专利名称：一种用于铜互连的高速凸点电镀方法
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0.1Sum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 口;111310、再分布引线(1 1^)、1^4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2 μ m/min时，其镀铜均匀性及可靠性会受到严重影响；当镀速大于3 μ m/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0.5-1 μ m/min之间，在此条件下铜凸点工艺通常需要电镀铜柱40-70 μ m,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3 μ m/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l_25A/dm2，温度15-35°C，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm2，温度20_30°C。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l-10ml/L的加速剂和l-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l_25A/dm2，温度15-35 °C，优选电镀条件为电流密度10_16A/dm2，温度20-300C ;步骤4，电镀结束后，将晶圆先用去离子水完全冲洗l_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2-5 μ m/minο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3 μ m/min以上，镀层结晶细腻，平整，均匀性和共面性均小于1%。
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。
具体实施例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l_25A/dm2，温度15-35°C，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm2，温度20_30°C。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l-10ml/L的加速剂和l-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2-5 μ m/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l-10ml/L的加速剂UPB3221A和l-10ml/L的整平剂UPB3221L，并搅拌均匀。具体配比如表I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。
权利要求
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l_25A/dm2，温度15-35°c ； 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l-10ml/L的加速剂和l-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I，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l_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2-5μπι/miη。
全文摘要
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。
文档编号C25D5/02GK103103585SQ201210588768
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者王溯, 孙红旗, 王先锋, 陈春, 郭杰 申请人:上海新阳半导体材料股份有限公司