用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂和电解液制造技术

本发明专利技术特别涉及一种用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，属于MEMS晶圆TSV微孔电沉积铜填充领域，包括抑制剂和空洞防止剂，所述空洞防止剂包括活性成分A，所述活性成分A的化学结构式为：其中官能团X为氮杂环或其衍生物。所述空洞防止剂能够让微孔底部的沉积速度显著大于侧壁的沉积速度，实现理想的超级底部生长填充模式，避免了电沉积过程中孔径的缩小甚至于提前封孔的异常发生，明显降低电沉积铜填充过程和退火处理过程中的微裂缝和微空洞出现的可能性，保证质量信赖性而且不影响电沉积速度。保证质量信赖性而且不影响电沉积速度。保证质量信赖性而且不影响电沉积速度。

【技术实现步骤摘要】
用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂和电解液


[0001]本申请涉及芯片封装领域，尤其涉及一种用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂和电解液。

技术介绍

[0002]TSV(Through
‑
Silicon
‑
Via硅穿孔)是通过蚀刻一个纵向通孔或通槽与通孔穿透衬底并且在该通孔中填充导电材料如铜形成的，或在通槽侧壁形成导电电路。该TSV可用于提供半导体衬底背面到该衬底的相对面的半导体电路的电连接，或者提供到堆叠的管芯的半导体电路的电连接。
[0003]在现有技术中，受限于TSV技术的发展，在高深宽比TSV微孔电沉积铜填充过程中，在TSV孔中心位置或Cu晶粒间易产生微裂缝(micro
‑
seam)和微空洞(micro
‑
void)，进而影响产品质量。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，以解决高深宽比的TSV微孔电沉积铜填充后，铜柱出现微裂缝和/或微孔洞的技术问题。
[0005]第一方面，本申请提供了一种用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，包括抑制剂和空洞防止剂(void avoider)，所述空洞防止剂包括活性成分A，所述活性成分A的化学结构式如下：
[0006][0007]其中官能团X为氮杂环或其衍生物。
[0008]可选的，所述官能团X为四氮唑或其衍生物。
[0009]可选的，所述官能团X的化学结构式如下：
[0010][0011]可选的，所述官能团Y为烷氧基、烷基或官能团Y1，所述官能团Y1的结构式如下：
[0012][0013]可选的，所述官能团Y为化学结构式如下的化合物：
‑
CnHm，其中n为1至3之间的一
个整数，该m为2至7之间的一个整数。
[0014]可选的，所述空洞防止剂还包括：非离子表面活性剂，其中，所述活性成分A的质量为所述空洞防止剂总质量的0.05
‑
1％，所述非离子表面活性剂的质量为所述空洞防止剂总质量的1
‑
5％，其余为水。
[0015]可选的，所述非离子表面活性剂的平均分子量为200
‑
20000。
[0016]可选的，用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂还包括加速剂和整平剂；
[0017]所述加速剂为硫醇类化合物；
[0018]所述抑制剂为聚乙烯醇类化合物；
[0019]所述整平剂为芳香族类化合物。
[0020]可选的，所述添加剂还包括加速剂和整平剂；其中，按质量分数计，
[0021]所述抑制剂的占比为0.3
‑
0.9％；
[0022]所述加速剂的占比为0.2
‑
0.5％；
[0023]所述整平剂的占比为0.2
‑
0.5％；
[0024]空洞防止剂0.03
‑
0.05％。
[0025]第二方面，本申请提供了一种电沉积铜电解液，所述电解液包括第一方面所述的用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂。
[0026]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0027]能够让微孔底部的沉积速度显著大于侧壁的沉积速度，实现理想的超级底部生长填充模式，避免了电沉积过程中孔径的缩小甚至于提前封孔的异常发生，明显降低电沉积铜填充过程和退火处理过程中的微裂缝(micro
‑
seam)和微空洞(micro
‑
void)出现的可能性，保证质量信赖性而且不影响电沉积速度。
[0028]本申请实施例提供的该技术方案中，由于空洞防止剂中的活性成分A带正电，同时具有强极性，在阴极晶圆上施加的电场作用下，空洞防止剂中的活性成分A会大量地吸附在电流密度高的区域，即微孔的开口处和侧壁处，空洞防止剂通过和抑制剂、氯离子等发生相互作用，改变抑制剂在微孔底部和侧壁的浓度，使抑制剂更多地吸附在微孔侧壁，使得微孔侧壁上的抑制剂浓度远高于微孔底部的抑制剂浓度，形成明显的抑制剂浓度差，进而防止铜金属离子在微孔侧壁区域沉积，使得铜离子在微孔底部的沉积速度远大于在微孔侧壁的沉积速度，从而使铜从微孔底部开始生长，即理想的超级实现底部生长填充模式。
附图说明
[0029]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术实施例的微孔电沉积铜填充的切片电镜图；
[0032]图2为本专利技术实施例在8英寸晶圆上选取样品位置示意图；
[0033]图3a为本专利技术实施例空洞不良切片电镜图；
[0034]图3b本专利技术实施例铜沉积良好的切片电镜图。
具体实施方式
[0035]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0036]本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0037]TSV制造工艺流程主要包括：TSV微孔形成、种子层的沉积、电化学沉积铜填充工艺等。目前电化学沉积铜填充工艺主要采取超等厚沉积(super
‑
conformal deposition)，也叫底部生长(Bottom
‑
up)的模式。铜金属的电化学沉积主要是以两个电极之间的电流通过含有铜的电解液的方式进行。当电解液中的电流为离子状态时，电流以电子的形式传送到电极。在以铜金属组成的阳极产生电化学氧化反应时，阴极产生电化学还原反应。此种状态下，利用电性的漂移(migration)，扩散(diffusion)以及对流(convection)方式将铜离子传送至阴极，传送这一特定电流所需要的电压等于在电解液、横跨双层的表面电位以及与扩散层有关的浓度电位三者的电阻压降(ohmic drop)的总和。铜电化学沉积层的分布主要由阴极的几何形状、电化学反应动力学以及各个组分浓度的变化来决定。
[0038]目前成熟的TSV微孔电沉积铜填充工艺体系大多含有三种添加剂组分：加速剂(Accelerator)、抑制剂(Suppressor)和整平剂(Leveler)。主要是普通的底部生长(Bottom
‑
up)的电沉积铜填充模式。通过加速剂和抑制剂相互作用来控制沉积速率，避免在普通的TSV微孔电沉积铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，其特征在于，所述添加剂包括抑制剂和空洞防止剂，所述空洞防止剂包括活性成分A，所述活性成分A的化学结构式如下：其中官能团X为氮杂环或其衍生物。2.根据权利要求1所述的用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，其特征在于，所述官能团X为四氮唑或其衍生物。3.根据权利要求2所述的用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，其特征在于，所述官能团X的化学结构式如下：4.根据权利要求1所述的用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，其特征在于，所述官能团Y为烷氧基、烷基或官能团Y1，所述官能团Y1的结构式如下：5.根据权利要求4所述的用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，其特征在于，所述官能团Y的化学结构式如下：
‑
CnHm，其中n为1至3之间的一个整数，该m为2至7之间的一个整数。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的用于TSV微孔电沉积铜填充工艺的添加剂，其特征在于，所述空洞防止剂还包括：非离子表面活性剂，其中，所述活性成分A的质量为所述空洞防止剂总质量的0.05
‑
1％，所述非离子表面活性剂的质量为所述空洞防止剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅永锋，杨云春，陆原，马琳，
申请(专利权)人：赛莱克斯微系统科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：