电化学（中英文）

第28卷第7期封面和目次

2022, 28(7): 0-0.

摘要 ( 213 )

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相关文章 | 计量指标

硅通孔内铜电沉积填充机理研究进展

孙云娜, 吴永进, 谢东东, 蔡涵, 王艳, 丁桂甫

2022, 28(7): 2213001. doi:10.13208/j.electrochem.2213001

摘要 ( 968 )

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上海交通大学多元兼容集成制造技术团队针对TSV互连的深孔填充电镀难题, 借助有限元软件和任意拉格朗日-欧拉算法, 完成了方程组的数值解算, 实现了TSV填充模式的数值仿真。利用有限元和任意拉格朗日-欧拉算法分析了盲孔的填充机制, 通孔的蝴蝶形式的电镀填充过程, 以及不同深宽比孔的同时填充模式,并利用仿真数据进行了样品的研制及参数优化。分析了电镀的电流密度和热处理温度对电镀填充TSV-Cu的力学属性的影响。通过原位压缩试验研究了电流密度对TSV-Cu的力学性能和显微组织的影响。利用单轴薄膜拉伸试验分析了热处理工艺对TSV-Cu材料属性的影响。结果表明, 随着热处理温度的升高, TSV-Cu的断裂强度和屈服强度明显下降, 杨氏模量呈波纹状变化但变化趋势缓慢。基于上述研究结果, 研究了热失配应力所导致的互连结构热变形机制, 通过自主搭建的原位测试系统,实时观测TSV-Cu随温度变化而产生的变形大小,以研究影响TSV-Cu互连热应力应变的规律。结果表明, TSV-Cu 的热变形过程分为弹性变形阶段、类塑性强化阶段以及塑性变形阶段。

电子功能外延薄膜的电沉积

黄葵, 黄容姣, 刘素琴, 何震

2022, 28(7): 2213006. doi:10.13208/j.electrochem.2213006

摘要 ( 873 )

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电沉积作为一种在温和条件下从溶液中合成材料的技术已被广泛应用于在导体和半导体基底表面合成各种功能材料。电沉积一般由人为施加于基底的电刺激（如：施加电位/电流）来触发。这种电刺激通过氧化或还原靠近基底表面的溶液层内部的离子、分子或配合物从而使该溶液层偏离其热力学平衡状态,随后引起目标产物在基底表面的沉积。在电沉积过程中, 许多实验参数都可能从不同的方面对沉积物的物化性质造成影响。迄今为止,已通过电沉积制备出多种单质（包括金属和非金属单质）、化合物（例如：金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物等）以及复合材料。电沉积制备的这些材料大多为多晶、织构或外延薄膜的形式。其中, 外延薄膜是一种具有特定的面外和面内晶体生长取向且其晶体取向受基底控制的类单晶薄膜。由于外延薄膜中高度有序的原子排列,它们常呈现出独特的电磁性质。本文总结了常见的电沉积合成路线及影响沉积物外延生长的关键实验因素。此外, 本文简要介绍了用于表征外延薄膜的技术。最后, 本文还讨论了一些采用电沉积制备的具有特殊电子、电磁及光电特性的功能外延薄膜。

化学镀钴和超级化学镀填充的研究进展

沈钰, 李冰冰, 马艺, 王增林

2022, 28(7): 2213002. doi:10.13208/j.electrochem.2213002

摘要 ( 1069 )

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随着半导体集成度的不断提高,铜互连线的电阻率迅速提高。当互连线宽度接近7 nm时,铜互连线的电阻率与钴接近。IBM和美国半导体公司（ASE）已经使用金属钴取代铜作为下一代互连线材料。然而,钴种子层的形成和超级电镀钴填充7 nm微孔的技术工艺仍是一个很大的挑战。化学镀是在绝缘体表面形成金属种子层的一种非常简单的方法, 通过超级化学镀填充方式, 直径为几纳米的盲孔可以无空洞和无缝隙的方式完全填充。本文综述了化学镀钴的研究进展,并分析了还原剂种类对化学镀钴沉积速率和镀膜质量的影响。同时, 在长期从事超级化学填充研究的基础上, 作者提出了通过超级化学镀钴技术填充7 nm以及一下微盲孔的钴互连线工艺。

PCB酸性蚀刻液中缓蚀剂对厚铜线路制作的影响

王小丽, 何为, 陈先明, 曾红, 苏元章, 王翀, 李高升, 黄本霞, 冯磊, 黄高, 陈苑明

2022, 28(7): 2213007. doi:10.13208/j.electrochem.2213007

摘要 ( 1155 )

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以2-巯基苯并噻唑(2-MBT)、苯并三氮唑(BTA)和苯氧基乙醇(MSDS)作为缓蚀剂, 研究了其加入在酸性蚀刻液后对PCB厚铜线路的缓蚀效果。通过接触角测试、电化学测试和蚀刻因子得出缓蚀状态,并结合扫描电子显微镜观察铜表面形貌。通过分子动力学计算和量子化学模拟分析缓蚀剂在铜表面的吸附机理。结果表明,2-MBT + MSDS与BTA + MSDS的分子结构可有效地平行吸附在铜表面,且吸附能高于单一缓蚀剂。加入了2-MBT + MSDS的蚀刻液,对厚度约为33 μm铜线路进行刻蚀,铜线路的蚀刻因子提高到6.59,可有效应用于PCB厚铜线路制作。

电沉积纳米锥镍的生长机理及其性能的研究

倪修任, 张雅婷, 王翀, 洪延, 陈苑明, 苏元章, 何为, 陈先明, 黄本霞, 续振林, 李毅峰, 李能彬, 杜永杰

2022, 28(7): 2213008. doi:10.13208/j.electrochem.2213008

摘要 ( 780 )

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本文通过恒电流沉积法在柔性覆铜基板上制备了具有纳米锥阵列结构的黑色镍层,制备的纳米锥镍的底部约为200 nm, 高度约为1 μm,且大小均一,分布致密。本文探讨了镍电沉积中电流密度和主盐浓度对纳米锥镍结构形貌的影响,结果表明低电流密度和高主盐浓度有利于纳米锥镍的形成。电沉积过程中保持镍离子的供应充足是锥镍结构产生的关键因素之一, 而高电流密度会影响镍离子浓度的浓差极化,从而影响锥镍的成核过程。温度、主盐浓度以及结晶调整剂的变化会导致镍颗粒的形貌发生圆包状和针锥状结构的相互转化。温度升高具有一定的细化晶粒作用,锥镍结构需要在大于50 ^oC的条件下生成。结晶调整剂能够改变沉积过程中的晶面择优生长,且可以调控镍晶粒的形貌,使得生成的锥结构分布均匀, 颗粒细致。结果表明,在4.0 mol·L^-1 NH₄Cl和1.68 mol·L^-1 NiCl₂·6H₂O体系中沉积出分布均匀的纳米锥镍阵列结构。本文利用氯化铵作为纳米锥镍的晶体改性剂,通过分子动力学模拟理论上分析了NH₄⁺在镍表面的吸附过程。计算结果表明镍不同晶面上NH₄⁺吸附能的差异引起各晶面镍沉积速率的差异, 从而导致纳米锥镍阵列的形成。本文呢进一步结合形貌表征,提出了纳米锥镍阵列的电沉积生长的两步生长机理,包括前期的成核生长和后期的核生长过程,前期成核过程为优势生长,生成大量的晶核, 为锥镍的生长提供了生长位点,而后期的核生长过程表现为锥状镍核的择优生长, 最终形成完整均匀的锥镍阵列结构。本文制备的纳米锥镍结构还具有优异的亲水性和良好的吸光效果, 对于近紫外和可见光的吸收率大于95%, 具有较好的应用前景。

特殊整平剂甲基橙在通孔电镀铜的应用

徐佳莹, 王守绪, 苏元章, 杜永杰, 齐国栋, 何为, 周国云, 张伟华, 唐耀, 罗毓瑶, 陈苑明

2022, 28(7): 2213003. doi:10.13208/j.electrochem.2213003

摘要 ( 1125 )

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甲基橙具有两种基团,可以同时起到加速和抑制作用,可作为特殊的整平剂应用与通孔电镀铜实验中。通过分子动力学模拟和量子化学计算来表征甲基橙在通孔电镀铜中的作用,结果表明甲基橙可以很好地吸附在阴极表面并抑制铜的电沉积。通过恒电流测试和循环伏安测试结果显示, 甲基橙由于同时具有磺酸基的去极化和其分子结构部分的极化作用, 形成协同分子内对铜加速还原和阻碍传质的竞争效应, 所以几乎不影响电位。在板厚孔径为10:1的通孔电镀铜实验中, 仅以甲基橙和环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物作为添加剂, TP值可达到92.34%。

亚硫酸盐无氰电沉积金新工艺及机制

杨家强, 金磊, 李威青, 王赵云, 杨防祖, 詹东平, 田中群

2022, 28(7): 2213005. doi:10.13208/j.electrochem.2213005

摘要 ( 968 )

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直接以氯金酸作为主盐、羟基乙叉二膦酸（HEDP）作为镀液稳定剂和镀层细化剂、结合添加剂, 组成亚硫酸盐无氰镀金新工艺; 研究镀液稳定性、镀层形态及金电沉积机制。结果表明, HEDP可明显提升镀液稳定性;不含HEDP的亚硫酸盐镀金液中, 镀层呈棒状晶粒并随沉积时间延长而逐渐生长,导致镀层外观随镀层厚度增加由金黄色转变为红棕色。镀液含有HEDP时, 金晶粒形态由棒状转变为棱锥状, 且棱锥状晶粒随沉积时间延长生长速率较小, 镀层厚度为1 μm时仍呈现金外观。电化学实验表明金电沉积不经历成核过程。

高均匀性的铜柱凸块电镀

谭柏照, 梁剑伦, 赖子亮, 罗继业

2022, 28(7): 2213004. doi:10.13208/j.electrochem.2213004

摘要 ( 1563 )

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随着电子产品的小型化、多功能化和高性能化的发展,促使着2D集成封装向2.5D或3D集成封装发展。铜柱凸块电镀是晶圆级三维封装的关键基础技术之一。本文研究了铜柱凸块的电镀均匀性与添加剂浓度、镀液对流、电流密度和电镀设备之间的影响规律。研究结果表明, 添加剂浓度、镀液对流以及电流密度对单个铜柱凸块的平整度影响较大,而对铜柱凸块高度的均一性影响较小。相反,电镀设备对铜柱凸块的高度均一性的影响较大, 而对铜柱凸块的平整度影响较小。在三种有机添加剂中, 整平剂对铜柱凸块的平整度影响最大, 随着镀液中整平剂浓度的增加,铜柱凸块顶部形状由凸起、变为平整、再转变为凹陷。电镀液的单向对流会导致所沉积铜柱凸块形貌发生倾斜。高的电流密度会导致凸顶的铜柱凸块形貌。精密设计的电镀设备可以提高晶圆上电流密度分布的均匀性, 继而大幅提高电镀铜柱凸块的共面性。本文的研究结果可为铜柱凸块的电镀优化提供指导。

征稿简则

2022, 28(7): 1-3.

摘要 ( 197 )

PDF (401KB) ( 124 )

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