[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210588768.6
• 申請(qǐng)日: 2012-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103103585A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王溯;孫紅旗;王先鋒;陳春;郭杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海新陽(yáng)半導(dǎo)體材料股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C25D3/38
• 分類(lèi)號(hào): C25D3/38;C25D5/02;C25D7/12;C25D21/10
• 代理公司: 上海信好專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 賈慧琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在晶圓上制備銅凸點(diǎn)的電鍍方法，具體地，涉及一種用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體芯片傳統(tǒng)互連工藝技術(shù)為鋁制程的薄膜工藝。但是，當(dāng)線寬小于0.18um時(shí)，信號(hào)延遲，電子遷移等可靠性問(wèn)題嚴(yán)重影響集成電路的可靠性。1999年，IBM率先研發(fā)damascenes芯片銅互連工藝，并于2000年實(shí)現(xiàn)芯片銅互連制程量產(chǎn)。銅金屬由于其具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能、熱傳導(dǎo)性、較低的熔點(diǎn)及容易延伸等特性，被認(rèn)為是優(yōu)秀的芯片互連材料。隨著芯片線寬特征尺寸越來(lái)越小時(shí)，傳統(tǒng)的封裝方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，一種先進(jìn)的晶圓3D互連封裝技術(shù)（WLP）應(yīng)運(yùn)而生。它通過(guò)銅凸點(diǎn)和TSV電鍍技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片3D互連封裝，可使半導(dǎo)體器件制造商以較低的成本制作出封裝更小、功能更強(qiáng)的器件和電路。凸點(diǎn)制作在3D互連封裝中起著重要作用，出于工藝成本及可靠性的考慮，電鍍方法是目前主要的凸點(diǎn)制作方法。晶圓凸點(diǎn)電鍍制作工藝包括銅柱（Copper?pillar）、再分布引線（RDL）、BGA金屬凸點(diǎn)（UBM）電鍍等，隨著芯片特征尺寸越來(lái)越小的發(fā)展趨勢(shì)，銅柱凸點(diǎn)電鍍?cè)?D互連封裝中扮演著越來(lái)越重要的角色。

然而隨著封裝技術(shù)小型化、高性能化的發(fā)展，對(duì)鍍銅速度及鍍銅質(zhì)量提出了更高的要求。不僅高純銅互連電鍍液和添加劑對(duì)銅凸點(diǎn)可靠性有直接影響，電鍍工藝技術(shù)直接影響基礎(chǔ)集成電路的可靠性和產(chǎn)品封裝成本。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)鍍速大于2μm/min時(shí)，其鍍銅均勻性及可靠性會(huì)受到嚴(yán)重影響；當(dāng)鍍速大于3μm/min時(shí)，對(duì)鍍銅工藝要求則非常嚴(yán)格，而且質(zhì)量難以控制。

目前工業(yè)上，主要使用磺酸銅電鍍液制備銅凸點(diǎn)，電鍍速度一般控制在0.5-1μm/min之間，在此條件下銅凸點(diǎn)工藝通常需要電鍍銅柱40-70μm，完成鍍銅需要1-2個(gè)小時(shí)，生產(chǎn)效率較低。高速凸點(diǎn)電鍍工藝由于可靠性和均勻性的問(wèn)題沒(méi)有得到工業(yè)化使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于半導(dǎo)體3D互連封裝工藝中的晶圓凸點(diǎn)的電鍍方法，不僅限于銅柱凸點(diǎn)，亦可應(yīng)用于RDL、UBM制作工藝，保證凸點(diǎn)具有良好可靠性和均勻性的同時(shí)，具有較高的電鍍速度，可達(dá)3μm/min以上。?

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法，其中，該方法采用磺酸銅體系電鍍液進(jìn)行銅凸點(diǎn)電鍍，電鍍條件為電流密度1-25A/dm²，溫度15-35℃，優(yōu)選電鍍條件為電流密度10-16A/dm²，溫度20-30℃。

所述的電鍍液包含：按重量體積比計(jì)160-350g/L的高純甲基磺酸銅鹽和30-180g/L的高純甲基磺酸，以及10-80mg/L的氯離子；該電鍍液還包含1-10ml/L的加速劑和1-10ml/L的整平劑。

所述的加速劑為UPB3221A，是含硫化合物，主要起到光亮及晶粒細(xì)化的作用，包含聚二硫二丙烷磺酸鈉、醇硫基丙烷磺酸鈉、苯基二硫丙烷磺酸鈉、3-硫基-1-丙磺酸鈉鹽以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一種或幾種的組合。

所述的整平劑為UPB3221L，是含氧化合物，主要起到潤(rùn)濕及整平作用，該類(lèi)物質(zhì)通過(guò)空間位阻或電化學(xué)作用阻礙鍍層的沉積，起到輔助晶粒細(xì)化的作用，且在高速沉積條件下保證鍍層的厚度均勻性良好。包含分子量分別為400、1000、6000和20000的聚乙二醇，脂肪醇烷氧基化物（如BASF公司的低泡非離子表面活性劑Plurafac?LF?403，LF405以及LF600）、氧化乙烯-氧化丙烯（PO-EO）嵌段共聚物中的一種或幾種的組合。在電場(chǎng)的作用下，加速劑和整平劑協(xié)同作用，得到可靠性良好、高速沉積的銅柱凸點(diǎn)。

上述的用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法，其中，所述的電鍍方法包含：步驟1，配置所述的磺酸銅體系電鍍液；步驟2，對(duì)電鍍孔進(jìn)行潤(rùn)濕；步驟3，將凸點(diǎn)所在晶圓與陰極接通，使晶圓電鍍面完全接觸該電鍍液，在陰極移動(dòng)或攪拌情況下進(jìn)行電鍍，采用電鍍條件為：電流密度1-25A/dm²，溫度15-35℃，優(yōu)選電鍍條件為電流密度10-16A/dm²，溫度20-30℃；步驟4，電鍍結(jié)束后，將晶圓先用去離子水完全沖洗1-3min，吹干。

上述的用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法，其中，所述的對(duì)電鍍孔進(jìn)行潤(rùn)濕是通過(guò)抽真空、高壓水噴淋或兆聲波震蕩的其中一種或幾種方法的組合完成。

上述的用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法，其中，所述的電鍍方法的電鍍速度為2-5μm/min。

本發(fā)明提供的用于銅互連的高速凸點(diǎn)電鍍方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：