CN119800280B - 一种用于微孔内壁镀膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微孔内壁镀膜的方法，涉及微电子封装技术领域，包括以下步骤：第一阶段，工件与离子源相对放置，开启非对称双极性脉冲电源，同时开启离子源和电子枪电源，开始沉积金属层；第二阶段，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，同时增大电子枪电流；第三阶段，进一步加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，加速沉积，金属膜厚度满足电镀要求，镀膜结束，微孔上下端口电阻降低至200Ω以下。离子源和电子枪提供的中性等离子体，叠加非对称双极性脉冲偏压电源，通过电子—离子耦合效应，解决了微孔内镀层附着力和覆盖率不足的技术问题，提升孔内膜层质量，实现表面和孔内金属一体化。

Description

一种用于微孔内壁镀膜的方法

技术领域

本发明涉及微电子封装技术领域，具体涉及一种用于微孔内壁镀膜的方法。

背景技术

基板垂直互联技术是一种封装基板或PCB印制板的先进电气互联技术，这种技术应用领域广泛，包括但不限于电子制造、通信设备、计算机硬件、医疗设备等。基板垂直互联技术需要在玻璃基或其他有机材料等非金属基的通孔内镀铜，实现基板上下电路连通。基板垂直互联技术的优点在于对封装结构进行系统重构，提升功能密度，缩短互联长度提高集成度，减少信号传输延迟，因此是现代电子封装技术和产品设计不可或缺的重要技术。伴随三维封装和异构集成等技术的发展，基板通孔的深径比越来越大，需要开发新的微孔内壁镀膜技术，提高微孔侧壁镀层的覆盖率和附着力，满足高深径比AR＞10:1内孔侧壁镀膜需求。

现有的微孔金属化技术主要有PVD技术、CVD技术及化学镀、电镀技术等。对于不同材质基板的通孔内壁金属化需求，PVD技术的磁控溅射和电弧离子镀技术适配度高，通过磁场和电场与离子束的结合，镀膜质量和均匀性、覆盖率可满足大部分需求。伴随基板表面通孔孔径变小，尤其是非金属材质的基板，在镀膜时孔口外表面电荷积累引起的静电屏蔽，阻止离子进入通孔内部，孔口处镀层过厚，孔内侧壁镀层覆盖率和附着力降低，后期填实容易在通孔内产生空洞或夹口等缺陷。通过辅助磁场和电场与离子束的结合，以上问题有所改善，但伴随着基板的通孔孔径继续变小，深径比更高，由6:1、8:1提升到10:1、15:1、20:1，甚至50:1，特别是在处理绝缘材料，即玻璃基或有机材料等非金属基基板时，这一问题尤为凸显。

目前，深径比在10:1以上的微孔内壁沉积金属，采用的常用方法是化学镀、电镀技术、CVD技术和原子层沉积技术（ALD）。对于非金属基板，化学镀、电镀的方法制备金属种子层过程中溶液不好保存，易被外来杂质污染，产生的废水处理成本高，不符合当前绿色环保的技术发展要求。采用CVD技术在微孔内壁实现金属层沉积，需要在一定的反应温度下进行，适用于耐温的玻璃基板，但不适用于不耐温的有机材料基板。ALD具有很好的三维保形性，但沉积速率慢，且也需要在一定的反应温度下进行，对于耐温低且表面平整度要求高的有机材料基板不适用。利用毛吸效应的金属熔融或熔断，金属铜液流入微孔内的技术方案同样存在工艺温度过高，有机材料耐温特性不匹配的问题。其次，需要解决的问题是更高深径比的通孔沉铜技术。现有通孔沉铜技术受限于孔内离子的输运特性和能量的严重损失，在孔侧壁的覆盖率和附着力不足，后期工作过程中有脱落风险，会导致芯片连接失效，降低工作可靠性，也需要研发新型通孔沉铜技术，提高微孔内侧壁镀层的附着力和覆盖率。

后摩尔时代高性能、高密度和高可靠性的芯片需求尤为迫切，芯片基板无论作为中介层、IC载板或者印制电路板，基板通孔的深径比更大、排布密度更高、可靠性要求更稳定。目前，玻璃基和有机材料等非金属基板，仍然存在高深径比微孔内壁镀层覆盖率低和附着力差的问题。

发明内容

针对当前玻璃、有机等不同耐温特性的非金属材料基板在高深径比微孔内壁镀层时存在的覆盖率低和附着力差的问题，本发明旨在提出一种微孔内壁镀膜的新方法。该方法有效克服了非金属基板表面及孔口处电荷累积所形成的静电屏蔽效应，以及同种电荷离子束散角问题，从而显著提升了微孔内镀层的附着力和覆盖率。此外，该方法还解决了在处理具有高深径比的通孔时，通孔上下端口镀层无法连续贯穿的技术难题。

本发明通过下述技术方案实现：

本申请提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，包括以下步骤：

镀膜第一阶段：首先开启非对称双极性脉冲电源，然后同时开启离子源和电子枪电源，在基板表面和微孔内部覆盖金属层，整体为弱导电性时，镀膜进入第二阶段；

镀膜第二阶段：加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，同时增大电子枪电流，表面和微孔内部导电性进一步提升后，镀膜进入第三阶段；

镀膜第三阶段：进一步加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，加速沉积，金属膜厚度进一步增长，电阻降低至200Ω以下。

其中，该镀膜方法通过真空镀膜装置实现，该装置主要包括真空腔室、离子源、电子枪、非对称双极性脉冲电源和工件台。基板作为工件，放置在工件台上正对离子源，工件台选用不锈钢材质制作。电子枪放置在靠近工件台的区域，确保工件浸没在电子枪的电子发射区，保障工件表面能够获得中性离子束。

利用非对称双极性脉冲电源。其两极（A极和B极）分别连接工件和真空室壁。通过调整非对称双极性脉冲电源的正负脉冲工作脉宽和工作电压，可以针对高深径比的通孔，实现孔内膜层有效沉积。

该方法采用电子枪和非对称双极性脉冲电源复合技术进行绝缘材料表面微孔内壁金属层沉积。通过配置电子枪，提供电子束中和成膜离子束，获得中性等离子体，消除绝缘材料表面电荷积累和离子束同性电荷粒子的束散角，从而解决了传统电沉积和物理气相沉积方法在处理绝缘材料时，由于电荷积累形成的静电场引起的阻止离子进入通孔内部的问题，和同性电荷间的束散角对离子束的平行性的影响，提高孔内离子密度和能量，改善镀膜的附着力和覆盖率。叠加非对称双极性脉冲偏压，针对不同深径比的通孔，调制双极性脉冲电源的正负脉冲工作脉宽和工作电压，实现了对通孔内壁分阶段沉积。实施不同的正负脉冲脉宽和电压，通过电子、离子的耦合作用，导引离子进入微孔内，进一步提高镀层附着力和覆盖率。同时还解决了在处理高深径比的通孔时，通孔的上下端口膜层无法贯穿的技术问题。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第一阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为100V~300V，脉冲宽度为20μs ~100μs；

正脉冲：工作电压为10~20V，脉冲宽度为20μs ~60μs。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第一阶段，电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.0倍以上，优选为1.0~1.5倍。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第一阶段的镀膜时间为5min~10min。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第二阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为600V~800V，脉冲宽度为300μs ~400μs；

正脉冲电压和脉宽与镀膜第一阶段相同。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第二阶段，电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.5倍以上，优选为1.5~2.0倍。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第二阶段的镀膜时间为10min~30min。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第三阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为900V~1200V，脉冲宽度为400μs ~450μs；

正脉冲：工作电压为20V~80V，脉冲宽度为20μs ~40μs。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第三阶段，电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.5倍以上，优选为1.5~2.0倍。

在某一具体实施方式中，所述镀膜第三阶段的镀膜时间为20min~40min。

在某一具体实施方式中，在镀膜过程中，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不足或过大，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

（1）本发明通过配置电子枪，提供电子束中和成膜离子束，获得中性等离子体，消除绝缘材料表面电荷积累，从而解决了传统电沉积和物理气相沉积方法在处理绝缘材料时，由电荷积累形成的静电场阻止离子进入通孔内部的问题，提高了孔内镀膜的质量。

（2）本发明的中性离子束解决了静电场屏蔽问题和同种电荷离子束束散角问题，叠加非对称双极性脉冲偏压，针对不同深径比的通孔，调制非对称双极性脉冲电源的正负脉冲工作脉宽和工作电压，实现放电等离子体的时空演化，通过正负电荷耦合作用，引导离子深入微孔内部，并给离子加速，提高微孔内离子导入深度和能量，提升微孔侧壁镀层的覆盖率和附着力。与现有技术相比，不需要附加电场或磁场引导等离子体。不同深径比微孔的镀膜工艺需要调控非对称双极性脉冲电源的正负脉冲幅值和脉宽，实现最佳的镀层沉积工艺，微孔侧壁镀层的覆盖率达到100%，解决了深径比大于10:1的微孔内镀膜需求，实现表面和孔内金属一体化。

（3）本发明镀膜时工件温度可控，能够实现低温下金属沉积，适用于对温度敏感的有机材料表面金属膜制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中使用的镀膜装置的结构示意图。

附图标记：

1-真空腔室，2-离子源入射端口，3-工件台，4-工件，5-电子枪，6-非对称双极性脉冲电源。

图2为本发明中实施例1中在厚度450μm的光学玻璃表面直径30μm（深径比15:1）微孔侧壁镀铜样品的断面SEM照片；

图3为本发明中实施例2中在厚度600μm的BT载板表面直径20μm（深径比30:1）微孔侧壁镀铜样品的断面SEM照片；

图4为本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6采用EDS方法测试微孔内铜元素分布时测试点示意图；

图5为本发明中对比例1中在厚度450μm的光学玻璃表面直径30μm（深径比15:1）微孔侧壁镀铜样品的断面SEM照片；

图6为本发明实施例中微孔内壁镀膜的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员能够以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本文中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤（a）和（b），表示所述方法可包括顺序进行的步骤（a）和（b），也可以包括顺序进行的步骤（b）和（a）。例如，所述提到所述方法还可包括步骤（c），表示步骤（c）可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤（a）、（b）和（c），也可包括步骤（a）、（c）和（b），也可以包括步骤（c）、（a）和（b）等。

实施例1

该实施例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，其中，工件为厚度450μm光学玻璃，表面通孔直径30μm，通孔间距30μm，通孔深径比为15:1。

如图1所示为该方法使用的装置图，该装置主要包括真空腔室1、离子源2、电子枪5、非对称双极性脉冲电源6和工件台3。基板作为工件4，放置在工件台3上，工件台3选用不锈钢材质制作。电子枪5放置在靠近工件台3的区域，确保工件4浸没在电子枪5的电子发射区，保障工件4表面能够获得中性离子束。

如图6所示，按照以下步骤进行：

S1、工件安装

首先将清洗烘烤后的工件固定在工件台上。工件正对离子源，电子枪和离子源位于工件上方共同区域，在工件表面获得中性等离子体。非对称双极性脉冲电源两极A极和B极，A极连接工作台，B极连接真空室。

S2、工件镀膜

工件镀膜过程，采取分段镀膜的方法。

S2-1、镀膜第一阶段，工件表面绝缘，首先开启非对称双极性脉冲电源，脉冲电源的工作参数为：设定负脉冲电压300V，脉宽20μs，正脉冲电压20V，脉宽60μs。然后同时开启离子源和电子枪电源。离子源需要具备高离化率，可以是阴极弧离子源，也可以是高功率脉冲磁控溅射离子源，电子枪可以是由空心阴极或其他类型放电方式。电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.2倍。获得充分中和的离子束。中性离子束的电子和离子在非对称双极性脉冲电源的正负电场调制作用下，当施加正脉冲时，电子质量小、运动速度快，在正脉冲作用下快速进入通孔内部，在微孔内形成空间电场，吸引离子向微孔内运动，进而发生电子离子耦合，避免静电屏蔽效应，引导离子深入微孔内部，又在脉冲电源负脉冲作用下与侧壁碰撞沉积成膜，周而复始。在经过5min时间后，镀膜进入第二阶段。

S2-2、镀膜第二阶段，工件基板表面和微孔内部具有导电性时，因为微孔电场效应，微孔内部电场强度较弱，进入的离子密度低于表面，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，提高离子的能量，同时增大电子枪电流为离子流的1.5倍，通过增加电子密度，提高电子-离子耦合作用，增加深入孔内的离子密度。增大负脉冲电压和脉宽分别为600V和300μs，正脉冲电压和脉宽不变。离子获得更高的能量，轰击膜层表面，提高膜层的致密性和附着力。经过10min后，镀膜进入第三阶段。

S2-3、镀膜第三阶段，负脉冲电压和脉宽分别为900V和400μs，加速沉积阶段。正脉冲电压20V，脉宽调整到20μs，电子枪电流调整到离子流的1.5倍。该阶段金属膜厚度进一步增长，经过30min后，镀膜结束。

以上镀膜过程，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，小于200Ω，具有良好的电镀特性，从图2所示的断面照片可见，金属层覆盖率为100%。表1中1#样品微孔内铜元素重量百分比含量分布可见，铜层在微孔内覆盖率为100%。

实施例2

该实施例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，与实施例1不同的是，该实施例的工件为厚度600μmBT载板，表面通孔直径20μm，孔间距20μm，深径比30：1。

镀膜工艺中镀膜第一阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为100V，脉冲宽度为100μs；

正脉冲：工作电压为10V，脉冲宽度为20μs。

如图6所示，按照以下步骤进行：

S1、工件安装

首先将清洗烘烤后的工件固定在工件台上。工件正对离子源，电子枪和离子源位于工件上方共同区域，在工件表面获得中性等离子体。非对称双极性脉冲电源两极A极和B极，A极连接工作台，B极连接真空室。

S2、工件镀膜

工件镀膜过程，采取分段镀膜的方法。

S2-1、镀膜第一阶段，工件表面绝缘，首先开启非对称双极性脉冲电源，脉冲电源的工作参数为：设定负脉冲电压100V，脉宽100μs，正脉冲电压10V，脉宽20μs。然后同时开启离子源和电子枪电源。离子源需要具备高离化率，可以是阴极弧离子源，也可以是高功率脉冲磁控溅射离子源，电子枪可以是由空心阴极或其他类型放电方式。电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.2倍。获得充分中和的离子束。中性离子束的电子和离子在非对称双极性脉冲电源的正负电场调制作用下，当施加正脉冲时，电子质量小、运动速度快，在正脉冲作用下快速进入通孔内部，在微孔内形成空间电场，吸引离子向微孔内运动，进而发生电子离子耦合，避免静电屏蔽效应，引导离子深入微孔内部，又在脉冲电源负脉冲作用下，与侧壁碰撞沉积成膜，周而复始。在经过10min时间后，镀膜进入第二阶段。

S2-2、镀膜第二阶段，工件基板表面和微孔内部具有导电性时，因为微孔电场效应，微孔内部电场强度较弱，进入的离子密度低于表面，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，提高离子的能量，同时增大电子枪电流为离子流的1.5倍，通过增加电子密度，提高电子-离子耦合作用，增加深入孔内的离子密度。增大负脉冲电压和脉宽分别为600V和300μs，正脉冲电压和脉宽不变。离子获得更高的能量，轰击膜层表面，提高膜层的致密性和附着力。经过15min后，镀膜进入第三阶段。

S2-3、镀膜第三阶段，负脉冲电压和脉宽分别为900V和400μs，加速沉积阶段。正脉冲电压20V，脉宽调整到20μs，电子枪电流调整到离子流的1.5倍。该阶段金属膜厚度进一步增长，经过40min后，镀膜结束。

以上镀膜过程，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，小于200Ω，具有良好的电镀特性。从图3所示的断面照片可见，金属层覆盖率为100%。表1中2#样品微孔内铜元素重量百分比含量分布可见，铜层在微孔内覆盖率为100%。BT板未发现明显翘曲和变形，该方法满足有机基板在金属化过程中的低温沉积要求。

实施例3

该实施例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，与实施例1不同的是，工件为480μm厚度玻璃，孔径为40μm，孔间距40μm，深径比为12:1。

该实施例的镀膜工艺中镀膜第二阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为800V，脉冲宽度为300μs；

正脉冲电压和脉宽与镀膜第一阶段相同。

如图6所示，按照以下步骤进行：

S1、工件安装

首先将清洗烘烤后的工件固定在工件台上。工件正对离子源，电子枪和离子源位于工件上方共同区域，在工件表面获得中性等离子体。非对称双极性脉冲电源两极A极和B极，A极连接工作台，B极连接真空室。

S2、工件镀膜

工件镀膜过程，采取分段镀膜的方法。

S2-1、镀膜第一阶段，工件表面绝缘，首先开启非对称双极性脉冲电源，脉冲电源的工作参数为：设定负脉冲电压300V，脉宽20μs，正脉冲电压20V，脉宽60μs。然后同时开启离子源和电子枪电源。离子源需要具备高离化率，可以是阴极弧离子源，也可以是高功率脉冲磁控溅射离子源，电子枪可以是由空心阴极或其他类型放电方式。电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.2倍。获得充分中和的离子束。中性离子束的电子和离子在非对称双极性脉冲电源的正负电场调制作用下，当施加正脉冲时，电子质量小、运动速度快，在正脉冲作用下快速进入通孔内部，在微孔内形成空间电场，吸引离子向微孔内运动，进而发生电子离子耦合，避免静电屏蔽效应，引导离子深入微孔内部，又在脉冲电源负脉冲作用下与侧壁碰撞沉积成膜，周而复始。在经过5min时间后，镀膜进入第二阶段。

S2-2、镀膜第二阶段，工件基板表面和微孔内部具有导电性时，因为微孔电场效应，微孔内部电场强度较弱，进入的离子密度低于表面，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，同时增大电子枪电流为离子流的1.5倍，通过增加电子密度，提高电子-离子耦合作用，增加伸入孔内的离子密度。增大负脉冲电压和脉宽分别为800V和300μs，正脉冲电压和脉宽不变。离子获得更高的能量，轰击膜层表面，提高膜层的致密性和附着力。经过10min后，镀膜进入第三阶段。

S2-3、镀膜第三阶段，负脉冲电压和脉宽分别为900V和400μs，加速沉积阶段。正脉冲电压20V，脉宽调整到20μs，电子枪电流调整到离子流的1.5倍。该阶段金属膜厚度进一步增长，经过20min后，镀膜结束。

以上镀膜过程，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，小于200Ω，具有良好的电镀特性。表1中3#样品微孔内铜元素重量百分比含量分布可见，铜层在微孔内覆盖率为100%。

实施例4

该实施例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，工件与实施例1相同，与实施例1不同的是，该实施例的镀膜第二阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为600V，脉冲宽度为400μs；

正脉冲电压和脉宽与镀膜第一阶段相同。

如图6所示，按照以下步骤进行：

S1、工件安装

首先将清洗烘烤后的工件固定在工件台上。工件正对离子源，电子枪和离子源位于工件上方共同区域，在工件表面获得中性等离子体。非对称双极性脉冲电源两极A极和B极，A极连接工作台，B极连接真空室。

S2、工件镀膜

工件镀膜过程，采取分段镀膜的方法。

S2-1、镀膜第一阶段，工件表面绝缘，首先开启非对称双极性脉冲电源，脉冲电源的工作参数为：设定负脉冲电压300V，脉宽20μs，正脉冲电压20V，脉宽60μs。然后同时开启离子源和电子枪电源。离子源需要具备高离化率，可以是阴极弧离子源，也可以是高功率脉冲磁控溅射离子源，电子枪可以是由空心阴极或其他类型放电方式。电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.2倍。获得充分中和的离子束。中性离子束的电子和离子在非对称双极性脉冲电源的正负电场调制作用下，当施加正脉冲时，电子质量小、运动速度快，在正脉冲作用下快速进入通孔内部，在微孔内形成空间电场，吸引离子向微孔内运动，进而发生电子离子耦合，避免静电屏蔽效应，引导离子深入微孔内部，又在脉冲电源负脉冲作用下与侧壁碰撞沉积成膜，周而复始。在经过5min时间后，工镀膜进入第二阶段。

S2-2、镀膜第二阶段，工件基板表面和微孔内部具有导电性时，因为微孔电场效应，微孔内部电场强度较弱，进入的离子密度低于表面，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，提高离子的能量，同时增大电子枪电流为离子流的1.5倍，通过增加电子密度，提高电子-离子耦合作用，增加深入孔内的离子密度。增大负脉冲电压和脉宽分别为600V和400μs，正脉冲电压和脉宽不变。离子获得更高的能量，轰击膜层表面，提高膜层的致密性和附着力。经过10min后，镀膜进入第三阶段。

S2-3、镀膜第三阶段，负脉冲电压和脉宽分别为900V和400μs，加速沉积阶段。正脉冲电压20V，脉宽调整到20μs，电子枪电流调整到离子流的1.5倍。该阶段金属膜厚度进一步增长，沉积30min后，镀膜结束。

以上镀膜过程，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，小于200Ω，具有良好的电镀特性。表1中4#样品微孔内铜元素重量百分比含量分布可见，铜层在微孔内覆盖率为100%。

实施例5

该实施例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，工件与实施例1相同，与实施例1不同的是，该实施例的镀膜第三阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为900V，脉冲宽度为450μs；

正脉冲：工作电压为40V，脉冲跨度为30μs。

如图6所示，按照以下步骤进行：

S1、工件安装

首先将清洗烘烤后的工件固定在工件台上。工件正对离子源，电子枪和离子源位于工件上方共同区域，在工件表面获得中性等离子体。非对称双极性脉冲电源两极A极和B极，A极连接工作台，B极连接真空室。

S2、工件镀膜

工件镀膜过程，采取分段镀膜的方法。

S2-1、镀膜第一阶段，工件表面绝缘，首先开启非对称双极性脉冲电源，脉冲电源的工作参数为：设定负脉冲电压300V，脉宽20μs，正脉冲电压20V，脉宽60μs。然后同时开启离子源和电子枪电源。离子源需要具备高离化率，可以是阴极弧离子源，也可以是高功率脉冲磁控溅射离子源，电子枪可以是由空心阴极或其他类型放电方式。电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.2倍。获得充分中和的离子束。中性离子束的电子和离子在非对称双极性脉冲电源的正负电场调制作用下，当施加正脉冲时，电子质量小、运动速度快，在正脉冲作用下快速进入通孔内部，在微孔内形成空间电场，吸引离子向微孔内运动，进而发生电子离子耦合，避免静电屏蔽效应，引导离子深入微孔内部，在脉冲电源负脉冲作用下与侧壁碰撞沉积成膜，周而复始。在经过5min时间后，镀膜进入第二阶段。

S2-2、镀膜第二阶段，工件基板表面和微孔内部具有导电性时，因为电场效应，微孔内部电场强度较弱，进入的离子密度低于表面，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，提高离子的能量，同时增大电子枪电流为离子流的1.5倍，通过增加电子密度，提高电子-离子耦合作用，增加深入孔内的离子密度。增大负脉冲电压和脉宽分别为600V和300μs，正脉冲电压和脉宽不变。离子获得更高的能量，轰击膜层表面，提高膜层的致密性和附着力。经过10min后，镀膜进入第三阶段。

S2-3、镀膜第三阶段，负脉冲电压和脉宽分别为900V和450μs，加速沉积阶段。正脉冲电压40V，脉宽调整到30μs，电子枪电流调整到离子流的1.5倍。该阶段金属膜厚度进一步增长，沉积30min后，镀膜结束。

以上镀膜过程，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，小于200Ω，具有良好的电镀特性。表1中5#样品微孔内铜元素重量百分比含量分布可见，铜层在微孔内覆盖率为100%。

实施例6

该实施例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，工件与实施例1相同，与实施例1不同的是，该实施例的镀膜第三阶段，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为1200V，脉冲宽度为400μs；

正脉冲：工作电压为80V，脉冲跨度为20μs。

如图6所示，按照以下步骤进行：

S1、工件安装

首先将清洗烘烤后的工件固定在工件台上。工件正对离子源，电子枪和离子源位于工件上方共同区域，在工件表面获得中性等离子体。非对称双极性脉冲电源两极A极和B极，A极连接工作台，B极连接真空室。

S2、工件镀膜

工件镀膜过程，采取分段镀膜的方法。

S2-1、镀膜第一阶段，工件表面绝缘，首先开启非对称双极性脉冲电源，脉冲电源的工作参数为：设定负脉冲电压300V，脉宽20μs，正脉冲电压20V，脉宽60μs。然后同时开启离子源和电子枪电源。离子源需要具备高离化率，可以是阴极弧离子源，也可以是高功率脉冲磁控溅射离子源，电子枪可以是由空心阴极或其他类型放电方式。电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.2倍。获得充分中和的离子束。中性离子束的电子和离子在非对称双极性脉冲电源的正负电场调制作用下，当施加正脉冲时，电子质量小、运动速度快，在正脉冲作用下快速进入通孔内部，在微孔内形成空间电场，吸引离子向微孔内运动，进而发生电子离子耦合，避免静电屏蔽效应，引导离子深入微孔内部，又在脉冲电源负脉冲作用下与侧壁碰撞沉积成膜，周而复始。在经过5min时间后，镀膜进入第二阶段。

S2-2、镀膜第二阶段，工件基板表面和微孔内部具有导电性时，因为微孔电场效应，微孔内部电场强度较弱，进入的离子密度低于表面，加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，提高离子的能量，同时增大电子枪电流为离子流的1.5倍，通过增加电子密度，提高电子-离子耦合作用，增加深入孔内的离子密度。增大负脉冲电压和脉宽分别为600V和300μs，正脉冲电压和脉宽不变。离子获得更高的能量，轰击膜层表面，提高膜层的致密性和附着力。经过10min后，镀膜进入第三阶段。

S2-3、镀膜第三阶段，负脉冲电压和脉宽分别为1200V和400μs，加速沉积阶段。正脉冲电压80V，脉宽调整到20μs，电子枪电流调整到离子流的1.5倍。该阶段金属膜厚度进一步增长，沉积30min后，镀膜结束。

以上镀膜过程，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，小于200Ω，具有良好的电镀特性。表1中6#样品微孔内铜元素重量百分比含量分布可见，铜层在微孔内覆盖率为100%。

实施例1~6中制备的样品采用EDS方法测试微孔内不同位置处铜元素重量百分比的测试结果如下表1所示。如图4所示，为本发明实施例1（1#）、实施例2（2#）、实施例3（3#）、实施例4（4#）、实施例5（5#）、实施例6（6#）采用EDS方法测试微孔内铜元素分布时测试点示意图。

表1EDS方法测试1#-6#样品微孔断面不同位置处铜元素的含量（wt%）

对比例1

该对比例提供一种用于微孔内壁镀膜的方法，工件与实施例1相同，与实施例1不同的是，该对比例中不涉及电子枪电源。

对采用上述方法制备的样品进行检测，使用万用表检测通孔上下端口电阻，大于2000Ω，电阻值不满足电镀的要求。从图5所示的断面照片可见，金属层未完全覆盖微孔侧壁，微孔中间区域铜层断开。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然能够以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

镀膜第一阶段：首先开启非对称双极性脉冲电源，然后同时开启离子源和电子枪电源，在基板表面和微孔内部覆盖金属层，整体为弱导电性时，镀膜进入第二阶段；所述非对称双极性脉冲电源的两极分别连接工件和真空室壁；

其中，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为100V～300V，脉冲宽度为20μs～100μs；

正脉冲：工作电压为10～20V，脉冲宽度为20μs～60μs；

镀膜第二阶段：加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，同时增大电子枪电流，表面和微孔内部导电性进一步提升后，镀膜进入第三阶段；

其中，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为600V～800V，脉冲宽度为300μs～400μs；

正脉冲电压和脉宽与镀膜第一阶段相同；

镀膜第三阶段：进一步加大非对称双极性脉冲电源的负脉冲幅值和脉宽，加速沉积，金属膜厚度进一步增长，电阻降低至200Ω以下；

其中，非对称双极性脉冲电源的工作参数为：

负脉冲：工作电压为900V～1200V，脉冲宽度为400μs～450μs；

正脉冲：工作电压为20V～80V，脉冲宽度为20μs～40μs；

所述微孔深径比大于10:1。

2.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，所述镀膜第一阶段，电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.0倍以上。

3.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，所述镀膜第一阶段的镀膜时间为5min～10min。

4.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，所述镀膜第二阶段，电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.5倍以上。

5.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，所述镀膜第二阶段的镀膜时间为10min～30min。

6.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，所述镀膜第三阶段，电子枪电源的电流设定为离子源电流的1.5倍以上。

7.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，所述镀膜第三阶段的镀膜时间为20min～40min。

8.根据权利要求1所述的一种用于微孔内壁镀膜的方法，其特征在于，在镀膜过程中，采用示波器实时检测工件台的加载电压波形，检测到的电压同非对称双极性电源设定电压不一致时，电子中和效果不佳，调控电子枪的电流大小，实现工件台加载电压与非对称双极性电源输出电压一致。