[发明专利]稳定的化学镀铜组合物和在衬底上化学镀铜的方法

说明书

向化学镀铜组合物中添加所选的羧甲基硫基化合物来改进所述化学镀铜组合物的稳定性，使得即使在低镀覆温度和高稳定剂浓度以及高浸出催化剂浓度下进行化学镀覆时，所述化学镀铜组合物的镀覆活性也不会受到损害。

技术领域

本发明涉及稳定的化学镀铜组合物和在衬底上化学镀铜的方法。更具体地，本发明涉及稳定的化学镀铜组合物和在衬底上化学镀铜的方法，其中化学镀铜组合物包含所选择的羧甲基硫基化合物作为稳定剂来为化学镀铜组合物提供稳定性，而不损害化学镀铜活性，即使在低镀覆温度和高稳定剂以及浸出催化剂浓度下。

背景技术

化学镀铜液广泛用于金属化工业中，用于在各种类型的衬底上沉积铜。在印刷电路板的制造中，例如，化学铜液用于在通孔和电路路径的壁上沉积铜，作为后续电解镀铜的基底。化学镀铜也用于装饰性塑料行业中，用于在非导电表面上沉积铜，作为根据需要进一步镀铜、镍、金、银以及其它金属的基底。目前商业上使用的化学镀铜液含有水溶性二价铜化合物、螯合剂或络合剂，例如罗谢尔盐(Rochelle salt)和乙二胺四乙酸钠盐，用于二价铜离子、还原剂，例如甲醛和甲醛前体或衍生物，以及各种添加剂，以使镀液更稳定、调节镀覆速率并提亮铜沉积物。

然而应理解，化学镀铜液中的各组分均影响镀覆电位，因此必须调控浓度以保持针对特定成分和操作条件的最理想的镀覆电位。影响内部镀覆电压、沉积质量以及速率的其它因素包含温度、搅拌程度、上述基础成分的类型和浓度。

在化学镀铜液中，组分被连续消耗，使得镀液处于持续变化状态，因此必须定期补充所消耗的组分。长时间控制镀液以保持高镀覆速率和基本上均匀的铜沉积物是非常困难的。历经几个金属循环(metal turnover，MTO)的镀液组分的消耗和补充也可能，例如通过副产物的积累而导致液不稳定。因此，此类镀液，特别是那些具有高镀覆电位的液，即高活性镀液，往往变得不稳定并随着使用而自发分解。这种化学镀铜液不稳定性会导致沿表面镀铜不均匀或不连续。例如，在印刷电路板的制造中，在通孔壁上化学镀铜以使得壁上的铜沉积物基本上连续且均匀且铜沉积物中的断裂或空隙最小，优选地没有断裂或空隙是很重要的。铜沉积物的这种不连续性可能最终导致包含有缺陷的印刷电路板的任何电气装置功能故障。此外，不稳定的化学镀铜液也会引起互连缺陷(interconnect defect，ICD)，这也会导致电气装置功能故障。

与化学镀铜相关的另一个问题是在高催化剂金属浸出的情况下化学镀铜液的稳定性。化学镀铜利用各种含金属催化剂，例如胶态钯-锡催化剂和离子型金属催化剂，来启动化学镀铜过程。此类含金属催化剂可能对镀覆条件，如化学镀铜液的pH值、化学镀的温度、化学镀铜液中的组分和组分浓度，敏感，其中此类参数至少能够导致金属从催化剂中浸出，从而使化学镀铜液进一步不稳定。

为了解决上述稳定性问题，已经将归类在“稳定剂”标签下的各种化合物引入化学镀铜液中。已经用于化学镀铜液的稳定剂的实例是含硫化合物，例如二硫化物和硫醇。尽管此类含硫化合物已被证明是有效的稳定剂，但是必须小心调控其在化学镀铜液中的浓度，因为许多此类化合物都是催化剂毒物。因此，此类含硫化合物无法在宽的浓度范围内使用而不对化学镀活性或速率造成负面影响。另一方面，关于催化剂金属浸出，从催化剂中浸出的金属越多，保持化学镀铜液稳定性所需的稳定剂浓度越大。就长期或金属循环(MTO)化学镀铜性能而言，催化剂金属浸出是必须加以考虑的方面。为解决这一问题，可以增加稳定剂浓度来克服催化剂金属浸出。当增加稳定剂浓度时，增加化学镀铜液的操作温度来克服增加的稳定剂浓度对镀覆速率的负面影响。许多稳定剂都会降低化学镀铜速率，并且如上所述，在高浓度下是催化剂毒物。低镀覆速率对化学镀铜性能有害。化学镀铜速率还与温度有关，因此当高稳定剂浓度使速率降低时，提高镀覆温度可以提高速率。然而，提高操作温度会通过增加副产物积累以及通过副反应减少镀液添加剂而使化学镀铜液的稳定性降低，因此抵消了增加稳定剂浓度的一些效果。结果，在大多数情况下，所使用的稳定剂的量必须在保持高镀覆速率和实现长时期稳定的化学镀之间进行谨慎的折衷。