用表面轮廓仪测量铜凸点的高度及平整性，结果如图4所示，电镀高度63μm。由于表面轮廓仪所得的图中同一区域图形的实际电镀面积差别很大（有效面积差别10倍），因而不同图形的高度会有差别，特别在高速电镀的条件下，如果均匀性较差，会有明显高度差。但从图4表面轮廓看出，不同图形高度一样，说明其镀层均匀性好。
本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法制备的铜柱凸点样品外观平整，经过可靠性考核后断裂模式可接受，整片进行共面性测试，良率均在99.7%以上，满足要求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种用于铜互连的高速凸点电镀方法，其特征在于，该方法采用磺酸铜体系电镀液进行铜凸点电镀，电镀条件为电流密度1-25A/dm2，温度15-35℃；
所述的磺酸铜体系电镀液包含：按重量体积比计160-350g/L的甲基磺酸铜盐和30-180g/L的甲基磺酸，以及10-80mg/L的氯离子；该电镀液还包含1-10ml/L的加速剂和1-10ml/L的整平剂；
所述的加速剂为UPB3221A，是含硫化合物，其包含聚二硫二丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、苯基二硫丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合；
所述的整平剂为UPB3221L，是含氧化合物，其包含分子量分别为400、1000、6000和20000的聚乙二醇，脂肪醇烷氧基化物、氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物中的一种或几种的组合。
2.如权利要求1所述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其特征在于，所述的电镀方法包含：
步骤1，配置所述的磺酸铜体系电镀液；
步骤2，对电镀孔进行润湿；
步骤3，将凸点所在晶圆与阴极接通，使晶圆电镀面完全接触该电镀液，在阴极移动或搅拌情况下进行电镀；
步骤4，电镀结束后，将晶圆先用去离子水完全冲洗1-3min，吹干。
3.如权利要求2所述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其特征在于，所述的对电镀孔进行润湿是通过抽真空、高压水喷淋或兆声波震荡的其中一种或几种方法的组合完成。
4.如权利要求1所述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其特征在于，所述的电镀方法的电镀速度范围为2-5μm/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210588768.6A CN103103585B (zh) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | 一种用于铜互连的高速凸点电镀方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210588768.6A CN103103585B (zh) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | 一种用于铜互连的高速凸点电镀方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103103585A CN103103585A (zh) | 2013-05-15 |
| CN103103585B true CN103103585B (zh) | 2015-09-16 |
Family
ID=48311766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210588768.6A Active CN103103585B (zh) | 2012-12-29 | 2012-12-29 | 一种用于铜互连的高速凸点电镀方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103103585B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103290438B (zh) * | 2013-06-25 | 2015-12-02 | 深圳市创智成功科技有限公司 | 用于晶圆级封装的电镀铜溶液及电镀方法 |
| CN103361694A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-10-23 | 上海新阳半导体材料股份有限公司 | 一种用于3d铜互连高深宽比硅通孔技术微孔电镀填铜方法 |
| CN103361681B (zh) | 2013-08-08 | 2016-11-16 | 上海新阳半导体材料股份有限公司 | 能改变tsv微孔镀铜填充方式的添加剂c及包含其的电镀液 |
| CN103474378B (zh) * | 2013-09-13 | 2016-03-16 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 基于tsv制程的真空预湿装置和抽真空预湿方法 |
| CN106757207A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 江苏澳光电子有限公司 | 一种用于pcb板化学镀镍钯合金的方法 |
| CN108546968B (zh) | 2018-04-16 | 2019-03-19 | 广东工业大学 | 一种差异化孔同步电镀填充的方法和电镀装置 |
| CN108914171B (zh) * | 2018-07-19 | 2020-05-19 | 广东工业大学 | 一种加速铜沉积添加剂及其制备方法和应用 |
| CN111118558B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-04 | 江苏赛夫特半导体材料检测技术有限公司 | 一种半导体用镀铜添加剂 |
| CN111364076B (zh) * | 2020-04-21 | 2022-04-22 | 深圳市板明科技股份有限公司 | 一种盲孔填充电镀铜溶液及其应用 |
| CN111424296B (zh) * | 2020-05-18 | 2021-06-29 | 深圳市创智成功科技有限公司 | 填充ic载板通孔的电镀铜溶液及电镀方法 |
| CN112185857A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 王健 | 一种晶圆电镀前处理用摇摆喷淋工艺 |
| CN113279026B (zh) * | 2021-04-25 | 2022-09-02 | 厦门理工学院 | 一种用于铜箔盲孔填孔的药水 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101405436A (zh) * | 2006-04-05 | 2009-04-08 | 麦克德米德有限公司 | 电解镀铜的方法 |
| CN102286760A (zh) * | 2010-05-19 | 2011-12-21 | 诺发系统有限公司 | 用金属电化学填充高纵横比的大型凹入特征的方法、水溶液电镀槽溶液、电镀设备以及系统 |
| CN102318041A (zh) * | 2009-02-17 | 2012-01-11 | 埃托特克德国有限公司 | 用于电沉积铜的工艺,在穿硅通孔(tsv)中的芯片间、芯片到晶片间和晶片间的互连 |
| CN102804343A (zh) * | 2009-06-17 | 2012-11-28 | 诺发系统有限公司 | 用于增强型镶嵌金属填充的润湿预处理的设备 |
-
2012
- 2012-12-29 CN CN201210588768.6A patent/CN103103585B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101405436A (zh) * | 2006-04-05 | 2009-04-08 | 麦克德米德有限公司 | 电解镀铜的方法 |
| CN102318041A (zh) * | 2009-02-17 | 2012-01-11 | 埃托特克德国有限公司 | 用于电沉积铜的工艺,在穿硅通孔(tsv)中的芯片间、芯片到晶片间和晶片间的互连 |
| CN102804343A (zh) * | 2009-06-17 | 2012-11-28 | 诺发系统有限公司 | 用于增强型镶嵌金属填充的润湿预处理的设备 |
| CN102286760A (zh) * | 2010-05-19 | 2011-12-21 | 诺发系统有限公司 | 用金属电化学填充高纵横比的大型凹入特征的方法、水溶液电镀槽溶液、电镀设备以及系统 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 印刷电路板电镀铜添加剂的研究进展;朱凤鹃等;《电镀与精饰》;20080831;第30卷(第8期);第18页左栏 * |
| 添加剂对铜互联线脉冲电镀的影响;徐赛生等;《中国集成电路》;20080731(第110期);第62页，63页左栏 * |
| 硅通孔铜互连甲基磺酸铜电镀液中氯离子的作用;季春花等;《电镀与涂饰》;20120228;第31卷(第2期);第6-9页 * |
| 酸性光亮镀铜工艺的研究;刘海凤等;《电镀与环保》;20050331;第25卷(第2期);第16页右栏 * |
| 酸性镀铜光亮剂的开发;邓正平等;《电镀与精饰》;20090930;第31卷(第9期);第14页左栏 * |
| 酸性镀铜研究进展;刘烈炜等;《电镀与精饰》;20040930;第26卷(第5期);第14页左栏 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103103585A (zh) | 2013-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103103585B (zh) | 一种用于铜互连的高速凸点电镀方法 | |
| US20160190007A1 (en) | A method for microvia filling by copper electroplating with tsv technology for 3d copper interconnection at high aspect ratio | |
| Beica et al. | Through silicon via copper electrodeposition for 3D integration | |
| US9915005B2 (en) | Additive C capable of changing microvia-filling method by TSV copper plating, and electroplating solution containing same | |
| CN106245073A (zh) | 用金属电化学填充高纵横比的大型凹入特征的方法、水溶液电镀槽溶液、电镀设备以及系统 | |
| CN106521573B (zh) | 制备具有择优取向生长结构的电镀铜层的方法及其应用 | |
| KR101779403B1 (ko) | 이미다졸 및 비스에폭사이드 화합물의 반응 산물을 함유하는 구리 전기도금조로부터 포토레지스트 정의된 특징부의 전기도금 방법 | |
| EP3128041A1 (en) | Method of electroplating photoresist defined features from copper electroplating baths containing reaction products of pyridyl alkylamines and bisepoxides | |
| CN105441994A (zh) | 一种能用于提高凸点共面性的电镀液组合物 | |
| US20130168255A1 (en) | Copper-electroplating composition and process for filling a cavity in a semiconductor substrate using this composition | |
| CN103484908B (zh) | Tsv电化学沉积铜方法 | |
| CN109863261B (zh) | 硅贯通电极的无缺陷填充方法以及用于该填充方法的镀铜液 | |
| CN104532309A (zh) | 能控制tsv深孔镀铜结晶及生长方式的添加剂b及其用途 | |
| KR20190052612A (ko) | 구리 전기도금 조성물 및 기판에서 구리의 전기도금 방법 | |
| JP2017183332A (ja) | めっき方法 | |
| CN102157436A (zh) | 一种降低金属损伤的电镀铜方法 | |
| CN103911635A (zh) | 一种电镀铜溶液 | |
| US10508349B2 (en) | Method of electroplating photoresist defined features from copper electroplating baths containing reaction products of pyrazole compounds and bisepoxides | |
| Wu et al. | Study on copper plating solutions for fast filling of through silicon via (TSV) in 3D electronic packaging | |
| CN113943956A (zh) | 一种适用于薄表面铜填孔应用的任意层电镀铜浴及方法 | |
| Li et al. | Effect of different pretreatments on through silicon via copper filling | |
| Zeng et al. | The influence of pulse and ultrasonic agitation on TSV filling | |
| Roshchin et al. | Electrochemical deposition of contact structures for integrated circuit packaging | |
| CN117802542B (zh) | 一种铜互连电镀方法 | |
| WO2024131535A1 (zh) | 一种金属电镀组合物及其使用方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |