高密度互连印制电路板孔金属化研究和进展

孔金属化互连是印制电路板(PCB)高密度集成的核心制程之一,化学镀铜和电子电镀铜是实现孔金属化的关键技术.本文介绍HDI-PCB的概念和制作流程;综述化学镀铜和电子电镀铜孔金属化互连的研究和进展,包括溶液组成和操作条件的影响,添加剂及其相互作用机理,以及盲孔填充和通孔孔壁加厚机制;展望高密度互连印制电路板电子电镀基础研...     

高端电子制造中电镀铜添加剂研究进展

电镀铜填充微孔技术是集成电路高端电子制造中电子互连材料制程中的主要技术工艺,铜互连材料的填充质量直接影响集成电路的可靠性和稳定性.电镀添加剂是实现电镀铜填微孔及影响填充质量和行为的关键因素.针对当前集成电路发展对高密度电子互连材料制造的高要求,本文概括了近些年国内外集成电路上电镀铜添加剂的研究现状,着重阐述加速剂、抑制剂和整平剂分子结构与表界面作用机制以及添加剂协同作用下实现超填充的填充机制,并针对现有研究现状提出未来需要深入探讨的科学问题和研究方向,为电子电镀铜添加剂的开发提供参考.     

TSV电镀铜添加剂及作用机理研究进展

后摩尔时代, TSV三维互连成为高端电子器件制造的关键技术之一. TSV电镀铜填充是主流金属化的方法面向晶圆级TSV互连工艺集成应用.本文总结了电镀铜添加剂的国内外研究与发展现状,主要包括加速剂、抑制剂以及季铵盐整平剂、含氮聚合物整平剂、含氮杂环整平剂、无机分子整平剂的分子结构,添加剂与Cl-协同作用关系,主要添加剂分子之间协同作用关系, TSV电镀铜填充机理模型等,并凝练提出了TSV电镀铜添加剂及作用机理研究面临的关键问题,以期为TSV添加剂以及作用机理的研究带来一定启发.     

面向集成电路产业的电子电镀研究方法

电子电镀是集成电路等高端电子制造产业的核心技术之一,其技术特点和难点在于在微纳米尺度通孔、盲孔、沟槽等限域空间内部实现金属镀层的均匀增厚或致密填充.然而,我国针对面向集成电路制造产业的微纳尺度电子电镀过程中的金属电沉积的表界面反应过程、添加剂的分子作用机制及其协同作用、以及镀层的理化结构与电学性能之间的构效关系的基础研究十分薄弱,缺乏系统和成熟的理论体系和研究方法.结合厦门大学电镀学科多年的科研工作,本文拟归纳微纳米尺度电子电镀的关键科学问题和技术难点,介绍电子电镀镀液体系的发展,梳理电子电镀的经典电化学研究方法和电化学原位先进研究方法,展望电子电镀工况研究方法的必要性和紧迫性,希望助力发展先进的电子电镀研究方法,推动电子电镀基础理论和工艺技术研究的进步.     

芯片铜互连研究及进展

本文详细介绍芯片制造中铜互连技术,综述酸性硫酸铜电镀工艺要点及常用添加剂作用机理,并概述国内外新型添加剂研究进展. 在此基础上,展望新型铜互连工艺替代酸性硫酸电镀铜工艺的可能性.     

阳离子电沉积法制备光致抗蚀剂的研究

当前,印制电路板已广泛应用于航空、航天、通信、通用电器和计算机等各个领域,而光致抗蚀剂是印制电路板生产中的重要化学品,由于印制电路向着微型化、轻量化、大容量、高密度和高可靠性的方向发展,传统的工艺和材料将不能满足上述要求。     

芯片高密度互连电子电镀成形与性能调控技术研究

信息技术的飞速发展,对芯片性能提出了越来越高的要求,芯片中晶体管和电子互连的密度也在不断增加.电子电镀是大马士革以及芯片封装电子互连的主要成形方法,互连密度的提高对于电子电镀成形工艺及性能调控方法提出了许多新的要求.本文概述了本团队近几年在芯片高密度互连的电子电镀成形方法以及性能调控方面的研究成果,主要包括3D TSV垂直互连及大马士革互连的填充及后处理工艺、高密度凸点电镀成形方法及互连界面可靠性研究、特殊结构微纳互连的制备及性能调控方法、微纳针锥结构低温固态键合方法、水相化学及电化学接枝有机绝缘膜等工作,以期对芯片电子电镀领域的研究带来启迪,推动芯片高密度互连技术的发展.     

铜互连电镀中有机添加剂的合成与分析（英文）

铜互连是保障电子设备的功能、性能、能效、可靠性以及制备良品率至关重要的一环。铜互连常通过在酸性镀铜液电镀铜实现,并广泛用于芯片、封装基材和印制电路板中。其中,有机添加剂在调控铜沉积完成沟槽填充、微孔填充以形成精密线路和实现层间互连方面起着决定性作用。添加剂主要由光亮剂、抑制剂和整平剂三组分组成,在恰当的浓度配比下,添加剂对于盲孔超级填充具有协同作用。目前,已报导的文献聚焦于代表性添加剂的超填充机理及其电化学行为,而对于添加剂的化学结构与制备方法鲜有深入研究。本文重点研究了各添加剂组分的制备工艺和快速电化学筛选方法,为电镀铜添加剂的未来发展提供理论指导。     

前言:芯片制造电子电镀表界面科学基础专刊

<正>电子电镀作为芯片制造中唯一能够在全技术节点实现纳米级电子逻辑互连的技术方法,是国家高端制造战略安全的重要技术支撑.随着新兴电子战略性产业的快速发展,国防武器装备信息化智能化的高度融合,我国在当前国际形势深度调整的背景下,对芯片制造电子电镀技术的自主化需求日益迫切.     

芯片制造电子电镀表界面科学基础——第341期“双清论坛”综述

电子电镀作为芯片制造中唯一能够实现纳米级电子逻辑互连的技术方法,是国家高端制造战略安全的重要支撑.本文基于国家自然科学基金委员会第341期“双清论坛”,针对我国在芯片制造电子电镀领域的重大需求,梳理了芯片制造电子电镀表界面科学基础的研究现状、发展趋势及面临的挑战,凝炼了该研究领域急需关注和亟待解决的重要基础科学问题,探讨了今后5～10年的科学基金重点资助方向,为国家相关政策的总体布局提供有效的参考建议.     

特殊整平剂甲基橙在通孔电镀铜的应用

甲基橙具有两种基团,可以同时起到加速和抑制作用,可作为特殊的整平剂应用与通孔电镀铜实验中。通过分子动力学模拟和量子化学计算来表征甲基橙在通孔电镀铜中的作用,结果表明甲基橙可以很好地吸附在阴极表面并抑制铜的电沉积。 通过恒电流测试和循环伏安测试结果显示, 甲基橙由于同时具有磺酸基的去极化和其分子结构部分的极化作用, 形成协同分子内对铜加速还原和阻碍传质的竞争效应, 所以几乎不影响电位。在板厚孔径为10:1的通孔电镀铜实验中, 仅以甲基橙和环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物作为添加剂, TP值可达到92.34%。     

高均匀性的铜柱凸块电镀

随着电子产品的小型化、多功能化和高性能化的发展,促使着2D集成封装向2.5D或3D集成封装发展。铜柱凸块电镀是晶圆级三维封装的关键基础技术之一。本文研究了铜柱凸块的电镀均匀性与添加剂浓度、 镀液对流、 电流密度和电镀设备之间的影响规律。研究结果表明, 添加剂浓度、 镀液对流以及电流密度对单个铜柱凸块的平整度影响较大,而对铜柱凸块高度的均一性影响较小。相反,电镀设备对铜柱凸块的高度均一性的影响较大, 而对铜柱凸块的平整度影响较小。在三种有机添加剂中, 整平剂对铜柱凸块的平整度影响最大, 随着镀液中整平剂浓度的增加,铜柱凸块顶部形状由凸起、变为平整、 再转变为凹陷。电镀液的单向对流会导致所沉积铜柱凸块形貌发生倾斜。 高的电流密度会导致凸顶的铜柱凸块形貌。精密设计的电镀设备可以提高晶圆上电流密度分布的均匀性, 继而大幅提高电镀铜柱凸块的共面性。本文的研究结果可为铜柱凸块的电镀优化提供指导。     

铜电化学沉积在微孔金属化中的应用

以分布有微孔的印刷线路板(PCB)作为模板,按照PCB孔金属化工艺路线,研究乙醛酸化学镀铜和柠檬酸盐体系铜电沉积工艺在PCB微孔金属化中的应用.结果表明,乙醛酸化学镀铜和柠檬酸盐体系电沉积铜可以成功地应用于PCB微孔金属化加工工艺中.微孔化学镀铜金属化导电处理后,铜附着于微孔内壁,颗粒细小,但排列疏松且局部区域发生漏镀现象.微孔一经电镀铜加厚,镀层电阻显著下降;孔壁内外的铜沉积速率达到0.8:1.0;铜颗粒具有一定的侧向生长能力,能够完全覆盖化学镀铜时产生的微小漏镀区域;微孔内壁铜镀层连续、结构致密并紧密附着于内壁,大大增强了PCB上下层互连的导电性能.     

N’,N’-二乙基硫脲添加剂对铜微沉积工艺电化学行为的影响

为了研究N’,N’-二乙基硫脲添加剂在微沉积工艺中对铜金属孔洞填充能力的影响, 采用线性伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)、SEM测量法分析比较了无添加剂、含硫脲和含N’,N’-二乙基硫脲添加剂时微沉积铜工艺中的电化学行为, 并借助塔菲尔方程, 分析比较此三种情况下电镀反应过程中的电极动力学参数. 结果显示: 当铜微沉积工艺中加入N’,N’ -二乙基硫脲添加剂时, 产生活性极化, 该活性极化效应降低铜离子的放电速度, 抑制孔洞边缘部分沉积较快区域的过快生长; 同时活性极化提高, 将导致成核点的增加, 沉积膜的晶粒较小, 镀膜也较平滑细致, 实验测得铜离子的平滑能力比没有添加剂时提高约50%. 最后通过微沉积工艺成功地将金属铜填充入宽为10 μm, 深宽比为4∶1的微型凹槽中, 且镀层内没有空洞、空隙以及细缝等缺陷.     

Benefiting from information-rich multi-frequency AC voltammetry coupled with chemometrics on the example of on-line monitoring of leveler component of electroplating bath

Simultaneous application of multiple sinusoidal waveforms perturbations superimposed onto DC staircase step significantly enriches current response. The measured current is characterized by a matrix of data rather than a conventional voltammetric output in a form of a vector. This increase of the dimensionality of the current response and therefore the wealth of analytical information is achieved without compromising the time of analysis. The natural approach for compression of such data and extraction of relevant information is by utilizing multi-way chemometric decomposition techniques. An electroplating solution presents a very challenging analyte for electroanalysis as its constituents interact synergistically with each other during both the plating process and its simulation during electroanalysis. For some components the mechanism is not entirely understood. Therefore, the only way to benefit from the analytical data is by employing soft modeling. The electrode processes involving additives rely heavily on adsorption and, indirectly, on electron transfer kinetics for which AC voltammetry is an analytical technique capable of delivering informative signals. This paper presents a rigorous universal method for calculating and validating an exemplary multi-way calibration of a leveler component in a copper electroplating bath used in the semiconductor industry. The method presented employs comparatively Parallel Factor Analysis coupled with Inverse Least Squares Regression and multi-linear Partial Least Squares. The calibration training set consists of multi-frequency AC voltammetric data subjected to pretreatments aiming to select informative independent variables and exclude outliers.     

Synergism of Saccharum officinarum and Ananas comosus extract additives on the quality of electroplated zinc on mild steel

Synergism of Saccharum officinarum (sugarcane) and Ananas comosus (pineapple) extract additives on the quality of electroplated zinc on mild steel in acid chloride solution was investigated experimentally at ambient temperature (~28 °C). The experiments were performed at different plating times (15 and 18 min), additive concentrations (2, 2.5, 3 ml/50 ml of acid chloride solution), pH 5, temperature (27–30 °C), current (0.08 A), and voltage (13 V DC) conditions. Zinc electroplating on mild steel was performed using a DC-supply. The surface of the plated steel was examined with scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy for surface elemental composition analysis. Different surface characteristics were obtained depending upon the concentration of the additive and the plating time. The corrosion resistance of the plated surface was determined by a gravimetric method. Microstructural morphology of the plated surface indicated a good quality electroplating that was better than either the sugarcane or pineapple extracts alone. The electroplating process was sensitive to changes in additive concentration and plating time. Any variation in the plating parameter produced an entirely new and different surface crystal morphology.     

Carbon nanofiber–copper composite powder prepared by electrodeposition

Carbon nanofiber–copper composite powder is prepared by an electrodeposition process using a copper plating bath containing homogeneously dispersed carbon nanofibers. Particles of the composite with a spiky ball structure are accumulated on the plating electrode during the initial stage of electroplating, and can be separated easily to give a powder carbon nanofiber–copper composite. The particle size can be controlled by selecting appropriate electroplating conditions.     

Temperature Compensation by Embedded Temperature Variation Method for an AC Voltammeric Analyzer of Electroplating Baths

An in‐situ sensor utilizing a variety of DC‐ and AC‐voltammetric techniques is an integral component of the on‐line monitoring system that provides a complete chemical analysis of different plating solutions by predicting concentration values of all deliberately‐added bath constituents with a single device despite differences in the constituents’ chemical properties. Such sensors are employed routinely for electroplating process control in semiconductor manufacturing. This voltammetric approach exploits quantitatively the physicochemical processes (like adsorption) which are temperature dependent. Therefore the accuracy of analyte concentration predictions can be affected adversely by temperature fluctuations. This paper introduces a novel comprehensive method which allows the mitigation of temperature variation effects on voltammetric scans allowing accurate concentration prediction. Specifically, this study introduces a multi‐step rigorous routine for the development and subsequent validation of the analytical method utilizing a chemometric model with temperature variation embedded in regression for exemplary determination of leveler additive concentration. This approach analyses the effect on AC voltammograms resulting from two qualitatively indistinguishable sources of variation: leveler concentration and temperature. A critical step of this routine of fundamental novelty, which aims to select the variables (index points of voltammogram) to be utilized for building of the analytical model in the presence of two concurrent sources of variation, is introduced to incorporate temperature variation.