CN103003473A - 刻蚀铜和铜合金的方法 - Google Patents
刻蚀铜和铜合金的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103003473A CN103003473A CN2011800313528A CN201180031352A CN103003473A CN 103003473 A CN103003473 A CN 103003473A CN 2011800313528 A CN2011800313528 A CN 2011800313528A CN 201180031352 A CN201180031352 A CN 201180031352A CN 103003473 A CN103003473 A CN 103003473A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- etching
- iii
- aforementioned
- via hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
- C23F1/10—Etching compositions
- C23F1/14—Aqueous compositions
- C23F1/16—Acidic compositions
- C23F1/18—Acidic compositions for etching copper or alloys thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
- C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/48—After-treatment of electroplated surfaces
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
- H10P14/46—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials using a liquid
- H10P14/47—Electrolytic deposition, i.e. electroplating; Electroless plating
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/60—Wet etching
- H10P50/66—Wet etching of conductive or resistive materials
- H10P50/663—Wet etching of conductive or resistive materials by chemical means only
- H10P50/667—Wet etching of conductive or resistive materials by chemical means only by liquid etching only
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
- H10P95/04—Planarisation of conductive or resistive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/01—Manufacture or treatment
- H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
- H10W20/062—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by smoothing of conductive parts, e.g. by planarisation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
- H05K3/06—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process
- H05K3/061—Etching masks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
- H05K3/06—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process
- H05K3/067—Etchants
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/107—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by filling grooves in the support with conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/18—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using precipitation techniques to apply the conductive material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及采用含Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系和含硫的有机添加剂的刻蚀溶液,在印刷电路板或晶片衬底上刻蚀铜或铜合金的电路结构的方法,其方式使得从这种电路结构中有效地除去不想要的铜,从而留下平滑的铜表面。本发明的优点是,在刻蚀之前,也可采用该溶液,镀覆铜。
Description
技术领域
本发明涉及刻蚀铜或铜合金表面,尤其由铜或铜合金制造的电路结构的方法。更特别地,本发明涉及刻蚀在铜或铜合金的印刷电路板或晶片衬底上的电路结构的改进方法,其方式使得从这些电路结构中有效地除去不想要的铜,从而留下平滑的铜表面。
相关现有技术
刻蚀电路结构,例如印刷电路板和晶片衬底上的铜的刻蚀组合物是本领域已知的。通常这些刻蚀组合物包含刻蚀剂,例如氯化铁或氯化亚铜。英国专利1154015公开了一种刻蚀组合物,它包括氯化铁,亚乙基硫脲和成膜组合物,例如焦棓酸和鞣酸。
DE 41 18 746 A1涉及使用氯化铁和有机酸例如柠檬酸作为络合剂刻蚀铜的方法。
JP 2006涉及使用含有氯化亚铜或氯化铁和2-氨基苯并噻唑化合物的组合物刻蚀结构体的方法。所使用的Fe(III)离子量超过35g/l。这种刻蚀溶液适合于避免侧面刻蚀铜结构体。然而,这种刻蚀溶液不适合于获得平滑、非粗糙化的铜表面。
这种刻蚀溶液的许多改性是已知的,所有这些导致强烈的刻蚀,从而留下粗糙的铜表面。
附图简述
图1A示出了与现有技术相比,通过本发明的方法获得的在盲微过孔(blind micro via)内刻蚀铜的图案。
图1B示出了与现有技术相比,通过本发明的方法获得的在隆起或线内刻蚀铜的图案。
图2A和2B示出了与现有技术相比,通过本发明的方法获得的在小和大的过孔内的刻蚀图案和尺寸。
发明目的
因此,本发明的目的是提供在铜或铜合金的印刷电路板或晶片衬底上刻蚀电路结构的方法,其方式使得从这种电路结构体中有效地除去不想要的铜,从而留下平滑的铜表面。
典型地在衬底上镀覆铜以产生所需的电路之后进行这些刻蚀步骤。
发明详述
将电沉积铜用的含水酸性浴用于制造印刷电路板和芯片载体,其中微细的结构,例如沟槽,通孔,盲微过孔和柱状隆起需要用铜填充。必须最小化或甚至避免关键的性能参数,例如滑雪斜坡(ski-slope),圆形的形状和波纹(dimple)的形成。本发明的方法可应用到在本领域中已知的晶片级封装,芯片级封装和倒装法技术中使用的衬底上。
此外,在集成电路的生产中,采用酸性含水铜电解质用于在所谓的后端内在硅片衬底上的金属化工艺。这些方法包括电解铜沉积用于形成再分配层(RDL)和柱状隆起(pillar bumping)。RDL是本领域众所周知的且例如公开于US 2005/0104187A1中。通常在一个衬底的绝缘层的互连和相邻部分上形成RDL,以对第二衬底的未校准的相反互连提供通路或连接。
于是使用光致抗蚀剂掩膜来确定用电解铜填充的微结构。对于圆弧齿背垫(circular land pad)来说,用于RDL图案的典型尺寸是20-300微米,和对于线间距(Line and Space)应用来说,为5-30微米;铜的厚度范围通常为3-8微米。在芯片/模片区域(在模片内的均匀度=WID)内和在晶片内(在晶片内的均匀度=WIW),在微结构内的沉积厚度均匀度(轮廓均匀度)是重要的标准。对于所述应用来说,要求在模片内小于5-10%的非均匀度值和小于3-5%的轮廓非均匀度值。柱状隆起应用要求约1-90微米的铜层厚度。柱子的直径范围典型地为20-300微米。小于10%在模片内的非均匀度和在隆起内的非均匀度值是典型的技术规格。
产生所需的电路图的最终刻蚀步骤必须不会导致微细结构的过度粗糙化和不均匀的刻蚀,从而不负面影响电路的性能。因此,现有技术中已知且以上所述的基于氯化亚铜或氯化铁的标准刻蚀剂是太苛刻的。这种刻蚀溶液例如含有铁(III)盐,所述铁(III)盐含有远大于20g/l的Fe(III)离子。它们应用到微细铜结构体导致过度刻蚀和过度粗糙化的铜表面。
本发明的特性特征是,也可采用在至少一个镀覆步骤中形成铜结构体所用的电镀浴用于在金属镀覆工艺之后的刻蚀步骤。
以下记载了适合于镀覆铜结构体的典型的镀覆组合物。这种组合物的特征在于金属离子,即Cu(II)-和Fe(III)-离子的精细平衡,这些离子一定不能太高。对于提供平滑表面的良好表面刻蚀结果来说,Fe(III)-离子含量应当不超过20g/l。
用于电沉积铜的含水酸性浴组合物含有至少一种铜离子源,所述铜离子源优选地选自硫酸铜和烷基磺酸铜。此外,可通过将金属铜氧化成铜(II)离子来提供铜离子。以下更加详细地记载了形成铜离子源的这一方法。铜离子浓度范围为5g/l-150g/l,优选15g/l-75g/l。
至少一种酸源选自硫酸,氟硼酸和甲磺酸。酸的浓度范围为20g/l-400g/l,更优选50g/l-300g/l。
该浴还含有至少一种有机硫增亮剂添加剂。用于镀铜的有机硫增亮剂添加剂是本领域众所周知的。
例如,至少一种有机硫增亮剂添加剂选自:
其中R=H,C1-C4烷基
其中R=H,C1-C4烷基,n=1-6,和M=H,金属离子
其中n=1-6,和M=H,金属离子
其中n=1-6和R,R’=H,C1-C6烷基
其中R,R’=H,C1-C6烷基
其中R,R’=H,C1-C6烷基
其中R,R’=H,C1-C6烷基
其中R=H,C1-C6烷基
R优选地选自H,CH3和C2H5。R’优选地选自H,CH3和C2H5。整数n优选为2,3或4。
优选的有机硫增亮剂添加剂选自3-(苯并噻唑基-2-硫代)-丙磺酸,3-巯丙基-1–磺酸,亚乙基二硫代二丙磺酸,双-(对磺基苯基)-二硫化物,双-(ω-磺基丁基)-二硫化物,双-(ω-磺基羟丙基)-二硫化物,双-(ω-磺丙基)-二硫化物,双-(ω-磺丙基)-硫化物,甲基-(ω-磺丙基)-二硫化物,甲基-(ω-磺丙基)-三硫化物,O-乙基-二硫代碳酸-S-(ω-磺丙基)-酯,巯基乙酸,硫代磷酸-O-乙基-双-(ω-磺丙基)-酯,硫代磷酸-三-(ω-磺丙基)-酯及其相应的盐。
所有有机硫增亮剂添加剂在含水酸性铜浴组合物内的浓度范围为约0.01mg/l-约100mg/l,更优选约0.05mg/l-约20mg/l。
用于电解沉积铜的本发明的含水酸性浴组合物可进一步含有至少一种载体-抑制剂添加剂,所述载体-抑制剂添加剂通常是聚亚烷基二醇化合物(US 4,975,159),且选自聚乙烯醇,羧甲基纤维素,聚乙二醇,聚丙二醇,硬脂酸聚二元醇酯,油酸聚二元醇酯,硬脂醇聚二元醇醚,壬基苯酚聚二元醇醚,辛醇聚亚烷基二元醇醚,辛二醇-双-(聚亚烷基二元醇醚),聚(乙二醇-无规-丙二醇),聚(乙二醇)-嵌-聚(丙二醇)-嵌-聚(乙二醇),聚(丙二醇)-嵌-聚(乙二醇)-嵌-聚(丙二醇)。所述载体-抑制剂添加剂的浓度范围为0.005g/l-20g/l,更优选0.01g/l-5g/l。
用于电解沉积铜的本发明的含水酸性浴可进一步含有至少一种卤素离子源,优选的氯离子用量为20mg/l-200mg/l,更优选30mg/l-60mg/l。
可在第一镀覆步骤中使用前面的铜镀覆浴以形成铜结构体。
适合于刻蚀的典型镀覆组合物还进一步含有Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系。Fe(III)离子的浓度一般为0.1-20g/l,优选1-15g/l,和甚至更优选3-10g/l。Fe(II)离子的浓度是该体系氧化还原电势的结果。一般地,施加Fe(III)盐到该溶液中生成氧化还原体系。合适的Fe(III)盐包括硫酸铁(III)。或者,Fe(II)盐还可以以铁源,例如硫酸铁(II)形式施加,由其还形成氧化还原对。
使用本发明的镀覆方法形成铜结构体,可采用下述两种镀覆方法:
方法1:
1.首先使用以上所述的组合物,但不具有Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系的电镀浴来在衬底上镀覆铜结构体,和之后
2.使用以上所述组合物,但具有Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系的电镀浴在所述衬底上进一步镀覆铜结构体,和之后
3.在没有施加电流的情况下,在根据步骤2的浴中刻蚀镀覆的铜。
如果除了在衬底的顶部表面上镀覆铜层以外,衬底结构,例如线和过孔需要通过镀铜进行填充的话,则通过方法1所述的镀覆顺序可以是有利的。
可在相同或独立的浴中,优选在相同的浴中进行方法1的步骤2和3。
方法2:
1.首先使用具有Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系的以上所述组合物的电镀浴,在衬底上镀覆铜结构体,和之后
2.在没有施加电流的情况下,在根据步骤1的浴中刻蚀镀覆的铜。
可以在相同或独立的浴中,优选在相同的浴中,进行方法2的步骤1和2。
另外,第三种,但不那么优选的方法包括下述步骤:
方法3:
1.首先使用以上所述组合物,但不具有Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系的电镀浴,在衬底上镀覆铜结构体,和之后
2.在没有施加电流的情况下,在具有根据步骤1的浴的组合物,但具有Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系的独立浴中刻蚀镀覆的铜。
在电镀铜的过程中,在电解铜沉积过程中,在15℃-50℃,更优选25℃-40℃的优选温度范围内,和0.05/A dm2-12A/dm2,优选0.1A/dm2-7A/dm2的阴极电流密度范围内,操作含水酸性镀覆浴。
可尤其在WO 2005/076681A1中公开的方法中采用本发明的刻蚀方法。
这种方法包括下述步骤:
a)提供印刷电路板;
b)在其至少一侧上用电介质涂覆电路板;
c)使用激光消融(ablation)结构化电介质用于在其内产生沟槽和过孔;
d)在电介质的全部表面上沉积底漆层(primer layer)或者仅仅在所产生的沟槽和过孔内沉积底漆层;
e)在底漆层上沉积铜或铜合金层,且沟槽和过孔完全用铜或铜合金填充用于在其内形成导体结构;和
f)除了沟槽和过孔内以外,除去铜或铜合金层和底漆层以暴露电介质,如果在方法步骤d)中,底漆层已经沉积在整个表面上的话。
根据步骤f)除去铜或铜合金是敏感的,因为铜的表面必须保持光滑,以便获得良好的电性能。
可通过使用本发明的方法获得这种光滑表面。
作为阳极,优选使用不溶的尺寸稳定的阳极用于电镀。通过使用尺寸稳定的不溶阳极,可在阳极和衬底例如晶片之间设定恒定的间距。相对于其几何形状,阳极可容易地适应于衬底,和与可溶阳极相反,它们实际上没有改变它们的几何外部尺寸。结果,在阳极和衬底之间的间距(它影响在衬底表面上层厚的分布)保持恒定。
为了生产不溶的阳极,使用耐电解质的(惰性)材料,例如不锈钢或铅。优选使用含有钛或钽作为基础材料的阳极,所述基础材料优选用贵金属或贵金属的氧化物涂覆。例如,使用铂,铱或钌,以及这些金属的氧化物或混合氧化物作为涂层。除了铂,铱和钌以外,基本上也可使用铑,钯,锇,银和金或者它们各自的氧化物和混合氧化物用于涂层。所有阳极可以是板网阳极。
由于在从沉积溶液进行沉积的过程中消耗的铜离子不可通过溶解直接由阳极供应,因此上述离子可按照两种不同的方式补充。铜的添加可以是以上提及的铜(II)盐形式。或者,可通过化学溶解相应的铜部件或者含铜的成型体补充铜(II)离子。在氧化还原反应中,通过在沉积溶液内包含的Fe(III)化合物的氧化效应,从铜部件或成型体形成铜离子。
为了补充因沉积消耗的铜离子,使用铜离子发生器,所述铜离子发生器含有铜的金属部件。为了再生因铜离子消耗所弱化的沉积溶液,所述溶液被引导越过阳极,由此通过氧化由Fe(II)化合物形成Fe(III)化合物。随后该溶液被导引通过铜离子发生器,并由此与铜部件接触。Fe(III)化合物由此与铜部件反应形成铜离子,即铜部件溶解。Fe(III)化合物同时转化成Fe(II)化合物。由于形成铜离子,因此在沉积溶液内的铜离子的总浓度保持恒定。沉积溶液从铜离子发生器再次返回流入到与衬底和阳极接触的电解质腔室内。该方法是本领域已知的且例如公开于US 6,793,795中。
或者,可通过添加可溶铜(II)盐例如氧化铜到镀覆浴中,提供铜离子替代化学形成的铜离子。
在完成镀覆工艺之后,终止电流供应,并可开始本发明的铜刻蚀方法。
通过施加该溶液到衬底上一段时间进行刻蚀。刻蚀的时间范围通常为10-60分钟,且取决于应用和所需的刻蚀速度。在类似于镀覆温度的温度下进行刻蚀,所述温度范围通常为15℃-60℃,优选20℃-30℃。
在衬底表面上铜的刻蚀可以是如图1A和1B中所示的程度,其中电沉积的铜的薄层保持在衬底表面上。此外,在衬底表面上铜的刻蚀可完全如图2A和2B所示,其中在进行刻蚀之后,电镀的铜仅仅保持在线结构内,而不是在衬底表面上。
优选地,通过关闭电流,在与进行镀覆工艺相同的浴内进行刻蚀。或者,可提供特别用于刻蚀步骤的第二浴。包含在该浴内的组合物对应于以上所述的镀覆浴。在后一情况下不要求存在阳极。
本发明的优点是,当制备具有铜隆起或再分配层的衬底时,不要求额外的刻蚀浴或者其他平面化方法,如化学机械抛光。此外,采用用于本发明刻蚀用的溶液,结果是平滑地刻蚀的表面,这不可能通过本领域已知的刻蚀方法获得。
这一方法使得能够建立密闭的循环系统,其中在本发明的一个实施方案中,在充当刻蚀剂一段时间之后,刻蚀溶液可再用作电解质溶液。在本发明的另一实施方案中,在铜镀覆浴中用作电解质溶液一段时间之后,该溶液可用作铜的刻蚀剂。在一个实施方案中,本发明的另一优点是,不需要补充金属铜,Cu(II)离子和Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系。可通过待刻蚀的镀覆铜结构和刻蚀工艺中的Fe(III)离子之间的氧化-还原,再次给出Cu(II)离子和Fe(II)离子,来供应Cu(II)离子。
在电解溶液内发生逆反应。关键是在电解质和在刻蚀溶液内均可使用相同的有机添加剂。
在下述非限定性实施例中,更加具体地描述了本发明。
实施例
使用惰性的镀铂钛阳极,在浸渍型电镀浴中进行所有实验。
使用用RDL试验掩膜图案化的200mm晶片石英(quarter)片作为待处理的衬底材料。
如下所述设定工艺参数:电解铜沉积的浸渍时间:90分钟,晶片旋转=无,电流密度=3A/dm2。铜的沉积厚度(表面层厚)为2.6-2.9微米。铜的厚度满足在铜镀层的图案化填充之后平面化表面平坦度(在表面上没有波纹)。
根据本发明的实施例1
含50g/l铜离子,100g/l硫酸,50mg/l氯化物离子,2mg/l有机硫化合物双-(对磺基苯基)-二硫化物和300mg/l聚乙二醇,M=1.500-2.000的基础溶液用于镀铜。表1中示出了镀覆顺序和参数。根据镀覆步骤2的溶液除了含有以上提及的基础溶液之外,还含有6.0g/l铁离子(以Fe2(SO4)3*9H2O形式添加)。
镀覆的铜沉积结构体含有线(宽度Φ大于3微米),隆起(宽度Φ大于3微米),小的过孔(直径Φ小于15微米)和大的过孔(直径Φ大于15微米)。
首先在含有表1,镀层1中所述的基础溶液的镀覆浴中,用铜电镀衬底。镀覆浴不含铁离子("w/o铁")。之后,移动衬底到还含有铁的第二镀覆浴(表1,镀覆2)中。图2A和2B中以截面示意图形式示出了衬底和在该衬底上的所得铜沉积结构(线,小的过孔和大的过孔)。
在完成镀覆之后,终止电流,且镀铜的衬底保持在相同浴中用于刻蚀30分钟,如表1所示(“用铁刻蚀”)。
图2A和2B示出了刻蚀的结构体的截面视图(示意图):线,小的过孔和大的过孔以及其尺寸。在刻蚀过的样品上的铜层非常平滑。此外,没有观察到在角(称为凸起(doming))上非所需的过度刻蚀。
图1A和1B示出了作为刻蚀表面均匀度的量度,Δt=ts/t×100的数值。Δt是在特征(例如,盲过孔,隆起或线)内和在衬底上沉积的全部铜的厚度t之比,该厚度ts是在图1A和1B所示的衬底表面上,刻蚀过的铜层的镀覆最大厚度与最小厚度之差。Δt值越小,则表面越均匀。
根据图1A和1B显而易见的是,对于用本发明的方法和在本发明的镀覆浴内刻蚀的表面来说,Δt分别小于1%和1.5%,这远远优于采用对比例的方法获得的结果,其Δt小于5%和8%(参见图1A和1B,和对于单独的数值,参见表2和3)。Δt值是由数次测量获得的平均值。由从镀覆之后的表面底部(ts)到凸起顶部作为下部实例的高度测量,获得Δt值,通过深度的设计值(t)的百分数计算。
在表2和3的左栏中示出了对应于本发明实施例的Δt值(通过具有有机添加剂的浴刻蚀)。在表2和3的右栏中示出了对比例(“通过具有有机添加剂的浴刻蚀”)。
实施例2-对比例
采用根据实施例1的衬底和方法,进行镀覆步骤,导致具有图1A和1B所示的结构的衬底。然后从镀覆浴溶液中取出这种镀覆的衬底。在含35g/l铜离子,170g/l硫酸,50mg/l氯离子,6.0g/l铁离子(以Fe2(SO4)3*9H20形式添加),300mg/l聚乙二醇(PEG 3000),但不含有2mg/l有机硫化合物双-(磺丙基钠)-二硫化物(SPS)的溶液中进行刻蚀。刻蚀时间为30分钟,没有施加电流。
在刻蚀过的样品上的铜层比实施例1中获得的粗糙得多。如图1A和1B中所示,观察到在角(称为凸起)上非所需的过度刻蚀。
根据图1A和1B,显而易见的是,最右边的盲微过孔,采用不具有有机添加剂的方法和在镀覆浴中刻蚀的表面,平均粗糙度Δt分别仅小于5%和8%。这表明表面的均匀度远小于根据本发明的方法获得的表面。这种比较粗糙的表面远远不那么适合用于在本发明中提及的电子应用中。
表1:镀覆和刻蚀条件(根据以上所述的方法1)
表2:针对小/大的过孔来说的均匀度值(即,小的过孔n=1;ts=0.28μm,t=30μm,Δt=0.93%)
表3:针对隆起/线来说的均匀度值(即,隆起n=1;ts=0.46μm,t=50μm,Δt=0.92% )
Claims (13)
1.在衬底上平滑刻蚀铜或铜合金的电路结构体表面的方法,该方法包括使铜或铜合金的表面与刻蚀溶液接触,所述刻蚀溶液包括:
(i)Cu(II)离子;
(ii)Fe(II)/Fe(III)氧化还原体系,其中Fe(III)离子的浓度低于20g/l;
(iii)至少一种有机硫增亮剂添加剂化合物,其选自:
其中R=H,C1-C4烷基
其中R=H,C1-C4烷基,n=1-6,和M=H,金属离子
其中n=1-6,和M=H,金属离子
其中n=1-6和R,R’=H,C1-C6烷基
其中R,R’=H,C1-C6烷基
其中R,R’=H,C1-C6烷基
其中R,R’=H,C1-C6烷基
其中R=H,C1-C6烷基
和其中没有向工件施加外部电源。
2.权利要求1的方法,其中Fe(III)离子的浓度范围为1-15g/l。
3.权利要求1的方法,其中Fe(III)离子的浓度范围为3-10g/l。
.前述任何一项权利要求的方法,其中R优选地选自H,CH3和C2H5。
4.前述任何一项权利要求的方法,其中R’优选地选自H,CH3和C2H5。
5.前述任何一项权利要求的方法,其中n优选为2,3或4。
6.权利要求1或2的方法,其中至少一种有机硫增亮剂添加剂选自3-(苯并噻唑基-2-硫代)-丙磺酸,3-巯丙基-1-磺酸,亚乙基二硫代二丙磺酸,双-(对磺基苯基)-二硫化物,双-(ω-磺基丁基)-二硫化物,双-(ω-磺基羟丙基)-二硫化物,双-(ω-磺丙基)-二硫化物,双-(ω-磺丙基)-硫化物,甲基-(ω-磺丙基)-二硫化物,甲基-(ω-磺丙基)-三硫化物,O-乙基-二硫代碳酸-S-(ω-磺丙基)-酯,巯基乙酸,硫代磷酸-O-乙基-双-(ω-磺丙基)-酯,硫代磷酸-三-(ω-磺丙基)-酯及其相应的盐。
7.前述任何一项权利要求的方法,其中该溶液还含有聚醚或多胺。
9.前述任何一项权利要求的方法,其中该溶液还含有浓度为0.01mg/l-100mg/l的氯离子。
10.前述任何一项权利要求的方法,其中进行刻蚀10-60分钟的时间。
11.前述任何一项权利要求的方法,其中在20℃-30℃的温度下进行刻蚀。
12.在包含线和过孔的衬底上电沉积铜或铜合金的电路结构的方法,该方法包括下述步骤:
i.提供含至少一个过孔和至少一根线的衬底,其中该过孔包括内部宽度尺寸范围为5微米-30微米,深度为25微米-500微米的内表面,其中该线包括内部宽度尺寸范围为0.3微米-100微米,深度为0.1微米-100微米的内表面;和
ii.在具有以阴极形式连接的基础金属层的电解铜镀覆浴中浸渍衬底,所述电解铜镀覆浴的组成对应于权利要求1-12任何一项的刻蚀溶液,该体系还包含不溶的尺寸稳定的阳极;和
iii.在不溶的尺寸稳定的阳极和基础金属层之间施加电压,以便电流在其间流过,其时间足以在含线和过孔的结构体内电沉积铜;和
iv.中断电压,和在根据前述权利要求1-12任何一项的方法的电解铜镀覆浴中刻蚀电路结构。
13.在含线和过孔的衬底上电沉积铜或铜合金的电路结构的方法,该方法包括下述步骤:
i.提供印刷电路板;
ii.在其至少一侧上用电介质涂覆电路板;
iii.使用激光消融,结构化电介质用以产生沟槽和过孔;
iv.在电介质的全部表面上沉积底漆层或者仅仅在所产生的沟槽和过孔内沉积底漆层;
v.在铜镀覆浴中,在底漆层上沉积铜或铜合金层,所述铜镀覆浴的组成对应于权利要求1-12的刻蚀溶液,且沟槽和过孔完全用铜或铜合金填充,用以在其内形成导体结构;和
vi.除了沟槽和过孔内以外,除去铜或铜合金层和底漆层,以暴露电介质,如果在方法步骤v.)中,底漆层已经沉积在整个表面上的话,其中在根据前述权利要求1-12任何一项的方法的电解铜镀覆浴中除去。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP10164728.7 | 2010-06-02 | ||
| EP10164728A EP2392694A1 (en) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | Method for etching of copper and copper alloys |
| PCT/EP2011/058951 WO2011151328A1 (en) | 2010-06-02 | 2011-05-31 | Method for etching of copper and copper alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103003473A true CN103003473A (zh) | 2013-03-27 |
| CN103003473B CN103003473B (zh) | 2015-04-01 |
Family
ID=42670447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201180031352.8A Active CN103003473B (zh) | 2010-06-02 | 2011-05-31 | 刻蚀铜和铜合金的方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130112566A1 (zh) |
| EP (2) | EP2392694A1 (zh) |
| JP (1) | JP5795059B2 (zh) |
| KR (1) | KR101752945B1 (zh) |
| CN (1) | CN103003473B (zh) |
| WO (1) | WO2011151328A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106435662A (zh) * | 2015-08-06 | 2017-02-22 | 罗门哈斯电子材料有限责任公司 | 自含有咪唑化合物、双环氧化物和卤基苄基化合物的反应产物的铜电镀浴电镀光致抗蚀剂限定的特征的方法 |
| CN114686884A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-07-01 | 苏州运宏电子有限公司 | 一种精密防侧蚀的蚀刻区域控制方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9762418B2 (en) | 2014-11-06 | 2017-09-12 | Dell Products, Lp | Repeatable backchannel link adaptation for high speed serial interfaces |
| TWI608132B (zh) * | 2015-08-06 | 2017-12-11 | 羅門哈斯電子材料有限公司 | 自含有吡啶基烷基胺及雙環氧化物之反應產物的銅電鍍覆浴液電鍍覆光阻劑限定之特徵的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040217009A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-11-04 | Shipley Company, L.L.C. | Electroplating bath |
| US20050121314A1 (en) * | 2000-03-22 | 2005-06-09 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Electrolytic plating method and device for a wiring board |
| JP2006111933A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Asahi Kagaku Kogyo Co Ltd | エッチング組成液 |
| JP2008144228A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Sanshin Chem Ind Co Ltd | 金属用化学溶解制御剤、金属用化学溶解処理液および金属用化学溶解処理方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2663684A (en) * | 1952-06-02 | 1953-12-22 | Houdaille Hershey Corp | Method of and composition for plating copper |
| GB1154015A (en) | 1966-08-22 | 1969-06-04 | Photo Engravers Res Inst Inc | Etching of Printed Circuit Components |
| DE3836521C2 (de) | 1988-10-24 | 1995-04-13 | Atotech Deutschland Gmbh | Wäßriges saures Bad zur galvanischen Abscheidung von glänzenden und rißfreien Kupferüberzügen und Verwendung des Bades |
| DE4118746A1 (de) | 1991-06-06 | 1992-12-10 | Inst Oekologisches Recycling | Verpackung fuer gegenstaende |
| DE19545231A1 (de) | 1995-11-21 | 1997-05-22 | Atotech Deutschland Gmbh | Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Metallschichten |
| DE19653681C2 (de) * | 1996-12-13 | 2000-04-06 | Atotech Deutschland Gmbh | Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Kupferschichten mit gleichmäßiger Schichtdicke und guten optischen und metallphysikalischen Eigenschaften und Anwendung des Verfahrens |
| AU3143500A (en) | 1999-01-21 | 2000-08-07 | Atotech Deutschland Gmbh | Method for galvanically forming conductor structures of high-purity copper in the production of integrated circuits |
| JP4267331B2 (ja) * | 2003-01-14 | 2009-05-27 | 株式会社荏原製作所 | 基板の処理方法及びエッチング液 |
| US20050104187A1 (en) | 2003-10-31 | 2005-05-19 | Polsky Cynthia H. | Redistribution of substrate interconnects |
| DE102004005300A1 (de) | 2004-01-29 | 2005-09-08 | Atotech Deutschland Gmbh | Verfahren zum Behandeln von Trägermaterial zur Herstellung von Schltungsträgern und Anwendung des Verfahrens |
-
2010
- 2010-06-02 EP EP10164728A patent/EP2392694A1/en not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-05-31 CN CN201180031352.8A patent/CN103003473B/zh active Active
- 2011-05-31 WO PCT/EP2011/058951 patent/WO2011151328A1/en not_active Ceased
- 2011-05-31 US US13/701,063 patent/US20130112566A1/en not_active Abandoned
- 2011-05-31 KR KR1020127031537A patent/KR101752945B1/ko active Active
- 2011-05-31 JP JP2013512871A patent/JP5795059B2/ja active Active
- 2011-05-31 EP EP11723436.9A patent/EP2576867B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050121314A1 (en) * | 2000-03-22 | 2005-06-09 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Electrolytic plating method and device for a wiring board |
| US20040217009A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-11-04 | Shipley Company, L.L.C. | Electroplating bath |
| JP2006111933A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Asahi Kagaku Kogyo Co Ltd | エッチング組成液 |
| JP2008144228A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Sanshin Chem Ind Co Ltd | 金属用化学溶解制御剤、金属用化学溶解処理液および金属用化学溶解処理方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106435662A (zh) * | 2015-08-06 | 2017-02-22 | 罗门哈斯电子材料有限责任公司 | 自含有咪唑化合物、双环氧化物和卤基苄基化合物的反应产物的铜电镀浴电镀光致抗蚀剂限定的特征的方法 |
| CN106435662B (zh) * | 2015-08-06 | 2018-11-30 | 罗门哈斯电子材料有限责任公司 | 自含有咪唑化合物、双环氧化物和卤基苄基化合物的反应产物的铜电镀浴电镀光致抗蚀剂限定的特征的方法 |
| CN114686884A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-07-01 | 苏州运宏电子有限公司 | 一种精密防侧蚀的蚀刻区域控制方法 |
| CN114686884B (zh) * | 2020-12-29 | 2023-07-07 | 苏州运宏电子有限公司 | 一种精密防侧蚀的蚀刻区域控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140018086A (ko) | 2014-02-12 |
| WO2011151328A1 (en) | 2011-12-08 |
| JP5795059B2 (ja) | 2015-10-14 |
| KR101752945B1 (ko) | 2017-07-03 |
| EP2392694A1 (en) | 2011-12-07 |
| CN103003473B (zh) | 2015-04-01 |
| EP2576867A1 (en) | 2013-04-10 |
| US20130112566A1 (en) | 2013-05-09 |
| EP2576867B1 (en) | 2018-04-04 |
| JP2013532230A (ja) | 2013-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102318041B (zh) | 用于电沉积铜的工艺,在穿硅通孔(tsv)中的芯片间、芯片到晶片间和晶片间的互连 | |
| CN103547711B (zh) | 用于铜的电解沉积的水性酸浴 | |
| TWI326721B (en) | Plating method | |
| CN100526517C (zh) | 电镀液 | |
| JP4116781B2 (ja) | シ−ド修復及び電解めっき浴 | |
| JP3898013B2 (ja) | 銅メッキ用電解液およびこれを用いた半導体素子の銅配線用電気メッキ方法 | |
| KR102206291B1 (ko) | 구리를 장벽 층 상에 전기도금하기 위한 전해질 및 프로세스 | |
| JP3374130B2 (ja) | 集積回路製造に際し高純度銅から成る導体構造を電解形成するための方法 | |
| TWI636162B (zh) | 用於電解鍍銅之酸性水性組合物 | |
| KR101298999B1 (ko) | 미세회로 형성을 위한 임베디드용 동박 | |
| TWI412631B (zh) | 用於埋設ULSI(Ultra Large-Scale Integration; 超大型積體電路)微細銅配線之銅電鍍液 | |
| CN103003473B (zh) | 刻蚀铜和铜合金的方法 | |
| JP2017503929A (ja) | 銅の電析 | |
| JP2009242860A (ja) | 酸性銅用前処理剤およびこれを利用するめっき方法 | |
| JP2009167506A (ja) | 酸性電解銅めっき液およびこれを用いる微細配線回路の作製方法 | |
| CN114717615B (zh) | 通过各向异性铜电镀改善光刻胶分辨能力 | |
| JP5502967B2 (ja) | 酸性電解銅めっき液 | |
| CN115427613A (zh) | 用于电解沉积铜沉积物的酸性水性组合物 | |
| JP4472673B2 (ja) | 銅配線の製造方法及び銅めっき用電解液 | |
| TW201346076A (zh) | 銅電鍍液之組成物及其進行電鍍銅之方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |















