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杜邦新世代圖形電鍍藥水適用於mSAP以及SAP製程

  • 周建勳

隨5G的發展,半導體產業和印刷線路板的新技術開發將不斷推向更高的水準。杜邦

隨著5G的發展以及AI的廣泛應用於日常生活,整個半導體產業和印刷線路板的新技術開發不斷的被推向更高的水準,特別是將高密度互聯通路製造應用於小型化、高級封裝和高性能這三個平台。

其中推動技術革新的引擎之一就是移動設備小型化,而這需要通過細線路製造來滿足設計要求,但是,在細線路的電鍍上,銅厚均勻性一直是一個持續的挑戰;除此之外,用於類載板PCB(SLP)的改良型半加成法製程(mSAP)和IC載板的半加成法製程(SAP)的銅電鍍製程中,還必須同時滿足盲孔的填充。

(圖一)數值模擬示意圖。杜邦

(圖二)新型電鍍添加劑機制。杜邦

(圖三)不同特徵下皆有穩定的填孔表現。杜邦

(圖四)新型電鍍添加劑銅沉積結構EBSD結果。杜邦

因此杜邦研發團隊致力於持續開發創新的銅電鍍添加劑來實現良好的圖形均勻性於電化學銅沉積並且保證穩定的填充盲孔表現,以滿足類載板PCB(SLP)和IC載板未來的市場需求。

具備優良穩定的填孔能力以及圖形均勻性表現

銅電鍍液主要包括無機和有機兩大類組分。無機組分包括銅硫酸鹽、硫酸、和氯離子;有機添加劑主要由光亮劑(Brightener)、載運劑(Carrier)和整平劑(Leveler)組成。

光亮劑通常是含硫小分子,作為加速電鍍劑,光亮劑擴散到盲孔內部並加速盲孔底部的銅沉積生長;載運劑為大分子量的聚合物,吸附在銅表面,減少電鍍銅在表面的沉積速率;整平劑則通常是含氮的帶電聚合物,通過吸附在高電流密度區域(譬如:盲孔口尖角位置)來有效抑制該位置電鍍銅的沉積速率,防止包芯產生,達到填孔及平整表面的效果。

有機添加劑協同作用於包括銅表面、盲孔內等不同繪圖區域,通過差異化的抑制效果來實現無包芯填孔,以及達到優異的圖形均勻性。杜邦公司提供二種不同電鍍藥水Microfill LVF-VI及Microfill SFP-II去運用於mSAP以及SAP工藝製程。

在圖形電鍍中,圖形設計的不同造成電流分佈差異極大,增加了電鍍的難度,進而導致整體圖形均勻性不佳。杜邦研發團隊透過系統化的實驗設計以及搭配COMSOL Multiphysics作為多維度數值模擬不同圖形之間的電流分佈以及銅離子濃度在電鍍過程中受電場和流場影響下的傳質狀態(圖一),成功開發出具有最優化的添加劑選擇及濃度,大幅改善圖形電鍍均勻性不佳的問題,特別是發現降低氯離子濃度可以有效減少氯離子及載運劑在細線路的抑制作用,使其不易擴散進入細線路區域,藉此透過提高超細線路區(10/10µm)的鍍厚,滿足未來細線路金屬化的市場需求(圖二)。

適用於盲孔、X型孔的多變化應用

研發測試結果顯示開發的新型藥水,可滿足不同特徵的填孔需求,包括盲孔以及X型孔填孔。(圖三)圖示中顯示在孔徑65-90 μm下的盲孔上以及在不同規格的X型孔上,皆可展現出穩定的填孔表現,無包芯及漏填等缺陷。

均勻分布的沉積銅晶粒大小有利於抗蝕刻表現

mSAP製程的另一個大挑戰是針孔缺陷(Pitting)。在快速蝕刻步驟產生的針孔會嚴重影響最終產品的可靠性,新型電鍍添加劑的開發追求可以被均勻蝕刻的電鍍銅,同時保持優異的填孔能力和精細的細線路解析度。

杜邦研發團隊透過掃描電鏡(SEM)及電子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction;EBSD)的方法來研究電鍍銅沉積的晶格結構,找出影響針孔形成的主要因素,並開發出相較於傳統添加劑具有較均勻分布的沉積結晶大小(圖四),有助於抗蝕刻的表現,減少針孔的形成,大幅提升產品可靠性。

參考文獻[1] Zhang, Zhengwei, et al. Applied Surface Science 396 (2017) 746-753