一种用于IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法

技术领域

本发明涉及集成电路(IC)电镀铜技术，具体地说涉及一种种用于集成电路载板填X型通孔的电镀铜方法。

背景技术

随着半导体行业的不断进步，日新月异的市场需求推动电子产品往小型迷你化发展。高密度互连板可以顺利解决上述问题，而IC载板又是高密度互连板中至关重要的一环，因此，最大限度地提高IC载板的密度，是电子产品小型化最迫切克服的难题。此外，IC载板因为其具有高产量和低成本的优势，而在半导体行业中尤为广泛应用。

可靠的芯片到PCB板(印刷电路板)为了最大限度地提高基板线路密度，铜线路(L/S)之间的距离应最小化，即L和S的数值同时越小，线路密度越高，效果越好；L指Line距离，S指Space距离，其中Space距离是填充干膜，而Line是铜柱所在位置(如图1所示)。典型的PCB技术包括L/S大于40μm，而更先进的晶圆级技术L/S目前处于或大约2μm。IC载板是PCB技术中小型化的最高水平，提供芯片与PCB之间的连接。这些连接是通过导电铜线网络(通过盲孔)和通孔创建的。线路的密度是消费电子产品小型化、速度和便携性的关键因素。目前，IC载板的线路密度已经大大增加。此外，为达到散热以及连通的目的(其中散热是指：通过镀铜填充通孔后，金属的导热性能比基板(基板通常是由日本味之素的绝缘树脂ABF、双马来酰亚胺三嗪树脂BT)在部分设计中需要设置电镀通孔。针对通孔电镀填孔工艺，现有技术主要采用的是两面制作激光孔(参见中国实用新型专利CN201920993478.7和发明专利CN202211427745.7的描述)，形成X型孔，利用X型孔中间位置的阶梯(阶梯是由于两面制作激光孔导致的)作为填孔爆发起始点进行填孔，实现通孔电镀填孔。所述的两面制作激光孔工艺是指通过激光钻机设备通过在同一孔两面位置对基板的玻纤布和树脂烧断或烧掉的方式进行激光钻孔，形成通孔。然而，该工艺(指两面制作激光孔工艺)易出现两面对钻偏位、中间neck(即收腰位置)直径过大造成孔型差(指收腰位置不对称，不是完美X孔形状，导致结果或是直通孔或是不对称X型孔)，以及芯板厚度T范围为：100um≤T＜200um，这里的芯板厚度指芯层，会导致后续电镀效果不佳造成电镀空洞。目前，在芯板厚度等于200um时，难以做到薄面铜(支撑强度及产品使用寿命)、低凹陷(dimple值)和无空洞兼备的表现。因此，针对IC载板X型通孔填孔电镀，需要使用不同电镀工艺参数，在保证良好的X型通孔填孔的情况下，还需要兼顾良好的线路轮廓和更低的R值(R值指铜厚差值，即大铜面与细线路的铜厚差值)。

现有的技术方案采用单步法，即：将待处理的带有X型通孔的IC载板置于550L的电镀槽中，不溶性钛网作为阳极，IC载板作为阴极，常温22℃下，接通恒定电流密度1-2.5ASD、每个喷嘴恒定流量0.4-1.5L/min，电镀时间范围：；属于垂直电镀。其中，最优方案为：常温下，恒定电流、恒定喷流、时间70min。

随着电子产品向短、薄、轻、小和高性能方向发展，IC载板正朝着“密”、“薄”、“平”方向快速发展，尤其是“密”逐渐成为主导，使得IC载板所需要的布线密度和孔密度越来越高，其制造过程也越来越复杂。较多研究表明：实现高密度布线最有效的途径之一是增加板上通孔数。因此，通孔电镀填孔技术逐渐成为实现层间互连的核心技术，成为业界研究的重要课题之一。

首先，X型通孔填孔工艺要求孔填镀后，盲孔的凹陷值(dimple值是指盲孔孔内所沉积的铜厚度相对于测试板表面上沉积的铜层表面的凹陷值大小来进行评估；dimple值在正数范围内越接近0说明铜电镀液和其中的整平剂化合物的填孔能力越好。若X型通孔孔内所沉积的铜凸出于测试板表面上的铜层表面，则dimple表示为负数)要尽量小，孔内无空洞或裂缝等缺陷；另一方面，随着IC载板线宽线距要求越来越细，为确保线路制作良率和减少后续蚀刻、减铜成本和难度，需要在实现X型通孔填镀的基础上，尽可能地降低面铜厚度。

目前，为满足上述填孔效果，产业上主要是通过设计较为复杂的填孔工艺，或者通过在镀液中加入有机电镀添加剂实现。然而，复杂的填孔工艺无疑增加了产业化成本、品质和管控难度也较大，不是一种较好的解决方法，而现有的有机电镀添加剂基本只能实现X型通孔的正常填镀，并不能同时兼顾控制面铜厚度的功能。另外，也有采用三步法填X型孔通常，但其采用低中高的电流密度参数进行电镀，效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法，它电镀工业中的三个步骤分别采用高低中的电流密度顺序，并配合低高低的喷流。

为了实现上述发明目的，本发明的一种用于IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法包括除油步骤、酸洗步骤和电镀步骤，其中，所述电镀步骤包括如下步骤：

S1：高电流密度电镀，采用低喷流；

S2：低电流密度电镀，采用高喷流；以及

S3：中电流密度电镀，采用低喷流，

并且，所述电镀步骤所用电镀药水为：硫酸铜/硫酸,光亮剂,整平剂,湿润剂。

进一步，所述电镀药水的组分比例为：硫酸铜/硫酸：250/35g/l,，光亮剂1ml/l,，整平剂4.5ml/l,，湿润剂14ml/l。

进一步，所述高电流密度为2-3ASD,所述中电流密度为1.5-2ASD，所述低电路密度为1-1.5ASD。

进一步，所述高喷流为1.5-2.5L/min/nozzle，所述中喷流为1-1.5L/min/nozzle，所述低喷流为0.4-1L/min/nozzle。

进一步，所述S1步骤的喷流时间为30-40min,所述S2步骤的喷流时间为为15-20min,所述S3步骤的喷流时间为15-20min。

再进一步，所述S1步骤的喷流时间为35min,所述S2步骤的喷流时间为为17.5min,所述S3步骤的喷流时间为17.5min。

进一步，所述低喷流和所述高喷流的喷流方式为侧喷。

本发明人通过研究和不断实验，得到了本发明的IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法，由于在电镀过程中采用的S1、S2、S3三个电镀步骤采用不同的电流密度和低高低喷流强度相互配合，使得IC载板填X型通孔的电镀效果良好，能够满足产业需求，达到了较好的技术效果。

附图说明

图1为现有的IC载板填X型通孔的电镀铜方法得到的IC载板填X型通孔的效果图。

图2是本发明提供的IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法得到的IC载板填X型通孔的效果图。

图3-图6是本发明提供的IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法的IC载板填X型通孔的相应的过程图。

图7是现有的三步法IC载板填X型通孔的效果图。

具体实施方式

下面对本发明的内容及其特征进行详细的描述。

目前IC载板在芯层(板厚度)＜100um厚度时，大多使用直流酸铜溶液进行电镀，电镀步骤为除油、酸洗和电镀。其中，除油是除去铜表面的油脂和铜面氧化物，酸洗是5％稀硫酸防止铜氧化。有时也可以在进行水洗烘干，但不是必要步骤。其中，酸洗包括水洗和酸浸，是防止铜面氧化。但是当芯层厚度＝200um时，给X型通孔(＜0.2mmT)填孔带来了巨大的挑战，而空洞问题是其中一个最明显的问题。

本申请发明人经过深入的对IC载板X型通孔填孔的工艺参数进行了深入研究并经过大量实验，根据X型通孔填孔形成过程的主要三个阶段的特点，分别采用相应的工艺参数如电流密度、喷流(强度)进行分阶段电镀(参见下表1)，最终能得到更薄的面铜，其凹陷值＜5μm，且有着更好的线路轮廓和更低的R值的电镀面铜产品，能达到200/80um X-via孔薄面铜，无或小空洞，低凹陷以及良好线路轮廓率和R值。

表1

其中，在本领域中，通常高电流密度范围为：2-3ASD；中电流密度范围为：1.5-2ASD；低电流密度范围：1-1.5ASD，其中，ASD为安培每平方分米。高喷流范围为：1.5-2.5L/min/nozzle(升/分钟/喷嘴)；中喷流范围为1-1.5L/min/nozzle；低喷流范围为0.4-1L/min/nozzle，其中，L/min/nozzle。

在本发明的一种用于IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法中，所述电镀步骤包括如下三个步骤：

S1：采用2-3ASD的高电流密度电镀，采用0.4-1L的低喷流侧喷；高电流密度为2-3ASD,所述中电流密度为1.5-2ASD，所述低电路密度为1-1.5ASD，并且喷流时间为30-40min(分钟)，较佳地为35min。

S2：采用1-1.5ASD的低电流密度电镀，采用1.5-2.5L的高喷流侧喷，并且喷流时间为15-20min，较佳地为17.5min；以及

S3：采用1.5-2ASD的中电流密度电镀，采用0.4-1L的低喷流侧喷，并且喷流时间为15-20min，较佳地为17.5min。

所述电镀步骤所用电镀药水为：硫酸铜/硫酸：250/35g/l,，光亮剂1ml/l,，整平剂4.5ml/l,，湿润剂14ml/l。药水生产厂商麦德美，市场销售的型号为SYSTEKMV400。

对比实例：

图1是采用现有的单步法(一步法)得到的IC载板填X型通孔电镀铜方法得到的两个填孔外形特征图(对比例1)。参见下表2，该对比例1的一步法的工作参数为：电流密度为2.0ASD(时间：70分钟)，喷流强度为0.8L/min/nozzle(参见表1)。图1中的X型孔有较大的空洞，由于一步法时电流密度保持恒定，喷流也保持恒定，起初由于电流密度为2.0ASD,造成桥接速度偏慢，在桥接完成后形成深盲孔时，电流密度2.0ASD又太高，喷流太弱从而在深盲孔内会形成较大空洞(具体技术效果参数参见下表3)。

图2是使用本发明的三步法得到的IC载板填X型通孔电镀铜方法(实验例)得到的两个填孔外形特征图。参见下表2和3的实验例，该三步法的电流密度分别为高低中顺序，喷流分别为低高低顺序，具体工作参数为：电流密度S(2.5ASD)+S2(1.0ASD)+S3(1.5ASD),工作时间：S1(35min)+S2(17.5min)+S3(17.5min)；喷流S1(0.5L/min/nozzle)+S2(1.6L/min/nozzle)+S3(0.4L/min/nozzle)。图2显示该方法的两个X型孔电镀后无空洞(具体技术效果参数参见下表3)。

图3、图4、图5、图6为使用本发明的三步法电镀在第17.5min,、第35min，第52min和第70min时间的四个阶段时填孔情况。通过这些图可以看出，使用本发明的三步法电镀填孔，本发明使用的三部法能达到无空洞的良好技术效果。而且，也进一步验证了本发明人通过实验和研究得到的上述表1所显示的本发明三步法电镀的填孔过程，该填孔过程，实现了无空洞的显著的且意想不到的技术效果，这也是本领域技术人员步经过向本发明的发明人这样的创造性劳动是得不到的。。

参见图7，该图的两个图是现有的三步法的电镀(对比例2)，但电流密度采用的是低中高(参见表2和表3中的对比例2)，具体工作参数为：电流为低中高，电流S1(1.4ASD)+S2(2.0ASD)+S3(2.4ASD),时间S1(35min)+S2(17.5min)+S3(17.5min),喷流强度：0.8L/min/nozzle，采用恒定喷流。由于第一步S1的电流密度低，未能起到良好桥接效果，因此，在35min内难以完成X型孔内桥接，进而影响后续的填孔能力，造成dimple(窝)较大的问题，也会产生一定的空洞(具体技术效果参数参见下表3)。

表2对比例与实施例1工艺参数对比

表3对比例1和2与实施例1效果对比

通过上述的表2和表3的对比试验以及图1到图7的实际实验测试结果图，可以发现，与现有技术相比，采用本发明提供的一种用于IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法多限定的独特的三部低中高电流密度，以及与每一步电镀电流密度向匹配的低高低喷流强度，最后得到的IC载板填X型通孔电镀铜更薄，其凹陷值＜5μm，且有着更好的线路轮廓和更低的R值的电镀面铜产品，能达到200/80um X-via孔薄面铜，无或小空洞，低凹陷以及良好线路轮廓率和R值，达到了显著的技术效果，从而进一步证明了本发明提供的一种用于IC载板填X型通孔的三步电镀铜方法具有突出的实质性特点和显著的进步。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。