[发明专利]一种用于铜互连的高速凸点电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在晶圆上制备铜凸点的电镀方法，具体地，涉及一种用于铜互连的高速凸点电镀方法。

背景技术

半导体芯片传统互连工艺技术为铝制程的薄膜工艺。但是，当线宽小于0.18um时，信号延迟，电子迁移等可靠性问题严重影响集成电路的可靠性。1999年，IBM率先研发damascenes芯片铜互连工艺，并于2000年实现芯片铜互连制程量产。铜金属由于其具有优良的导电性能、热传导性、较低的熔点及容易延伸等特性，被认为是优秀的芯片互连材料。随着芯片线宽特征尺寸越来越小时，传统的封装方式已经不能满足要求，一种先进的晶圆3D互连封装技术（WLP）应运而生。它通过铜凸点和TSV电镀技术实现芯片3D互连封装，可使半导体器件制造商以较低的成本制作出封装更小、功能更强的器件和电路。凸点制作在3D互连封装中起着重要作用，出于工艺成本及可靠性的考虑，电镀方法是目前主要的凸点制作方法。晶圆凸点电镀制作工艺包括铜柱（Copper pillar）、再分布引线（RDL）、BGA金属凸点（UBM）电镀等，随着芯片特征尺寸越来越小的发展趋势，铜柱凸点电镀在3D互连封装中扮演着越来越重要的角色。

然而随着封装技术小型化、高性能化的发展，对镀铜速度及镀铜质量提出了更高的要求。不仅高纯铜互连电镀液和添加剂对铜凸点可靠性有直接影响，电镀工艺技术直接影响基础集成电路的可靠性和产品封装成本。一般来说，当镀速大于2μm/min时，其镀铜均匀性及可靠性会受到严重影响；当镀速大于3μm/min时，对镀铜工艺要求则非常严格，而且质量难以控制。

目前工业上，主要使用磺酸铜电镀液制备铜凸点，电镀速度一般控制在0.5-1μm/min之间，在此条件下铜凸点工艺通常需要电镀铜柱40-70μm，完成镀铜需要1-2个小时，生产效率较低。高速凸点电镀工艺由于可靠性和均匀性的问题没有得到工业化使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于半导体3D互连封装工艺中的晶圆凸点的电镀方法，不仅限于铜柱凸点，亦可应用于RDL、UBM制作工艺，保证凸点具有良好可靠性和均匀性的同时，具有较高的电镀速度，可达3μm/min以上。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，该方法采用磺酸铜体系电镀液进行铜凸点电镀，电镀条件为电流密度1-25A/dm²，温度15-35℃，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm²，温度20-30℃。

所述的电镀液包含：按重量体积比计160-350g/L的高纯甲基磺酸铜盐和30-180g/L的高纯甲基磺酸，以及10-80mg/L的氯离子；该电镀液还包含1-10ml/L的加速剂和1-10ml/L的整平剂。

所述的加速剂为UPB3221A，是含硫化合物，主要起到光亮及晶粒细化的作用，包含聚二硫二丙烷磺酸钠、醇硫基丙烷磺酸钠、苯基二硫丙烷磺酸钠、3-硫基-1-丙磺酸钠盐以及二甲基-二硫甲酰胺磺酸中的一种或几种的组合。

所述的整平剂为UPB3221L，是含氧化合物，主要起到润湿及整平作用，该类物质通过空间位阻或电化学作用阻碍镀层的沉积，起到辅助晶粒细化的作用，且在高速沉积条件下保证镀层的厚度均匀性良好。包含分子量分别为400、1000、6000和20000的聚乙二醇，脂肪醇烷氧基化物（如BASF公司的低泡非离子表面活性剂Plurafac LF 403，LF405以及LF600）、氧化乙烯-氧化丙烯（PO-EO）嵌段共聚物中的一种或几种的组合。在电场的作用下，加速剂和整平剂协同作用，得到可靠性良好、高速沉积的铜柱凸点。

上述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，所述的电镀方法包含：步骤1，配置所述的磺酸铜体系电镀液；步骤2，对电镀孔进行润湿；步骤3，将凸点所在晶圆与阴极接通，使晶圆电镀面完全接触该电镀液，在阴极移动或搅拌情况下进行电镀，采用电镀条件为：电流密度1-25A/dm²，温度15-35℃，优选电镀条件为电流密度10-16A/dm²，温度20-30℃；步骤4，电镀结束后，将晶圆先用去离子水完全冲洗1-3min，吹干。

上述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，所述的对电镀孔进行润湿是通过抽真空、高压水喷淋或兆声波震荡的其中一种或几种方法的组合完成。

上述的用于铜互连的高速凸点电镀方法，其中，所述的电镀方法的电镀速度为2-5μm/min。

本发明提供的用于铜互连的高速凸点电镀方法具有以下优点：