自上而下填充铜

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1、电镀铜工作电极在两钟旋转速度下自下而上填充的潜在差异研究陆旭斌，龙杰尧，任少军，王增林应用表面与胶体化学，教育部，化学与化工学院，陕西师范大学，西安710062，重点实验室摘要：为了实现一个具有最小表面，含有聚醚三嵌段共聚物的添加剂体系的自下而上镀铜填充，环氧乙烷的终端嵌段称为EPE，作为抑制剂，双（3-磺丙基）二硫化物（SPS）作为促进剂，烟鲁绿B（JGB）作为匀染剂，Cl用于恒电流测量法和横截面在光学显微镜观察下观察了自下而上填充。该EPE-8000不仅对电镀铜反应有较强的抑制作用，而且比PEG-8000

2、铜电镀液对JGB和Cl有更强的强制对流。由铜工作电极的两个不同的旋转速度下获得的电势差由恒电流测量电极达到20阳性毫伏与另外EPE-8000并比用添加PEG-8000（约12毫伏）的高得多，这导致了最小表面铜厚度的高填充性能。SPS，JGB，和Cl等添加剂在电位差和自下而上填充行为的效果进行了详细研究。在添加EPE-8000后，电镀铜溶液的填充性能被提高了，在表面上沉积的铜膜厚度减小了，而且四个添加剂的应用范围广泛加大了。关键词：自下而上填充、电镀铜、恒电流测量、填充性能1.介绍铜由于其低电阻，较高的允许电流

3、密度，并且相比铝[2]增加了可扩展性，已经被应用作为超大规模集成制造（ULSI）电路[1]和印刷电路板（PCB）的互连材料。铜金属化工艺是基于电镀，四个用于无填充电镀铜的重要添加剂已经被广泛报道。这四种添加剂分别是是抑制剂，如聚乙二醇（PEG），促进剂，如SPS，匀染剂，如BTA或JGB和Cl,如在NaCl或HCl的形式[3-6]。据超级填充机理，所述抑制剂与促进剂会在电镀期间建立协同作用。该抑制剂主要作用于板面，而促进剂主要作用于通孔的底部。抑制器和促进剂在铜表面发生的竞争吸附与某些物理因素相关联，并强制镀

4、液对流[10-13]。抑制器和促进剂之间的化学吸附竞争力已经被证明依赖于强迫对流强度[14-16]。添加剂的对流依赖吸附特征在于铜沉积恒流测量（GMS）一个铜旋转圆盘电极的两个不同转速下进行[5,17,18]。如果铜-RDE的过电势以缓慢的转速比在一个较快的速度下获得的更少，镀液必须表现出良好的填充性能。各种PEG-8000和促进剂之间的竞争吸附的特征是转基因的方法，以及两个极化曲线之间电位差（DG）在呈正相关的填充性能[5,17,18]。随着电子产品的开发，互连线变得越来越好。当直径65-100lm通孔充满

5、了电镀铜溶液与PEG-SPS-JGB-CL的添加剂系统，在衬底的表面上沉积约20-25lm厚度的铜膜[4-7,19]。过厚的铜膜通过表面刻蚀处理被除去，这不仅增加了成本，而且还降低电子产品的稳定性。因此，研究和发展自下而上铜填充和最小的表面铜厚的电镀铜溶液变得非常必要。2.实验许多微孔的PCB片段作为电镀样品。PCB片段的尺寸为2〜4厘米。微孔的直径是大约为100lm。微孔深度和宽度分别约为55lm和为100lm。PCB片段在电流密度为1.5A/DM的电流中电镀25分钟。电镀中通过不断搅拌以确保连续流动的空气

6、流速达到0.25升每分钟。电解质的组成为0.88摩尔/升五水硫酸铜，0.54mol/L的H2SO4，200ppm的EPE-8000，40ppm的氯，3ppm的JGB，和3ppm的SPS。在这项工作中所用的添加剂为聚乙二醇（PEG），其分子量8000克/摩尔（Fluka公司），PEG和PPG的嵌段共聚物，乙烯氧化接线端子称为具有不同分子量（2000-20,000克/摩尔）EPE（BASF公司）。电镀液的温度保持在25℃。各种电镀的填充性能定义公式由（H1/H3）由图1说明。该填充性能是按照电镀微孔横截面而估计，

7、这是一个由光学显微镜（OM）（DMM-220℃）获得的图像。所有添加剂的电化学分析均在一个装有100mL的电解质溶液的玻璃容器作为三电极电化学工作站（CHI660d，上海，中国）中进行。电解质溶液的温度再电化学分析过程中维持在25度。为调查铜旋转圆盘电极（铜-RDE）对微孔填充特性的效果，直径5毫米EPE用作工作电极。对置电极是一个小的铂片放置在含有碱电解液的小圆筒型电池，并且参比电极是饱和硫酸亚汞电极（SMSE）。恒流测量（GM）进行分析EPE的效果对电解液的阴极极化铜沉积。GM进行了实验，在25C，电流密

8、度固定为1.5A/DM。各种电镀公式的填充性能被按照文献中定义[17]。3.结果分析3.1电镀铜沉积EPE分子量（Mw）对抑制功能的影响为了实现一个自下而上填充具有最小表面铜膜的印刷电路板的厚度，抑制剂应该比PEG-8000有较强的抑制作用。Gallaway报道，普鲁兰尼克三嵌段共聚物，环氧乙烷接线端子称为珍珠棉（EPE结构如图2），显示了电镀铜溶液为亚微米孔时较强的抑制，自下而上填充的PO重复单元