JP2017036500A - イミダゾールとビスエポキシド化合物との反応生成物を含有する電気銅めっき浴からフォトレジスト画定フィーチャを電気めっきする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実質的に均一な形態を有するフォトレジスト画定フィーチャのめっきを可能にする電気めっき法を提供。
【解決手段】フォトレジスト画定フィーチャを電気めっきするためのイミダゾールとビスエポキシドとの反応生成物を用いた電気銅めっき浴を含む。そのようなフィーチャは、ピラー、ボンドパッド、及び線幅／線間フィーチャを含む電気めっき法。
【選択図】図１

Description

本発明は、イミダゾールとビスエポキシド化合物との反応生成物を含む電気銅めっき浴からフォトレジスト画定フィーチャを電気めっきする方法を対象とする。より具体的には、本発明は、フォトレジスト画定フィーチャが実質的に均一な表面形態を有する、イミダゾールとビスエポキシド化合物との反応生成物を含む電気銅めっき浴からフォトレジスト画定フィーチャを電気めっきする方法を対象とする。

フォトレジスト画定フィーチャは、集積回路チップ及びプリント回路板用の銅ピラー及び再配線層の配線、例えば、ボンドパッド及び線幅／線間フィーチャ等を含む。フィーチャは、パッケージング技術においてしばしばダイと称される半導体ウエハチップ、またはエポキシ／ガラスプリント回路板等の基板にフォトレジストが塗布されるリソグラフィーのプロセスによって形成される。概して、フォトレジストが基板の表面に塗布され、パターンを有するマスクがフォトレジストに適用される。マスクを有する基板が、紫外線等の放射線に露光される。典型的には、放射線に露光されたフォトレジストの部分は、現像により取り除かれるかまたは除去され、基板の表面が露出される。マスクの特定のパターンに依存して、回路線または開口部の輪郭が形成され得、露出されなかったフォトレジストが基板上に残り、回路線パターンまたは開口部の壁を形成する。基板の表面は、金属シード層または他の導電性材料または基板の表面を導電性にすることができる金属合金材料を含む。パターン化されたフォトレジストを有する基板は、次いで、金属電気めっき浴、典型的には電気銅めっき浴に浸漬され、金属が回路線パターンまたは開口部に電気めっきされ、ピラー、ボンドパッド、または回路線、すなわち、線幅／線間フィーチャ等のフィーチャが形成される。電気めっきが完了すると、剥離液によってフォトレジストの残りが基板から剥離され、フォトレジスト画定フィーチャを有する基板がさらに処理される。

銅ピラー等のピラーは、典型的には、ピラーがめっきされる半導体チップと基板との間の接着及び電気伝導を可能にするように頂上がはんだで覆われる。そのような構成は、高度なパッケージング技術に見られる。頂上がはんだで覆われた銅ピラーのアーキテクチャは、はんだバンピング単独と比較して改善された入出力（Ｉ／Ｏ）密度に起因して、高度なパッケージング用途において急成長している分野である。リフロー不可能な銅ピラー及びリフロー可能なはんだキャップの構造を有する銅ピラーバンプは、以下の利点を有する：（１）銅が低い電気抵抗及び高い電流密度性能を有する、（２）銅の熱伝導率がはんだバンプの熱伝導率の３倍以上を提供する、（３）信頼性の問題を引き起こし得る従来のＢＧＡ ＣＴＥ（熱膨張のボールグリッドアレイ係数）ミスマッチの問題を改善することができる、及び（４）リフロー中に銅ピラーが崩壊しないため、絶縁体の高さを妥協することなく非常に細かいピッチを可能にする。

全ての銅ピラーバンプ製造プロセスの中で、電気めっきは、圧倒的に最も商業的に実現可能なプロセスである。コスト及びプロセス条件が考慮される実際の工業生産において、電気めっきは、大量生産性を提供し、銅ピラーの形成後に銅ピラーの表面形態を変化させるための研磨または腐食プロセスが存在しない。したがって、電気めっきによって平滑な表面形態を得ることが特に重要である。銅ピラーを電気めっきするための理想的な電気銅めっきの化学は、優れた均一性の析出物、平坦なピラー形状、及びはんだによるリフロー後にボイドフリーの金属間界面をもたらし、全体を通して高いウエハを可能にするように高い析出速度でめっきすることが可能である。しかしながら、１つの属性における改善は、通常、別の属性の犠牲を伴うため、そのようなめっきの化学の開発は産業にとっての挑戦である。銅ピラーに基づく構造は、スマートフォン及びＰＣ等の消費者製品において使用するために種々の製造業者によって既に用いられている。ウエハレベル工程（ＷＬＰ）が進化し続け、銅ピラー技術の使用を導入するのであれば、信頼性のある銅ピラー構造を生成することができる高度な能力を有する銅めっき浴の需要が増加するであろう。

再配線層の配線の金属電気めっきも、形態に関する同様の問題に直面している。ボンドパッド及び線幅／線間フィーチャの形態における欠陥も、高度なパッケージング物品の性能を損なわせる。したがって、フィーチャが実質的に均一な表面形態を有する銅／フォトレジスト画定フィーチャを提供する電気銅めっきの方法の必要性が存在する。

フォトレジスト画定フィーチャを電気めっきする方法であって、ａ）フォトレジストの層を備える基板を提供することであって、フォトレジストの層は複数の開口部を含む、提供することと、ｂ）１つ以上のイミダゾール化合物と１つ以上のビスエポキシドとの１つ以上の反応生成物、電解質、１つ以上の促進剤、及び１つ以上の抑制剤を含む電気銅めっき浴を提供することと、ｃ）複数の開口部を有するフォトレジストの層を含む基板を電気銅めっき浴に浸漬することと、ｄ）複数の銅／フォトレジスト画定フィーチャを複数の開口部に電気めっきすることと、を含み、複数のフォトレジスト画定フィーチャは、５％〜８％の平均％ＴＩＲを含む、方法。

電気銅めっき浴は、１つ以上のイミダゾール化合物と１つ以上のビスエポキシドとの反応生成物、電解質、１つ以上の銅イオンの源、１つ以上の促進剤、及び１つ以上の抑制剤を、５％〜８％の平均％ＴＩＲを有する銅／フォトレジスト画定フィーチャを電気めっきするのに十分な量で含む。

本発明はまた、５％〜８％の平均％ＴＩＲ及び５％〜１２％の％ＷＩＤを有する基板上のフォトレジスト画定フィーチャのアレイも対象とする。

電気銅めっきの方法及び浴は、実質的に均一な形態を有し、また実質的にノジュールが存在しない、銅／フォトレジスト画定フィーチャを提供する。銅ピラー及びボンドパッドは、実質的に平坦なプロファイルを有する。電気銅めっき浴及び方法は、所望の形態を達成するための平均％ＴＩＲを可能にする。

１Ｈ−イミダゾールとグリセロールジグリシジルエーテルとの反応生成物を含有する電気銅めっき浴から電気めっきされた銅ピラーの３００倍のＳＥＭである。 ２−メチルキノリン−４−アミン、２−（２−アミノエチル）ピリジン、及び１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテルの反応生成物である従来のレベラー化合物を含有する電気銅めっき浴から電気めっきされた銅ピラーの３００倍のＳＥＭである。

本明細書を通して使用される場合、文脈上明確に別途示されない限り、以下の略語は以下の意味を有するものとする：Ａ＝アンペア；Ａ／ｄｍ^２＝アンペア／平方デシメートル＝ＡＳＤ；℃＝セ氏温度；ＵＶ＝紫外線放射；ｇ＝グラム；ｐｐｍ＝１００万分率＝ｍｇ／Ｌ；Ｌ＝リットル、μｍ＝ミクロン＝マイクロメートル；ｍｍ＝ミリメートル；ｃｍ＝センチメートル；ＤＩ＝脱イオン化；ｍＬ＝ミリリットル；ｍｍｏｌ＝ミリモル；Ｍｗ＝重量平均分子量；Ｍｎ＝数平均分子量；ＳＥＭ＝走査型電子顕微鏡；ＦＩＢ＝集束イオンビーム；ＷＩＤ＝ダイ内；ＴＩＲ＝全振れ量＝軸偏心量＝読みの最大差＝ＦＩＭ；及びＲＤＬ＝再配線層。

本明細書を通して使用される場合、「めっき」という用語は金属電気めっきを指す。「析出」及び「めっき」は、本明細書を通して同義に使用される。「促進剤」は、電気めっき浴のめっき速度を増大させる有機添加剤を指す。「抑制剤」は、電気めっき中に金属のめっき速度を抑制する有機添加剤を指す。「アレイ」という用語は、順序付けられた構成を意味する。「部分」という用語は、官能基全体または官能基の一部のいずれかを基礎構造として含み得る分子またはポリマーの一部を意味する。「部分」及び「基」という用語は、本明細書を通して同義に使用される。「開口部」という用語は、開放、穴、または間隙を意味する。「形態」という用語は、物品の形、形状、及び構造を意味する。「全振れ量」または「軸偏心量」という用語は、最大測定値と最小測定値との差であり、すなわち、他の円筒状のフィーチャまたは同様の状態との平坦度、真円度（円形度）、円筒度、同心度からの偏差の量を示す、ある部分の平面状、円筒状、または曲線状の表面上の指示器の読み取り値である。「形状測定法」という用語は、物体の測定及びプロファイリングにおける技術の使用、または三次元物体の表面測定を行うためのレーザーもしくはコンピュータ生成白色光画像の使用を意味する。「ピッチ」という用語は、基板上でフィーチャが互いから位置する頻度を意味する。「正規化する」という用語は、％ＴＩＲとしての割合等のサイズ変数に対する値に到達するために縮尺変更することを意味する。「平均」という用語は、パラメータの中心となるまたは典型的な値を表す数を意味する。「パラメータ」という用語は、システムを定義するかまたはその動作の条件を設定するセットのうちの１つを形成する、数因子または他の測定可能な因子を意味する。冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、単数形及び複数形を指す。

全ての数の範囲は、そのような数の範囲が合計で１００％となることを余儀なくされることが明らかである場合を除いて、包括的であり、また任意の順序で組み合わせ可能である。

本発明の銅／フォトレジスト画定フィーチャを電気めっきするための方法及び浴は、フィーチャが、実質的に平滑で、ノジュールが存在せず、ピラー、ボンドパッド、及び線幅／線間フィーチャに関して、実質的に平坦なプロファイルを有する形態を有するように、フォトレジスト画定フィーチャのアレイが平均％ＴＩＲを有することを可能にする。本発明のフォトレジスト画定フィーチャは、基板上に残ったフォトレジストで電気めっきされ、基板の平面を超えて延在する。これは、典型的には、基板の平面を超えて延在するが、基板内に嵌め込まれたフィーチャを画定するためにフォトレジストを使用しない、デュアルダマシン及びプリント回路板のめっきとは対照的である。フォトレジスト画定フィーチャとダマシン及びプリント回路板のフィーチャとの重要な違いは、ダマシン及びプリント回路板に関して、側壁を含むめっき表面が全て導電性であるということである。デュアルダマシン及びプリント回路板のめっき浴は、ボトムアップフィリングまたはコンフォーマルフィリングを提供する配合を有し、フィーチャの底部が、フィーチャの上部よりも迅速にめっきされる。フォトレジスト画定フィーチャにおいて、側壁は非導電性フォトレジストであり、めっきは導電性のシード層を有するフィーチャの底部でのみ生じ、どこで析出しようともコンフォーマルなまたは同じめっき速度で進行する。

本発明は、実質的に、環状形態を有する銅ピラーを電気めっきする方法に関して記載されるが、本発明は、ボンドパッド及び線幅／線間フィーチャ等の他のフォトレジスト画定フィーチャにも適用される。概して、フィーチャの形状は、円形または円筒状に加えて、例えば、楕円形、八角形、及び長方形であり得る。本発明の方法は、好ましくは銅の円筒状ピラーを電気めっきするためのものである。

電気銅めっき法は、５％〜８％、好ましくは５％〜７％の平均％ＴＩＲを有する、銅ピラー等の銅／フォトレジスト画定フィーチャのアレイを提供する。

概して、基板上のフォトレジスト画定フィーチャのアレイの平均％ＴＩＲは、単一基板上のフィーチャのアレイから個々のフィーチャの％ＴＩＲを決定し、それらを平均化することを含む。典型的には、平均％ＴＩＲは、基板上の低密度またはより大きなピッチの領域の個々のフィーチャの％ＴＩＲ、及び高密度またはより小さなピッチの領域の個々のフィーチャの％ＴＩＲを決定し、その値を平均化することによって決定される。様々な個々のフィーチャの％ＴＩＲを測定することによって、平均％ＴＩＲは、基板全体の代表値となる。

％ＴＩＲは、以下の方程式によって決定され得、
％ＴＩＲ＝［高さ_{ｃｅｎｔｅｒ}−高さ_ｅｄｇｅ］／高さ_ｍａｘ×１００、
式中、高さ_{ｃｅｎｔｅｒ}は、その中心軸に沿って測定されるピラーの高さであり、高さ_ｅｄｇｅは、エッジ上の最も高い点でそのエッジに沿って測定されるピラーの高さである。高さ_ｍａｘは、ピラーの底部からその上部の最も高い点までの高さである。高さ_ｍａｘは、正規化因子である。

個々のフィーチャのＴＩＲは、以下の方程式によって決定され得、
ＴＩＲ＝高さ_{ｃｅｎｔｅｒ}−高さ_ｅｄｇｅ
式中、高さ_{ｃｅｎｔｅｒ}及び高さ_ｅｄｇｅは、上で定義した通りである。

さらに、電気銅めっきの方法及び浴は、５％〜１２％、好ましくは５％〜８％の％ＷＩＤを有する銅／フォトレジスト画定フィーチャのアレイを提供し得る。％ＷＩＤまたはダイ内％は、以下の方程式によって決定され得、
％ＷＩＤ＝１／２×［（高さ_ｍａｘ−高さ_ｍｉｎ）／高さ_ａｖｇ］×１００
式中、高さ_ｍａｘは、ピラーの最も高い部分で測定される、基板上に電気めっきされたピラーのアレイの最も高いピラーの高さである。高さ_ｍｉｎは、ピラーの最も高い部分で測定される、基板上に電気めっきされたピラーのアレイの最も短いピラーの高さである。高さ_ａｖｇは、基板上に電気めっきされた全てのピラーの平均高さである。

最も好ましくは、本発明の方法は、平均％ＴＩＲが５％〜８％の範囲であり、％ＷＩＤが５％〜１２％の範囲であり、好ましい範囲は上で開示した通りであるように、平均％ＴＩＲと％ＷＩＤとの間に均衡が存在する基板上のフォトレジスト画定フィーチャのアレイを提供する。

ＴＩＲ、％ＴＩＲ、及び％ＷＩＤを決定するためのピラーのパラメータは、白色光ＬＥＩＣＡ ＤＣＭ ３Ｄまたは同様の装置を用いる等、光学的形状測定法を使用して測定され得る。ピラー高さ及びピッチ等のパラメータは、そのようなデバイスを使用して測定され得る。

概して、電気銅めっき浴から電気めっきされた銅ピラーは、３：１〜１：１、または２：１〜１：１等のアスペクト比を有し得る。ＲＤＬ型構造は、１：２０（高さ：幅）の大きさのアスペクト比を有し得る。

好ましくは、イミダゾール化合物は、以下の一般式

（式中、Ｒ_１、Ｒ_２、及びＲ_３水素、直鎖もしくは分岐鎖（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、ヒドロキシル、直鎖もしくは分岐鎖アルコキシ、直鎖もしくは分岐鎖ヒドロキシ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、直鎖もしくは分岐鎖アルコキシ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、直鎖もしくは分岐鎖、カルボキシ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、直鎖もしくは分岐鎖アミノ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、及び置換もしくは非置換フェニルから独立して選択され、置換基は、ヒドロキシル、ヒドロキシ（Ｃ_１−Ｃ_３）アルキル、または（Ｃ_１−Ｃ_３）アルキルであり得る）を有する。好ましくは、Ｒ_１、Ｒ_２、及びＲ_３は、水素、直鎖もしくは分岐鎖（Ｃ_１−Ｃ_５）アルキル、ヒドロキシル、直鎖もしくは分岐鎖ヒドロキシ（Ｃ_１−Ｃ_５）アルキル、及び直鎖もしくは分岐鎖アミノ（Ｃ_１−Ｃ_５）アルキルから独立して選択される。より好ましくは、Ｒ_１、Ｒ_２、及びＲ_３は、水素、ならびにメチル、エチル、及びプロピル部分等の（Ｃ_１−Ｃ_３）アルキから独立して選択される。さらにより好ましくは、Ｒ_１、Ｒ_２、及びＲ_３は、水素であるか、またはＲ_１及びＲ_２は、メチルであり、Ｒ_３は、水素である。かかる化合物の例は、１Ｈ−イミダゾール、２，５−ジメチル−１Ｈ−イミダゾール、及び４−フェニルイミダゾールである。
好ましくは、ビスエポキシドは、式：

（式中、Ｒ_４及びＲ_５水素及び（Ｃ_１−Ｃ_４）アルキルから独立して選択され、Ｒ_６及びＲ_７水素、メチル、及びヒドロキシルから独立して選択され、ｍ＝１−６であり、ｎ＝１−２０である）を有する。好ましくは、Ｒ_４及びＲ_５は、水素である。好ましくは、Ｒ_６は、水素であり、Ｒ_７は、水素またはヒドロキシルであり、Ｒ_７がヒドロキシルであり、ｍ＝２−４であるとき、１つのＲ_７のみがヒドロキシルであり、残りが水素であることが好ましい。好ましくは、ｍ＝２−４であり、ｎ＝１−２である。より好ましくは、ｍ＝３−４であり、ｎ＝１である。

式（ＩＩ）のための特定の化合物は、限定されないが、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジ（エチレングリコール）ジグリシジルエーテル、１，３−ブタンジオールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジ（プロピレングリコール）ジグリシジルエーテル、ポリ（エチレングリコール）ジグリシジルエーテル化合物、及びポリ（プロピレングリコール）ジグリシジルエーテル化合物を含む。

さらなる好ましいビスエポキシドは、６つの炭素環状部分を有するもの等の環状炭素部分を有するビスエポキシドを含む。そのようなビスエポキシドは、限定されないが、１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルまたはレゾルシノールジグリシジルエーテルを含む。

本発明の反応生成物は、当該技術分野で既知の種々のプロセスによって調製され得る。典型的には、１つ以上のイミダゾール化合物を室温で脱イオン水に溶解し、１つ以上のビスエポキシドを滴下で加える。次いで、浴の温度を室温から約９０℃まで上昇させる。撹拌しながらの加熱を約２−５時間行う。次いで、さらに４−８時間撹拌しながら加熱浴の温度を室温まで下げる。各構成成分の量は異なり得るが、概して、生成物を提供するのに十分な量の各反応物が加えられ、イミダゾール化合物の部分対ビスエポキシドの部分のモル比は、３：１〜１：１、好ましくは２：１〜１：２、また最も好ましくは１．２：１〜１：１．２の範囲である。

水性電気銅めっき浴は、金属イオン源、電解質、ならびに１つ以上のイミダゾール化合物及び１つ以上のビスエポキシドの反応生成物を含有する。水性電気銅めっき浴はまた、促進剤、抑制剤、及び任意選択的にハロゲン化物イオン源を含む。浴から電気めっきされて、銅ピラーを形成し得る金属は、銅及び銅／錫合金を含む。好ましくは、銅金属が電気めっきされる。

好適な銅イオン源は銅塩であり、限定されないが、硫酸銅；塩化銅等の銅ハロゲン化物；酢酸銅；硝酸銅；テトラフルオロホウ酸銅；アルキルスルホン酸銅；アリールスルホン酸銅；スルファミン酸銅；過塩素酸銅、及びグルコン酸銅を含む。例示的なアルキルスルホン酸銅は、（Ｃ_１−Ｃ_６）アルカンスルホン酸銅、またより好ましくは（Ｃ_１−Ｃ_３）アルカンスルホン酸銅を含む。好ましいアルキルスルホン酸銅は、メタンスルホン酸銅、エタンスルホン酸銅、及びプロパンスルホン酸銅である。例示的なアリールスルホン酸銅は、限定されないが、ベンゼンスルホン酸銅及びｐ−トルエンスルホン酸銅を含む。銅イオン源の混合物が用いられてもよい。銅イオン以外の１つ以上の金属イオンの塩が、本発明の電気めっき浴に加えられてもよい。典型的には、銅塩は、めっき液の３０〜６０ｇ／Ｌの銅イオンの量を提供するのに十分な量で存在する。好ましくは、銅イオンの量は、４０〜５０ｇ／Ｌである。

本発明において有用な電解質は、アルカリ性または酸性であり得る。好ましくは、電解質は酸性である。好ましくは、電解質のｐＨは≦２である。好適な酸性電解質は、限定されないが、硫酸、酢酸、フルオロホウ酸、アルカンスルホン酸、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、及びトリフルオロメタンスルホン酸等、アリールスルホン酸、例えば、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、スルファミン酸、塩酸、臭化水素酸、過塩素酸、硝酸、クロム酸、及びリン酸を含む。酸の混合物は、本発明の金属めっき浴に有利に用いられ得る。好ましい酸は、硫酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、塩酸、及びそれらの混合物を含む。酸は、１〜４００ｇ／Ｌの範囲の量で存在し得る。電解質は、一般的に、様々な供給源から商業的に入手可能であり、さらに精製することなく使用され得る。

そのような電解質は、任意選択的にハロゲン化物イオンの源を含有し得る。典型的には、塩化物イオン及び臭化物イオンが用いられる。例示的な塩化物イオン源は、塩化銅、塩化錫、塩化ナトリウム、塩化カリウム、及び塩酸を含む。臭化物イオンの源の例は、臭化ナトリウム、臭化カリウム、及び臭化水素である。広範なハロゲン化物イオン濃度が本発明に用いられ得る。典型的には、ハロゲン化物イオン濃度は、めっき浴を基準として０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲である。好ましくは、ハロゲン化物イオンは、５０〜８０ｍｇ／Ｌの量で含まれる。そのようなハロゲン化物イオン源は、一般的に商業的に入手可能であり、さらに精製することなく使用され得る。

水性電気銅めっき浴は、促進剤を含有する。任意の促進剤（光沢剤とも称される）が、本発明における使用に好適である。そのような促進剤は、当業者に周知である。促進剤は、限定されないが、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ジチオカルバミン酸−（３−スルホプロピル）エステル；３−メルカプト−プロピルスルホン酸−（３−スルホプロピル）エステル；３−メルカプト−プロピルスルホン酸ナトリウム塩；カルボン酸、ジチオ−Ｏ−エチルエステル−Ｓ−エステル及び３−メルカプト−１−プロパンスルホン酸カリウム塩；ビス−スルホプロピルジスルフィド；ビス−（ナトリウムスルホプロピル）−ジスルフィド；３−（ベンゾチアゾリル−Ｓ−チオ）プロピルスルホン酸ナトリウム塩；ピリジニウムプロピルスルホベタイン；１−ナトリウム−３−メルカプトプロパン−１−スルホネート；Ｎ，Ｎ−ジメチル−ジチオカルバミン酸−（３−スルホエチル）エステル；３−メルカプト−エチルプロピルスルホン酸−（３−スルホエチル）エステル；３−メルカプト−エチルスルホン酸ナトリウム塩；カルボン酸−ジチオ−Ｏ−エチルエステル−Ｓ−エステル及び３−メルカプト−１−エタンスルホン酸カリウム塩；ビス−スルホエチルジスルフィド；３−（ベンゾチアゾリル−Ｓ−チオ）エチルスルホン酸ナトリウム塩；ピリジニウムエチルスルホベタイン；及び１−ナトリウム−３−メルカプトエタン−１−スルホネートを含む。促進剤は、様々な量で使用され得る。概して、促進剤は、０．１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲の量で使用される。好ましくは、促進剤は、１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ、またより好ましくは５ｐｐｍ〜２０ｐｐｍの量で含まれる。

好適な抑制剤は、限定されないが、エチレンオキシド−プロピレンオキシド（「ＥＯ／ＰＯ」）コポリマー及びブチルアルコール−エチレンオキシド−プロピレンオキシドコポリマーを含む、ポリプロピレングリコールコポリマー及びポリエチレングリコールコポリマーを含む。抑制剤の重量平均分子量は、８００−１５０００、好ましくは１０００−１５，０００の範囲であり得る。そのような抑制剤が使用される場合、それらは、好ましくは組成物の重量を基準にして０．５ｇ／Ｌ〜１５ｇ／Ｌ、より好ましくは１ｇ／Ｌ〜５ｇ／Ｌの範囲で存在する。

概して、反応生成物は、２００〜１００，０００、典型的には３００〜５０，０００、好ましくは５００〜３０，０００の数平均分子量（Ｍｎ）を有するが、他のＭｎ値を有する反応生成物が使用されてもよい。そのような反応生成物は、１０００〜５０，０００、典型的には５０００〜３０，０００の範囲の重量平均分子量（Ｍｗ）値を有し得るが、他のＭｗ値が使用されてもよい。

フォトレジスト画定フィーチャ、好ましくは銅ピラーをめっきするための電気銅めっき浴中に使用される反応生成物の量は、めっき浴の全重量を基準にして、０．２５ｐｐｍ〜２０ｐｐｍ、好ましくは０．２５ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ、より好ましくは０．２５ｐｐｍ〜５ｐｐｍの範囲であり得る。

電気めっき浴は、任意の順序で構成成分を組み合わせることによって調製され得る。金属イオンの源、水、電解質、及び任意選択的なハロゲン化物イオン源等の無機構成成分が、最初に浴容器に加えられ、その後、反応生成物、促進剤、抑制剤、及び任意の他の有機構成成分等の有機構成成分が加えられることが好ましい。

水性電気銅めっき浴は、任意選択的に従来のレベリング剤を含有し得るが、但し、そのようなレベリング剤は、銅フィーチャの構造及び機能を実質的に損なわないものとする。そのようなレベリング剤は、Ｓｔｅｐ等に対する米国特許第６，６１０，１９２号、Ｗａｎｇ等に対する第７，１２８，８２２号、Ｈａｙａｓｈｉ等に対する第７，３７４，６５２号、及びＨａｇｉｗａｒａ等に対する第６，８００，１８８号に開示されるものを含み得る。しかしながら、そのようなレベリング剤は、浴中に含まれないことが好ましい。

典型的には、めっき浴は、１０〜６５℃またはそれ以上の任意の温度で使用され得る。好ましくは、めっき組成物の温度は、１５〜５０℃であり、またより好ましくは２０〜４０℃である。

概して、電気銅めっき浴は使用中に撹拌される。任意の好適な撹拌方法が使用され得、またそのような方法は、当該技術分野で周知である。好適な撹拌方法は、限定されないが、エアスパージング、ワークピースアジテーション、及びインピンジメントを含む。

典型的には、基板をめっき浴と接触させることによって基板が電気めっきされる。基板は、典型的には、陰極として機能する。めっき浴は、可溶性または不溶性であり得る陽極を含む。電位が電極に印加される。電流密度は、０．２５ＡＳＤ〜４０ＡＳＤ、好ましくは１ＡＳＤ〜２０ＡＳＤ、より好ましくは４ＡＳＤ〜１８ＡＳＤの範囲であり得る。

本発明の方法は、ピラー、ボンディングパッド、及び線幅／線間フィーチャ等のフォトレジスト画定フィーチャを電気めっきするために使用され得るが、本方法は、本発明の好ましいフィーチャである銅ピラーをめっきするという状況において説明される。典型的には、銅ピラーは、最初に導電性シード層を半導体チップまたはダイ等の基板上に析出させることによって形成され得る。基板は、次いでフォトレジスト材料で被覆され、フォトレジスト層を紫外線等の放射線に選択的に露光するために画像化される。フォトレジスト層は、当該技術分野で既知の従来のプロセスによって半導体チップの表面に塗布され得る。フォトレジスト層の厚さは、フィーチャの高さに依存して異なり得る。典型的には、厚さは、１μｍ〜２５０μｍの範囲である。パターン化されたマスクがフォトレジスト層の表面に適用される。フォトレジスト層は、ポジ型またはネガ型フォトレジストであり得る。フォトレジストがポジ型である場合、放射線に露光されたフォトレジストの部分が、アルカリ現像液等の現像液で除去される。基板またはダイ上のシード層まで貫通する複数の開口部のパターンが表面上に形成される。ピラーのピッチは、２０μｍ〜４００μｍの範囲であり得る。好ましくは、ピッチは、４０μｍ〜２５０μｍの範囲であり得る。開口部の直径は、フィーチャの直径に依存して異なり得る。開口部の直径は、２μｍ〜２００μｍの範囲であり得、典型的には、１０μｍ〜７５μｍである。次いで、構造全体が、本発明の反応生成物のうちの１つ以上を含有する電気銅めっき浴中に配置され得る。電気めっきは、各開口部の少なくとも一部を実質的に平坦な上部を有する銅ピラーで充填するために行われる。電気めっきは、水平方向なしでの垂直方向のフィルまたはスーパーフィリングである。次いで、銅ピラーを含む構造全体が、錫はんだまたは錫合金はんだ、例えば、錫／銀または錫／鉛合金等のはんだを含有する浴に移され、各銅ピラーの実質的に平坦な表面上にはんだバンプが電気めっきされて開口部の部分を充填する。残りのフォトレジストは、当該技術分野で既知の従来の手段によって除去され、ダイ上にはんだバンプを有する銅ピラーのアレイが残される。ピラーで覆われていないシード層の残りは、当該技術分野で周知のエッチングプロセスを通して除去される。はんだバンプを有する銅ピラーは、有機積層体、シリコン、またはガラスでできていてもよい、プリント回路板、別のウエハもしくはダイ、またはインターポーザー等の基板の金属接点と接触するように配置される。はんだをリフローさせ、銅ピラーを基板の金属接点に接合するように、当該技術分野で既知の従来のプロセスによってはんだバンプが加熱される。はんだバンプをリフローさせるための従来のリフロープロセスが用いられ得る。リフローオーブンの一例は、５つの加熱ゾーン及び２つの冷却ゾーンを含むＳｉｋｉａｍａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＩｎｃのＦａｌｃｏｎ ８５００ツールである。リフローサイクルは、１−５回の範囲であり得る。銅ピラーは、物理的及び電気的の両方で基板の金属接点と接触している。次いで、アンダーフィル材料が、ダイ、ピラー、及び基板の間の空間を充填するために注入され得る。当該技術分野で周知の従来のアンダーフィル材料が使用され得る。

図１は、基部、及びはんだバンプを電気めっきするために実質的に平坦な上部を有する、円筒状の形態を有する本発明の銅ピラーのＳＥＭである。リフロー中、平滑な平面を得るためにはんだが溶解される。リフロー中にピラーが過度にドーム型である場合、はんだが溶解してピラーの側面に流れ落ちる可能性があり、その結果、ピラーの上面には後続の結合ステップのために十分なはんだが存在しなくなる。図２に示すように、ピラーが過度に皿状である場合、ピラーを電気めっきするために使用された銅浴から残った材料が、皿状の上部に溜まり、はんだ浴を汚染し、ひいてははんだ浴の寿命を短縮する可能性がある。

ピラーの電気めっき中に、銅ピラーと半導体ダイとの間に金属接点及び接着を提供するために、典型的には、チタン、チタン−タングステン、またはクロム等の材料からなるアンダーバンプメタライゼーション層が、ダイ上に析出される。代替として、銅ピラーと半導体ダイとの間に金属接点を提供するために、銅シード層等の金属シード層が半導体ダイ上に析出されてもよい。ダイから感光層が除去された後、ピラーの下側の部分を除く、アンダーバンプメタライゼーション層またはシード層の全ての部分が除去される。当該技術分野で周知の従来のプロセスが使用され得る。

銅ピラーの高さは異なってもよいが、典型的には、それらは１μｍ〜２００μｍ、好ましくは５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは１５μｍ〜５０μｍの高さの範囲である。また、銅ピラーの直径も異なり得る。典型的には、銅ピラーは、２μｍ〜２００μｍ、好ましくは１０μｍ〜７５μｍ、より好ましくは２０μｍ〜２５μｍの直径を有する。

電気銅めっきの方法及び浴は、実質的に均一な形態を有し、また実質的にノジュールが存在しない、銅／フォトレジスト画定フィーチャを提供する。銅ピラー及びボンドパッドは、実質的に平坦なプロファイルを有する。電気銅めっき浴及び方法は、所望の形態、及び平均％ＴＩＲと％ＷＩＤとの均衡を達成するための平均％ＴＩＲを可能にする。

以下の実施例は、本発明をさらに例示することを意図するが、その範囲を制限することを意図するものではない。

実施例１
グリセロールジグリシジルエーテル（９４．５ｍｍｏｌ）及び１Ｈ−イミダゾール（１５０ｍｍｏｌ）を、加熱浴に設定された丸底反応フラスコに室温で添加した。次いで、２０ｍＬの脱イオン水をフラスコに添加した。加熱浴の温度を９８℃に設定した。反応混合物を５時間加熱し、室温でさらに８時間撹拌した。反応生成物（反応生成物１）は、精製せずに使用した。１Ｈ−イミダゾールの部分のモル比対エポキシ化合物のモル比は、１００：６３であった。

実施例２
凝縮器及び温度計を装備した１２５ｍＬ三口丸底フラスコに、１５０ｍｍｏｌの１Ｈ−イミダゾール及び２０ｍＬの脱イオン水を加えた。混合物を８０℃まで加熱した後、１５０ｍｍｏｌのグリセロールジグリシジルエーテルを滴下で加えた。得られた混合物を、８５℃に設定した油浴を用いて約４時間加熱し、次いで、さらに４時間室温で撹拌した。反応生成物を水で希釈し、保存容器に移し、さらに精製することなく使用した。１Ｈ−イミダゾールの部分のモル比対エーテル部分のモル比は、１：１であった。

実施例３
グリセロールジグリシジルエーテル（６３ｍｍｏｌ）及び２，５−ジメチル−１Ｈ−イミダゾール（１００ｍｍｏｌ）を、加熱浴に設定された丸底反応フラスコに室温で添加した。次いで、２０ｍＬの脱イオン水をフラスコに添加した。加熱浴の温度を９８℃に設定した。反応混合物を４時間加熱し、室温でさらに８時間撹拌した。反応生成物（反応生成物３）は、精製せずに使用した。１Ｈ−イミダゾールの部分のモル比対エーテル部分のモル比は、１００：６３であった。

実施例４
硫酸銅五水和物からの４０ｇ／Ｌ銅イオン、１４０ｇ／Ｌ硫酸、５０ｐｐｍ塩化物イオン、５ｐｐｍの促進剤、及び２ｇ／Ｌの抑制剤を組み合わせることによって、水性酸電気銅めっき浴を調製した。促進剤は、ビス（ナトリウム−スルホプロピル）ジスルフィドであった。抑制剤は、約１，０００の重量平均分子量及び末端ヒドロキシル基を有するＥＯ／ＰＯコポリマーであった。電気めっき浴はまた、実施例１からの１ｐｐｍの反応生成物１も含有していた。浴のｐＨは、１未満であった。

厚さ５０μｍのパターン化されたフォトレジストを有し、複数の開口部を有する３００ｍｍシリコンウエハセグメント（ＩＭＡＴ，Ｉｎｃ．、Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ，ＷＡから入手可能）を、電気銅めっき浴に浸漬した。陽極は、可溶性銅電極であった。ウエハ及び陽極を整流器に接続し、開口部の底部の露出されたシード層上に銅ピラーを電気めっきした。めっき中の電流密度は９ ＡＳＤであり、電気銅めっき浴の温度は２５℃であった。電気めっきした後、次いで、残りのフォトレジストを、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＢＰＲアルカリ性フォトレジスト用ストリッパー溶液で剥離し、ウエハ上に銅ピラーのアレイを残した。次いで、銅ピラーをそれらの形態について分析した。ピラーの高さ及びＴＩＲは、白色光ＬＥＩＣＡ ＤＣＭ ３Ｄ光学顕微鏡を使用して測定した。％ＴＩＲは、以下の方程式によって決定した：
％ＴＩＲ＝［高さ_{ｃｅｎｔｅｒ}−高さ_ｅｄｇｅ］／高さ_ｍａｘ、及び
ＴＩＲ＝高さ_{ｃｅｎｔｅｒ}−高さ_ｅｄｇｅ
８つのピラーの平均％ＴＩＲも、表に示すように決定した。

ピラーのアレイの％ＷＩＤは、以下の方程式を使用して決定した：
％ＷＩＤ＝１／２×［（高さ_ｍａｘ−高さ_ｍｉｎ）／高さ_ａｖｇ］×１００

％ＷＩＤは７．５％であり、平均％ＴＩＲは７．７％であった。ピラーの表面は、全て平滑で、ノジュールは存在しないように見えた。反応生成物１を含む電気銅めっき浴は、非常に良好に銅ピラーをめっきした。図１は、シード層上にめっきされたピラーのうちの１つの３００Ｘ ＡＭＲＡＹ ＳＥＭ画像である。表面形態は平滑であり、ピラーは実質的に平坦な表面を有する。

実施例５
反応生成物が実施例２からの反応生成物２であったことを除き、実施例４の方法を繰り返した。シリコンウエハセグメント、電気銅めっき浴、及びめっき条件は、同じであった。反応生成物２は、１ｐｐｍの量で浴に含まれた。めっきが完了した後で、フォトレジストをアルカリ剥離溶液でウエハから剥離し、銅ピラーのアレイを残した。次いで、８つの銅ピラーを、それらの形態に関して分析した。

ピラーの全ては、平滑であった。％ＷＩＤは、５．２％であると決定され、平均％ＴＩＲは、５．２％であると決定された。ピラーの上部は、実質的に平坦であり、ノジュールは見えなかった。全体として、銅ピラーは、図１に示されるものと実質的に同じ形態を有した。ピラーの質は、非常に良好であった。

実施例６
反応生成物が１ｐｐｍの濃度の反応生成物２であったことを除き、厚さ５０μｍのパターン化されたフォトレジスト及び複数の開口部を有する３００ｍｍのシリコンウエハセグメント（ＩＭＡＴ，Ｉｎｃ．、Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ，ＷＡから入手可能）を、上の実施例４の電気銅めっき浴に浸漬した。陽極は、可溶性銅電極であった。ウエハ及び陽極を整流器に接続し、開口部の底部の露出されたシード層上に銅ピラーを電気めっきした。めっき中の電流密度は９ ＡＳＤであり、電気銅めっき浴の温度は室温であった。

ウエハを銅ピラーでめっきした後、次いで、銅ピラーの上部を、ＳＯＬＤＥＲＯＮ（商標）ＢＰ ＴＳ６０００錫／銀電気めっき溶液（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩから入手可能）を使用して、錫／銀はんだで電気めっきした。はんだは、各開口部におけるフォトレジストのレベルまで電気めっきした。次いで、フォトレジストを、アルカリ剥離剤を使用して剥離した。次いで、シリコンウエハは、３０秒の滞留時間、及び１００ｃｍ／分のコンベヤ速度、及び４０立方フィート／時間（約１．１３平方メートル／時間）の窒素流速で、１４０／１９０／２３０／２３０／２６０℃の温度を使用して、５つの加熱及び２冷却ゾーンを有する、Ｓｉｋａｍａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．からのＦａｌｃｏｎ ８５００ツールを使用して、リフローさせた。ＡＬＰＡ １００−４０融剤（Ｃｏｏｋｓｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｊｅｒｓｅｙ Ｃｉｔｙ，Ｎ．Ｊ．，Ｕ．Ｓ．Ａ）が、リフローで使用した融剤であった。１回のリフローサイクルを行った。リフロー後、ＦＩＢ−ＳＥＭを使用して８つのピラーを横断面で切断し、銅ピラーとはんだとの界面をボイドについて調べた。観察可能な空隙は存在せず、このため、はんだと銅ピラーとの間に良好な接着が存在した。

実施例７
反応生成物が実施例３からの反応生成物３であったことを除き、実施例４の方法を繰り返した。シリコンウエハセグメント、電気銅めっき浴、及びめっき条件は、同じであった。反応生成物３は、１ｐｐｍの量で浴に含まれた。めっきが完了した後で、フォトレジストをアルカリ剥離溶液でウエハから剥離し、銅ピラーのアレイを残した。次いで、８つの銅ピラーを、それらの形態に関して分析した。

ピラーの全ては、平滑であった。％ＷＩＤは、１２．３％であると決定され、平均％ＴＩＲは、６．６％であると決定された。％ＷＩＤは、反応生成物１及び２の％ＷＩＤよりも高かったが、ピラーの上部は、実質的に平坦であり、ノジュールは見えなかった。全体として、銅ピラーは、非常に良好な形態を有した。

実施例８
反応生成物が１ｐｐｍの濃度の反応生成物３であったことを除き、厚さ５０μｍのパターン化されたフォトレジスト及び複数の開口部を有する３００ｍｍのシリコンウエハセグメント（ＩＭＡＴ，Ｉｎｃ．、Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ，ＷＡから入手可能）を、上の実施例４の電気銅めっき浴に浸漬した。陽極は、可溶性銅電極であった。ウエハ及び陽極を整流器に接続し、ビアの底部の露出されたシード層上に銅ピラーを電気めっきした。めっき中の電流密度は９ ＡＳＤであり、電気銅めっき浴の温度は室温であった。

ウエハを銅ピラーでめっきした後、次いで、銅ピラーの上部を、ＳＯＬＤＥＲＯＮ（商標）ＢＰ ＴＳ６０００錫／銀電気めっき溶液（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩから入手可能）を使用して、錫／銀はんだで電気めっきした。はんだは、各開口部におけるフォトレジストのレベルまで電気めっきした。次いで、フォトレジストを、アルカリ剥離剤を使用して剥離した。次いで、シリコンウエハは、３０秒の滞留時間、及び１００ｃｍ／分のコンベヤ速度、及び４０立方フィート／時間（約１．１３平方メートル／時間）の窒素流速で、１４０／１９０／２３０／２３０／２６０℃の温度を使用して、５つの加熱及び２冷却ゾーンを有する、Ｓｉｋａｍａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．からのＦａｌｃｏｎ ８５００ツールを使用して、リフローさせた。ＡＬＰＡ １００−４０融剤（Ｃｏｏｋｓｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｊｅｒｓｅｙ Ｃｉｔｙ，Ｎ．Ｊ．，Ｕ．Ｓ．Ａ）が、リフローで使用した融剤であった。１回のリフローサイクルを行った。リフロー後、ＦＩＢ−ＳＥＭを使用して８つのピラーを横断面で切断し、銅ピラーとはんだとの界面をボイドについて調べた。観察可能な空隙は存在せず、このため、はんだと銅ピラーとの間に良好な接着が存在した。

実施例１０（比較例）
凝縮器及び温度計を装備した１２５ｍＬ三口丸底フラスコ内で、９０ｍｍｏｌの２−メチルキノリン−４−アミン、１０ｍｍｏｌの２−（２−アミノエチル）ピリジンを、２０ｍＬの脱イオン水及び５ｍｌの５０％硫酸の混合物に加えた。混合物を８０℃まで加熱した後、１００ｍｍｏｌの１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテルを滴下で加えた。得られた混合物を、９５℃に設定した油浴を用いて約４時間加熱し、次いで、さらに８時間室温で撹拌した。酸性水を用いて反応生成物（反応生成物４−比較例）を希釈し、さらに精製することなく使用した。

実施例１１（比較例）
反応生成物４−比較例を反応生成物１に代用したことを除き、実施例４に説明される方法を、同じ電気銅めっき浴、ウエハ、及びめっきパラメータで繰り返した。反応生成物４−比較例は、１ｐｐｍの量で電気銅めっき浴に含まれた。ウエハをピラーでめっきした後、フォトレジストを剥離し、シリコンウエハ上に銅ピラーのアレイを残した。ピラーは粗く見え、多くが、図２に示されるように「陥没穴」の中心を有した。％ＷＩＤ及び平均％ＴＩＲは、計算しなかった。ピラーは非常に不完全であり、このため、プロフィロメータは、それらを正確に読み取ることができなかった。

Claims (9)

1. フォトレジスト画定フィーチャを電気めっきする方法であって、
   ａ）フォトレジストの層を備える基板を提供することであって、前記フォトレジストの層は複数の開口部を備える、提供することと、
   ｂ）１つ以上のイミダゾール化合物と１つ以上のビスエポキシドとの１つ以上の反応生成物、電解質、１つ以上の促進剤、及び１つ以上の抑制剤を含む電気銅めっき浴を提供することと、
   ｃ）前記複数の開口部を有する前記フォトレジストの層を備える前記基板を前記電気銅めっき浴に浸漬することと、
   ｄ）複数の銅／フォトレジスト画定フィーチャを前記複数の開口部に電気めっきすることと、を含み、前記複数のフォトレジスト画定フィーチャは、５％〜８％の平均％ＴＩＲを含む、方法。
2. 前記複数のフォトレジスト画定フィーチャの％ＷＩＤは、５％〜１２％である、請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ以上のイミダゾール化合物は、式
   （式中、Ｒ_１、Ｒ_２、及びＲ_３は、水素、直鎖もしくは分岐鎖（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、ヒドロキシル、直鎖もしくは分岐鎖アルコキシ、直鎖もしくは分岐鎖ヒドロキシ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、直鎖もしくは分岐鎖アルコキシ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、直鎖もしくは分岐鎖、カルボキシ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、直鎖もしくは分岐鎖アミノ（Ｃ_１−Ｃ_１０）アルキル、及び置換もしくは非置換フェニルから独立して選択される）を有する、請求項１に記載の方法。
4. Ｒ_１、Ｒ_２、及びＲ_３は、水素及び（Ｃ_１−Ｃ_３）アルキルから独立して選択される、請求項３に記載の方法。
5. 前記１つ以上のビスエポキシド化合物は、式
   （式中、Ｒ_４及びＲ_５は、水素及び（Ｃ_１−Ｃ_４）アルキルから独立して選択され、Ｒ_６及びＲ_７は、水素、メチル、及びヒドロキシルから独立して選択され、ｍ＝１−６であり、ｎ＝１−２０である）を有する、請求項１に記載の方法。
6. 前記反応生成物は、０．２５ｐｐｍ〜２０ｐｐｍの量である、請求項１に記載の方法。
7. 電気めっきは、０．２５ＡＳＤ〜４０ＡＳＤの電流密度で行われる、請求項１に記載の方法。
8. 前記１つ以上の銅／フォトレジスト画定フィーチャは、ピラー、ボンドパッド、及び線幅／線間フィーチャである、請求項１に記載の方法。
9. ５％〜８％の平均％ＴＩＲ及び５％〜１２％の％ＷＩＤを有する、基板上のフォトレジスト画定フィーチャのアレイ。