[發(fā)明專利]能控制TSV深孔鍍銅結(jié)晶及生長方式的添加劑B及其用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410848603.7
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104532309A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王溯;于仙仙
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新陽半導(dǎo)體材料股份有限公司
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38
• 代理公司: 上海信好專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 賈慧琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電鍍銅添加劑，具體地，涉及一種可以改變TSV微孔鍍銅填充方式及結(jié)晶的添加劑B。

背景技術(shù)

作為先進(jìn)封裝TSV（TSV，Through?-Silicon-Via）將取代過去的IC封裝鍵合及凸點(diǎn)的疊加技術(shù)，集成化使得TSV?實(shí)現(xiàn)了密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片運(yùn)行速度、降低功耗以及未來半導(dǎo)體封裝整體成本的降低。

對于TSV電鍍填銅工藝，電鍍技術(shù)要求較高，關(guān)鍵是對TSV?不同縱深比，不同尺寸，以及不同孔陣密度分布晶圓，不僅要求每個(gè)TSV?孔都可實(shí)現(xiàn)均勻無缺陷填充。同時(shí)要求電鍍結(jié)晶平整細(xì)致，每個(gè)TSV孔口填充的高度形貌一致，另外，對面銅厚度，應(yīng)力以及后續(xù)CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）的要求都較為精細(xì)和苛刻。一般認(rèn)為，電鍍填充TSV微孔有三種模式：a）銅在孔內(nèi)部的沉積速率與在孔底部的沉積速率相同，形成conformal填充，填充過程中，填充往往不完全，易產(chǎn)生縫隙；b）銅在孔底部的沉積速率遠(yuǎn)小于在基板表面或孔內(nèi)的沉積速率，導(dǎo)致sub-conformal填充，易產(chǎn)生空洞；c）銅在孔底部的沉積速率大于其在兩側(cè)壁的沉積速率時(shí)，能夠?qū)⒖淄耆畛洌瑳]有縫隙和空洞生成，稱之為超級填充，亦稱為bottom-up填充。而且在填充鍍銅后，面銅盡可能的薄，TSV孔口盡量平整甚至微凸，以減少后續(xù)CMP工藝中可能出現(xiàn)的凹坑和腐蝕問題。

????然而，由于TSV深孔有著不同的縱深比、不同尺寸、以及不同孔陣密度等等，對TSV?添加劑的作用效果、擴(kuò)散分布以及電鍍銅沉積過程中的機(jī)械或環(huán)境參數(shù)，比如：溫度、前處理方式、攪拌方式、以及每個(gè)階段電鍍沉積步驟的時(shí)間及電鍍電流等提出了更高的要求，因?yàn)槠淇赡軐?dǎo)致最終截然不同的填充效果。因此合理選擇添加劑，控制其在在電鍍過程中的作用發(fā)揮以及銅沉積的生長趨勢尤為關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種TSV添加劑，其能能控制TSV深孔鍍銅結(jié)晶及生長方式，采用其作為電鍍液添加劑填充鍍銅后，面銅盡可能的薄，TSV孔口盡量平整甚至微凸，以減少后續(xù)CMP工藝中可能出現(xiàn)的凹坑和腐蝕問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種能控制TSV深孔鍍銅結(jié)晶及生長方式的添加劑B，該添加劑B包含按質(zhì)量百分比計(jì)的以下原料：1%-10%的分子量在200-20,000之間的聚乙二醇和聚乙烯醇其中之一或其不同分子量的混合物；0.01%-10%的EO-PO-EO-季胺化合物；0.1-5%的巰基咪唑類化合物；0.1-10%的聚乙烯亞胺及其衍生物；余量為水。

上述的添加劑B，其中，所述的EO-PO-EO-季胺化合物的通式為：

OH(CH₂CH₂O)m-(CH₂CH₃CHO)n-(CH₂CH₂O)_p-(RCH₂CH₃CH₃N⁺CH₂)_pCl^-;

其中，m為1-20，n為4-20，p為1-20?；R為飽和的或不飽和的不同碳鏈的季銨鹽。

上述的添加劑B，其中，所述的不同碳鏈的季銨鹽的碳鏈選擇直鏈烴基或帶支鏈的烴基。

上述的添加劑B，其中，所述的水為超純水。

上述的添加劑B，其中，所述的巰基咪唑類化合物選擇巰基苯并咪唑、2-巰基苯并咪唑、2-巰基咪唑、巰基咪唑丙磺酸鈉、疏基咪唑丙磺酸、水溶性2-巰基苯并咪唑中的任意一種或幾種。

本發(fā)明還提供了一種上述添加劑B的用途，該添加劑B作為電鍍液添加劑，用于TSV深孔鍍銅工藝，能控制TSV深孔鍍銅結(jié)晶及生長方式。

上述的用途，其中，所述的TSV深孔鍍銅工藝條件為：電流密度0.01A-10A/dm²，適應(yīng)溫度20-30℃。

上述的用途，其中，所述的TSV深孔鍍銅的填充方式是通過分步提高電流密度控制（電流密度從小到大逐步提高），從而快速實(shí)現(xiàn)TSV深孔的完全填充，降低面銅厚度。

上述的用途，其中，所述的電鍍液為甲基磺酸銅體系電鍍液。

本發(fā)明還提供了一種包含上述添加劑B的電鍍液組合物，該電鍍液為甲基磺酸銅體系電鍍液，該電鍍液包含：30-130g/L的銅離子和5-100g/L的甲基磺酸，以及30-80mg/L的氯離子；該電鍍液中含有?0.5-20ml/L的加速劑A、1-30ml/L的抑制劑B。