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.     

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。     

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.     

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...     

不同分子量PEG的铜电镀液对电化学沉积铜行为的研究

研究了在酸性镀铜溶液中添加不同分子量的PEG对直径为50微米、深径比为1的镀层盲孔填充效果的影响.结果表明,随着PEG分子量的增加,电镀铜溶液的微孔填充力明显提高.电流密度为2 A/dm2,添加剂PEG分子量(u)超过6000时,镀液可以完全填充盲孔,镀层不出现任何空洞和缝隙.这是由于添加剂PEG能明显加强电镀铜镀液阴极极化,抑制了电镀铜的沉积.同时,PEG于镀液中的扩散系数还随其分子量的增加而降低,从而增加了SPS在微孔底部的吸附力,加速了电镀铜在微孔底部的沉积.进一步,增大PEG分子量,沉积铜膜的表面粗糙度、铜膜结晶度和电阻率均有所降低.     

表面增强红外光谱在研究电子电镀添加剂界面吸附的机遇

电子电镀是芯片金属互连的关键技术,对相关添加剂分子的界面吸附结构和行为进行可靠表征,是理解填充过程机制、设计新型添加剂的先决条件.衰减全反射–表面增强红外光谱(ATR–SEIRAS)具有强大的分子结构识别能力和对各类金属电极应用的普适性,为研究电子电镀金属–溶液界面的添加剂吸附结构及竞合作用提供了新机遇.基于本课题组的相关工作基础,本文针对电子电镀添加剂基础研究的需求,概述了表面增强红外光谱的基本原理,介绍了该方法在宽频与流动检测方面的新进展以及相关应用研究案例,归纳了该方法目前的不足并展望了未来的研究方向.     

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...     

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...     

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.     

电子电镀铜新体系中添加剂对铜电沉积及镀层结构的影响机制

以低主盐浓度、 弱碱性、 复合配位的柠檬酸盐电子电镀铜新体系为研究对象, 阐明了新型添加剂XNS(聚胺类化合物和含氮化合物的混合物)在新电沉积铜体系中的作用. 恒电流沉积实验结果表明, 添加剂XNS能够提高铜沉积的电流效率, 特别是在2.0 A/dm²电流密度下, 添加剂XNS使铜沉积电流效率达到95.4%, 提高了17.5%. 电化学实验的结果表明, 添加剂XNS改变了铜沉积的电极过程, 由原来的两步单电子还原过程 [Cu(Ⅱ)+e→Cu(Ⅰ)+e→Cu]转变为一步两电子还原过程[Cu(Ⅱ)+2e→Cu]. 虽然添加剂XNS呈现促进铜电沉积的特征, 即还原电流增大, 但铜镀层颗粒却更细小、 更致密均匀. 在2.0 A/dm²电流密度下, 铜镀层晶体结构由无添加剂时的(111)晶面重构为高择优取向的(200)晶面.     

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.     

铜电结晶的研究进展*

铜具有的优良导电性和机械加工性能以及其电沉积工艺的诸多优点,决定了铜电沉积在各行业特别是近年在高新技术中的广泛应用。铜的电结晶过程是铜电沉积的初期阶段,它决定了后续的电沉积过程及最终镀层的结构和性能,因此一直是研究的热点。本文综述了铜电结晶的研究方法、电结晶理论研究的进展,详细讨论了pH值、添加剂、金属离子、基体以及电沉积条件等因素对铜电结晶的机理和成核动力学的影响,并对研究中存在的问题提出了展望。     

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%。     

Ferrocene‐bridging dinuclear cyclen copper(II) complexes as high efficient artificial nucleases: design,synthesis and interaction with DNA

Two novel cyclen copper(II) complexes bridged by ferrocene were designed and synthesized. Both of these complexes exhibited excellent cleavage ability towards plasmid DNA via an oxidative pathway without the presence of any additives. Cyclic voltammetry was used to investigate the electrochemistry characters of the interaction between the complexes and DNA. Agarose gel electrophoresis was carried out to study the DNA restriction ability of these complexes, and the results indicated that the complexes showed higher cleavage efficiency via an oxidative pathway without the presence of any additives. The mechanism of DNA cleavage catalyzed by these complexes was examined by the addition of various scavengers, and the results showed that singlet oxygen and hydroxyl radical might be responsible for the cleavage process. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

Combined standardless electrochemical method for determination of lead(II), copper(II), and cadmium(II) in aqueous solutions

A combined standardless method (no calibration of the device against standard solutions or use of the method of additives is required) for determination of lead, copper, and cadmium in aqueous solutions is suggested. The method operates on principles of inversion voltammetry and potentiostatic coulometry. It is convenient for automated analysis of technological solutions and wastewater from electroplating and hydrometallurgical shops.