[發明專利]穩定的化學鍍銅組合物和在襯底上化學鍍銅的方法

有效

• 申請號: 201811049174.1
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109628915B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: A·M·里夫希茨阿萊比奧;D·E·克利里
• 申請（專利權）人: 羅門哈斯電子材料有限責任公司
• 主分類號: C23C18/40
• 分類號: C23C18/40
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒;胡嘉倩

向化學鍍銅組合物中添加所選的羧甲基硫基化合物來改進所述化學鍍銅組合物的穩定性，使得即使在低鍍覆溫度和高穩定劑濃度以及高浸出催化劑濃度下進行化學鍍覆時，所述化學鍍銅組合物的鍍覆活性也不會受到損害。

技術領域

本發明涉及穩定的化學鍍銅組合物和在襯底上化學鍍銅的方法。更具體地，本發明涉及穩定的化學鍍銅組合物和在襯底上化學鍍銅的方法，其中化學鍍銅組合物包含所選擇的羧甲基硫基化合物作為穩定劑來為化學鍍銅組合物提供穩定性，而不損害化學鍍銅活性，即使在低鍍覆溫度和高穩定劑以及浸出催化劑濃度下。

背景技術

化學鍍銅液廣泛用于金屬化工業中，用于在各種類型的襯底上沉積銅。在印刷電路板的制造中，例如，化學銅液用于在通孔和電路路徑的壁上沉積銅，作為后續電解鍍銅的基底。化學鍍銅也用于裝飾性塑料行業中，用于在非導電表面上沉積銅，作為根據需要進一步鍍銅、鎳、金、銀以及其它金屬的基底。目前商業上使用的化學鍍銅液含有水溶性二價銅化合物、螯合劑或絡合劑，例如羅謝爾鹽(Rochelle salt)和乙二胺四乙酸鈉鹽，用于二價銅離子、還原劑，例如甲醛和甲醛前體或衍生物，以及各種添加劑，以使鍍液更穩定、調節鍍覆速率并提亮銅沉積物。

然而應理解，化學鍍銅液中的各組分均影響鍍覆電位，因此必須調控濃度以保持針對特定成分和操作條件的最理想的鍍覆電位。影響內部鍍覆電壓、沉積質量以及速率的其它因素包含溫度、攪拌程度、上述基礎成分的類型和濃度。

在化學鍍銅液中，組分被連續消耗，使得鍍液處于持續變化狀態，因此必須定期補充所消耗的組分。長時間控制鍍液以保持高鍍覆速率和基本上均勻的銅沉積物是非常困難的。歷經幾個金屬循環(metal turnover，MTO)的鍍液組分的消耗和補充也可能，例如通過副產物的積累而導致液不穩定。因此，此類鍍液，特別是那些具有高鍍覆電位的液，即高活性鍍液，往往變得不穩定并隨著使用而自發分解。這種化學鍍銅液不穩定性會導致沿表面鍍銅不均勻或不連續。例如，在印刷電路板的制造中，在通孔壁上化學鍍銅以使得壁上的銅沉積物基本上連續且均勻且銅沉積物中的斷裂或空隙最小，優選地沒有斷裂或空隙是很重要的。銅沉積物的這種不連續性可能最終導致包含有缺陷的印刷電路板的任何電氣裝置功能故障。此外，不穩定的化學鍍銅液也會引起互連缺陷(interconnect defect，ICD)，這也會導致電氣裝置功能故障。

與化學鍍銅相關的另一個問題是在高催化劑金屬浸出的情況下化學鍍銅液的穩定性。化學鍍銅利用各種含金屬催化劑，例如膠態鈀-錫催化劑和離子型金屬催化劑，來啟動化學鍍銅過程。此類含金屬催化劑可能對鍍覆條件，如化學鍍銅液的pH值、化學鍍的溫度、化學鍍銅液中的組分和組分濃度，敏感，其中此類參數至少能夠導致金屬從催化劑中浸出，從而使化學鍍銅液進一步不穩定。

為了解決上述穩定性問題，已經將歸類在“穩定劑”標簽下的各種化合物引入化學鍍銅液中。已經用于化學鍍銅液的穩定劑的實例是含硫化合物，例如二硫化物和硫醇。盡管此類含硫化合物已被證明是有效的穩定劑，但是必須小心調控其在化學鍍銅液中的濃度，因為許多此類化合物都是催化劑毒物。因此，此類含硫化合物無法在寬的濃度范圍內使用而不對化學鍍活性或速率造成負面影響。另一方面，關于催化劑金屬浸出，從催化劑中浸出的金屬越多，保持化學鍍銅液穩定性所需的穩定劑濃度越大。就長期或金屬循環(MTO)化學鍍銅性能而言，催化劑金屬浸出是必須加以考慮的方面。為解決這一問題，可以增加穩定劑濃度來克服催化劑金屬浸出。當增加穩定劑濃度時，增加化學鍍銅液的操作溫度來克服增加的穩定劑濃度對鍍覆速率的負面影響。許多穩定劑都會降低化學鍍銅速率，并且如上所述，在高濃度下是催化劑毒物。低鍍覆速率對化學鍍銅性能有害。化學鍍銅速率還與溫度有關，因此當高穩定劑濃度使速率降低時，提高鍍覆溫度可以提高速率。然而，提高操作溫度會通過增加副產物積累以及通過副反應減少鍍液添加劑而使化學鍍銅液的穩定性降低，因此抵消了增加穩定劑濃度的一些效果。結果，在大多數情況下，所使用的穩定劑的量必須在保持高鍍覆速率和實現長時期穩定的化學鍍之間進行謹慎的折衷。