印制电路中电镀铜技术研究及应用

电镀铜技术是制造印制电路板、封装载板等电子互连器件的核心技术.本文介绍了印制电路中电镀铜技术及其发展概况,主要总结了电子科技大学印制电路与印制电子团队在印制电路电镀铜技术基础研究和产业化应用等方面的工作.首先,以三次电流分布理论为基础,采用多物理场耦合方法构建阴极表面轮廓线随时间变化的镀层生长过程模型.该模型描述了铜沉...     

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.     

芯片制造中的化学镀技术研究进展

芯片制造中大量使用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、热压键合等技术来实现芯片导电互连. 与这些技术相比, 化学镀因具有均镀保形能力强、工艺条件温和、设备成本低、操作简单等优点, 被人们期望应用于芯片制造中, 从而在近年来得到大量的研究. 本综述首先简介了芯片制造中导电互连包括芯片内互连、芯片3D封装硅通孔(TSV)、重布线层、凸点、键合、封装载板孔金属化等制程中传统制造技术与化学镀技术的对比, 说明了化学镀用于芯片制造中的优势; 然后总结了芯片化学镀的原理与种类、接枝与活化前处理方法和关键材料; 并详细介绍了芯片内互连和TSV互连化学镀阻挡层、种子层、互连孔填充、化学镀凸点、再布线层、封装载板孔互连种子层以及凸点间键合的研究进展; 且讨论了化学镀液组成及作用, 超级化学镀填孔添加剂及机理等. 最后对化学镀技术未来应用于新一代芯片制造中进行了展望.     

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.     

TGV通孔双面电镀铜填充模式调控及工艺可靠性试验研究

通过双面电镀铜实现TGV (Through Glass Via)通孔部分实心填充,兼具TGV通孔密度高、TGV厚度尺寸范围大、热力学可靠性高、圆片级/板级工艺流程简单等优点,是“芯粒”2.5D/3D集成、光电共封装(Co-Packaged-Optics, CPO)等先进封装用TGV转接板潜在优选金属化路线.本文将介绍基于国产电镀药水体系和课题组设计电镀槽体通过电镀参数设计实现TGV通孔双面电镀铜填充模式的调控,实现了X型以及“桥型”直通型TGV孔金属化;据JEDEC标准试验研究了TGV通孔glass–Ti–Cu金属化体系在高温加速老化测试(Highly Accelerated Stress Test, HAST)、温度循环测试(Temperature Cycle Test, TCT)、高温存储(High Temperature Storage, HTS)等可靠性表现,验证了TGV部分实心填充金属化工艺优点,试验发现了TGV铜互连氦气漏率、直流电阻对HAST试验最为敏感, Ti–Cu界面微缺陷、贯穿性裂纹产生是HAST试验中TGV铜互连主要失效模式,揭示了TGV铜互连Cu–Ti–glas...     

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。     

聚合物材料表面化学镀铜的前处理研究进展

聚合物材料表面金属化在通讯、电子、航空航天领域具有重要应用. 化学镀铜是聚合物材料表面金属化的主要技术之一. 聚合物材料表面的前处理直接影响化学镀铜层的结合力及镀层平整度. 本综述详细介绍非导电聚合物材料的种类、组成以及性能, 并概述其表面化学镀铜前处理的研究进展.     

化学镀钴和超级化学镀填充的研究进展

随着半导体集成度的不断提高,铜互连线的电阻率迅速提高。当互连线宽度接近7 nm时,铜互连线的电阻率与钴接近。IBM和美国半导体公司（ASE）已经使用金属钴取代铜作为下一代互连线材料。然而,钴种子层的形成和超级电镀钴填充7 nm微孔的技术工艺仍是一个很大的挑战。化学镀是在绝缘体表面形成金属种子层的一种非常简单的方法, 通过超级化学镀填充方式, 直径为几纳米的盲孔可以无空洞和无缝隙的方式完全填充。本文综述了化学镀钴的研究进展,并分析了还原剂种类对化学镀钴沉积速率和镀膜质量的影响。同时, 在长期从事超级化学填充研究的基础上, 作者提出了通过超级化学镀钴技术填充7 nm以及一下微盲孔的钴互连线工艺。     

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.     

Comparison of Bottom-up Filling in Electroless Plating with an Addition of PEG,PPG and EPE

The bottom‐up filling capabilities of electroless copper plating bath with an addition of additives, such as polyethylene glycol (PEG), polypropylene glycol (PPG) and triblock copolymers of PEG and PPG with ethylene oxide terminal blocks termed EPE, were investigated by the cross‐sectional scanning electron microscopy (SEM) observation of sub‐micrometer trenches. Though three additives had inhibition for electroless copper deposition, the suppression degrees of three additives were different. EPE‐2000 had the strongest suppression for electroless copper deposition, and the suppression of PEG‐2000 was the weakest. The bottom‐up filling capability of electroless copper was investigated in a plating bath containing different additives with the concentration of 2.0 mg/L. The cross‐sectional SEM observation indicated the trenches with the width of 280 nm and the depth of 475 nm were all completely filled by the plating bath with an addition of EPE‐2000, but the trenches were not completely filled by the plating bath with an addition of PEG‐2000 or PPG‐2000, and some voids appeared. Linear sweep voltammetry measurement indicated that three additives all inhibited the cathodic reduction reaction and the anodic oxidation reaction, and the inhibition of EPE‐2000 was the strongest among three additives, which agreed with that of the deposition rate of electroless copper. Significant differences in surface roughness of deposited copper film were observed by UV‐visible near‐infrared for different suppressors, and the bright and smooth of deposited copper film were in accordance with the inhibition of three additives.     

化学镀铜过程混合电位本质的研究

现场测量了铜基和陶瓷基化学镀铜过程混合电位－时间曲线(Emix－t)，成功地检测到了化学镀诱发过程.考察了添加剂和络合剂的浓度以及pH值对Emix－t曲线的影响，结合阴、阳极极化曲线及双电层理论对各种影响因素进行了讨论.新生铜活化的铜基化学镀铜的诱发过程是一个缓慢激活过程,所对应的Emix－t曲线是一个稍微倾斜的台阶，这不同于钯活化的基体的诱发过程.通过对不同活化工艺的Emix－t曲线的比较，发现较高的活化温度能明显减少活化时间，而且还可加速诱发过程，从而提高化学沉积铜的速度.     

玻璃上基于自组装和喷墨打印的选位金属沉积

采用氨基硅烷自组装分子对玻璃表面进行修饰; 借助喷墨打印技术, 按照设计好的线路图形把引发化学镀的催化剂“墨水”喷射在上述修饰表面上. 由于自组装分子具有朝向面外的氨基末端能吸附作为催化剂的溶胶或离子, 因而可以起到“有机浆糊”的作用, 使图形化的催化剂层固定在表面上以充当模板, 由于化学镀只在催化剂模板上发生, 从而可获得与设计一致的, 且与基底牢固结合的金属沉积图形. 将该方法拓展应用到玻璃基底上, 着重优化自组装条件, 提高了结合力, 首次实现了玻璃表面上包括金、铜以及镍硼合金在内的多种金属直接成型.     

络合剂和添加剂对化学镀铜影响的电化学研究

以CuSO4·5H2O作主盐,乙二胺四乙酸二钠盐(Na2EDTA)作主络合剂,三乙醇胺(TEA)作辅助络合剂,2,2′＿联吡啶(dipyridine)作添加剂,组成化学镀铜液体系,研究络合剂、添加剂对该镀液电化学极化性能的影响,并结合化学沉积速率考察TEA和2,2′＿联吡啶对镀液性能的影响.     

5,5-二甲基乙内酰脲在化学镀铜中的作用

在以酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠为双配位剂、 甲醛为还原剂的化学镀铜液中, 研究了5,5-二甲基乙内酰脲(DMH)在化学镀铜中的作用. 化学镀铜实验结果表明, DMH提高了镀液的稳定性; 扫描电子显微镜(SEM)结果表明, DMH使镀层颗粒尺寸减小, 镀层光亮致密; 紫外-可见光谱结果表明, DMH在镀液中与Cu(II)不发生强配位作用; 线性伏安扫描结果表明, DMH在化学镀铜过程中能抑制Cu⁺的产生或促进Cu⁺快速还原, 降低甲醛的氧化速率; X射线衍射(XRD)结果表明, 在含和不含DMH化学镀铜液中, 得到的铜镀层均呈现面心立方混晶结构的特征, 且未出现Cu₂O夹杂衍射峰.     

化学镀技术在超大规模集成电路互连线制造过程的应用

总结自大马士革铜工艺建立以来,电化学工作者利用化学镀技术围绕该工艺而开展的一系列相关研究,介绍了应用化学镀沉积镍三元合金防扩散层和化学镀铜种子层的研究以及离子束沉积法(Ion ized C lus-ter Beam,ICB)形成Pd催化层后的化学镀铜技术和超级化学镀铜方法.简要叙述化学镀铜技术在超大规模集成电路中的应用,总结化学镀铜技术的研究进展,并指出了今后的发展方向.     

Laser Activated and Electroless Metalized Polyurethane Coatings Containing Copper(II) L-Tyrosine and Glass Microspheres

Polyurethane coatings containing copper(II) L-tyrosine and glass microspheres were laser irradiated and underwent electroless metallization. Various sizes of glass microspheres were incorporated into the polyurethane coating matrix in order to examine their effects on surface activation and electroless metallization. The surface of the coatings was activated by using ArF excimer laser emitting ultraviolet radiation (λ = 193 nm) using different number of laser pulses and their fluence. The effects of surface activation and metallization were evaluated mainly based on optical and scanning electron microcopies (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and photoelectron spectroscopy (XPS). It was found that the presence of glass microspheres enabled the reduction in copper complex content, intensified the ablation process (higher cone-like structures created) and resulted in higher content of copper metallic seeds. On the other hand, the glass microspheres concentration, which was higher for lower size microspheres, was advantageous for obtaining a fully metallized layer.