论文摘要：印刷电路板铜互连线工艺的研究

随着集成度的不断提高，互连线宽度越来越窄，微孔内无空洞、无缝隙镀铜成为印刷电路板铜互连线制造技术中的一个关键问题。本文分别就微孔内化学镀铜种子层的形成和电镀完全填充微孔过程进行了研究。在获得良好铜种子层的基础上，我们通过研究电镀液中添加剂的种类、浓度以及电镀条件对直径为50µm，深径比为1的盲孔填充效果的影响，得到了完全填充微孔的镀铜工艺条件。主要内容如下：
微孔电镀填充的效果与铜种子层质量密切相关。均匀、连续、致密的铜种子层有利于提高微孔的填充效果。微孔内铜种子层的覆盖性与化学镀前处理有关，通过改进膨润和活化条件，实现了铜种子层在微孔内的均匀镀覆。适宜的化学镀铜种子层形成的膨润和活化条件为：膨润溶液为1-甲基-2-吡咯烷酮（100ml/L）和乙二醇丁醚（20ml/L）的氢氧化钠（90g/L）碱性溶液，操作条件是62℃、处理10min；活化溶液是CATAPOSIT404（293.5g/L）和CATAPOSIT44（130.4ml/L）的水溶液，操作条件是39℃、处理10min。化学镀铜溶液采用以甲醛为还原剂，EDTA为络合剂的镀铜体系。其主要成分为：五水硫酸铜 10g/L，EDTA 30g/L，甲醛 3ml/L，聚乙二醇（Mw=1000）0.5g/L，联二吡啶 0.015g/L；溶液的pH用氢氧化钠溶液调至12.5；镀液温度为70℃。
通过添加剂浓度的调节，进行电镀液的初步筛选。确定使1/3的微孔完全填充的镀液为合适镀液。在此镀液的基础上，对添加剂浓度以及电镀条件进行优化，进一步改善微孔的填充效果。
在电镀填充微孔的过程中，镀液中添加剂PEG的分子量与微孔电镀填充效果密切相关。结果表明，PEG分子量的增大，有利于微孔的完全填充。PEG 4000的添加有利于提高微孔内填充铜的质量，PEG 6000的添加有利于增加超级填充的微孔数目。为在不影响微孔内填充铜的质量的前提下增加超级填充的微孔数目，最终确定采用PEG 4000和PEG 6000混合使用作为抑制剂，其质量比为3/5。
在确定PEG用量的基础上，我们研究了电镀液中氯离子浓度对微孔填充效果的影响。实验结果表明，添加剂氯离子对铜沉积的抑制作用随其浓度的增大而增大，但电镀液中的氯离子浓度存在最佳值。当氯离子浓度小于最佳值时，微孔的超级填充现象随氯离子浓度的增大更加明显；反之，当其浓度大于最佳值时，镀液的填充性能随其浓度的增大而降低。
在电镀液中SPS的浓度对微孔填充效果影响的研究中发现，添加剂SPS对铜沉积的加速作用随其浓度的增大而增大。同时，其浓度对微孔超级填充的影响与氯离子相似，也存在最佳值。
在微孔填充过程中，填充效果除与添加剂浓度有关外，还与镀液中铜离子浓度、搅拌程度、电流密度、温度等因素有关。对电镀液进行适度的搅拌可使微孔周围和内部的铜离子得到及时补充，改善微孔填充效果。另外，电镀液中铜离子浓度的提高和电镀电流密度的降低都有利于实现微孔的完全填充。
通过研究电镀液组成以及电镀操作条件对微孔填充效果的影响，最终获得了适宜于直径为50µm，深径比为1的盲孔填充的电镀液组成及电镀条件。电镀铜溶液的主要成分为：CuSO4 0.6mol/L，H2SO4 1.35mol/L；添加剂PEG 4000 120mg/L, PEG 6000 180mg/L, Cl- 90mg/L, SPS 12mg/L。搅拌为660rpm，电流密度为1A/dm2。在此电镀工艺条件下，电镀6个小时可实现微孔完全填充。
另外，本文还研究了低酸体系的电镀液，固定Cl-浓度为70mg/L，通过调节各添加剂的配比，得到了具有最佳填充效果的电镀体系。电镀液的主要成分为：CuSO4 0.512mol/L，H2SO4 0.51mol/L，Cl- 50mg/L，PEG 6000 190mg/L，SPS 7mg/L。搅拌为660rpm，室温，电流密度为1A/dm2。电镀6个小时，大部分微孔能无空洞、无缝隙填充。此填充结果没有达到工艺要求（＞80%的微孔完全填充），因此低酸体系的电镀液体系需要进一步调整。