[發明專利]基于小尺寸季銨鹽單一添加劑的微孔填充方法

在審

• 申請號: 202010760001.1
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111778545A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 吳厚亞;朱文輝;李祉怡;王彥
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C25D21/14
• 分類號: C25D21/14;C25D7/12;C25D3/38
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李喆

本發明提供了一種基于小尺寸季銨鹽單一添加劑的微孔填充方法。采用具有陽極性的小尺寸季銨鹽作為微孔電鍍填充的抑制劑，將純銅板浸入電鍍液中作為陽極，將含有微孔的硅片浸入電鍍液中作為陰極，對硅片微孔進行電鍍填充，相比傳統的多添加劑電鍍體系，本發明提出的單一添加劑電鍍體系，配方簡單，更容易實現精準調控；且本發明微孔電鍍填充效果更好、效率更高、成本更低。

技術領域

本發明涉及微孔填充技術領域，特別涉及一種基于小尺寸季銨鹽單一添加劑的微孔填充方法。

背景技術

硅通孔(Through Silicon Via，TSV)是芯片三維封裝技術的核心互連結構，通常采用深孔刻蝕方法獲得微孔盲孔，并進下通過電鍍銅的方式以銅作為填充料形成微通道互連結構。TSV直徑一般為數微米至數十微米，深寬比一般為5：1～10：1，特殊場景下深寬比可高達至20：1。由于深微孔狀結構的限制，使得TSV在電鍍填充過程中存在巨大的挑戰，容易形成孔洞、縫隙等填充缺陷，從而導致TSV制造成品率低，質量較差，且成本過高(約占整個TSV制造工藝的40％)。

由于微孔內部濃度場分布不均勻，使得各鍍液組分在微孔內呈現濃度梯度，即微孔底部濃度低于口部。由于TSV孔口銅離子濃度大于孔底，根據法拉第定律可知孔口的電鍍銅生長速率將大于孔底，從而導致電鍍封口后，底部仍有區域未被電鍍填充，導致填充缺陷形成。目前，業界通常采用在電鍍液中加入抑制類添加劑的方式來抑制孔口電鍍生長，當孔口的電鍍生長速率相對于孔底更慢時，即個實現無缺陷填充。與此同時，為了增大孔底與孔口的電鍍速率差，通常還會在電鍍液中加入電鍍加速類添加劑來提升孔底的電鍍生長速率，實現更好的無缺陷填充效果。在傳統的TSV填充電鍍液中，典型地加入抑制劑、整平劑及加速劑三類添加劑來改善TSV填充效果。憑借三種添加劑之間競爭吸附關系，通常抑制劑作用于表面及孔口，起到強力抑制作用；整平劑作于孔內側壁，起到較弱的抑制作用；加速劑作用于孔底，起到微弱的加速作用。

但是，傳統的微孔填充電鍍添加劑體系，存在以下缺點：

(1)電鍍液中添加劑種類多，調控困難

傳統添加劑體系的電鍍液中，除了基礎液成分之外，還包含了抑制劑、整平劑及加速劑三類添加劑，而三類添加劑之間存在非常復雜的競爭吸附關系。在電鍍液調配過程中，往往牽一發而動全身，使得配制各種尺寸微孔的需要的特定電鍍液配方顯示尤為困難。需要進行大量的實驗和分析，方能摸索出相對合適的配比。并且，正由于多種添加劑之間相關作用關系的復雜性，使得配方的規律性和可遷移性不強，導致電鍍液調控較為困難。

(2)微孔填充效果不佳

傳統添加劑體系在低深寬比的TSV填充中具有很較好的效果，但在高深寬比TSV填充中難以避免填充缺陷。隨著近年來微孔互連結構尺寸越來越小，深寬比越來越高，傳統的添加劑體系已經不能滿足產業界的技術需求。體現在：1)具有強抑制性能的大分子抑制劑往往輸運能力較差(如PEG、PEI，Mr 5000以上)，不能有效地輸運到深部區域抑制電鍍銅生長；2)具有強輸運能力的小分子整平劑往往抑制性能較差，(如JGB，Mr 511)，盡管可輸運到深孔底部區域，但不能強力抑制所在微孔深部區域電鍍銅生長。從而無法避免高深度比微孔底部缺陷形成。

(3)效率低、成本高

傳統添加劑體系電鍍鍍的效率低，首先體現在微孔填充過程過于緩慢，對于直徑20μm，深度120μm以上的微孔，通常需要數小時甚至數十小時的時間方能填滿微孔。造成這一現象的主要原因是對孔口及側壁的抑制程度不足，從而只能依靠降低工藝電流，減緩電鍍速率的方式來彌補(低電流條件下，抑制效果較強)，導致填充速率過慢。

另一方面，正由于傳統添加劑體系電鍍液存在以上不足，使得在微孔電鍍填充工藝中，需要消耗大量的人才、物力、以及時間成本，從而導致微孔填充工藝效率低、成本高。

目前尚沒有解決此類問題的方法。因此，有必要開發配方更簡、微孔填充效率更高的微孔填充電鍍液體系，提高微孔填充質量和效率，降低工藝成本。