[发明专利]能控制TSV深孔镀铜结晶及生长方式的添加剂B及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种电镀铜添加剂，具体地，涉及一种可以改变TSV微孔镀铜填充方式及结晶的添加剂B。

背景技术

作为先进封装TSV（TSV，Through -Silicon-Via）将取代过去的IC封装键合及凸点的叠加技术，集成化使得TSV 实现了密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片运行速度、降低功耗以及未来半导体封装整体成本的降低。

对于TSV电镀填铜工艺，电镀技术要求较高，关键是对TSV 不同纵深比，不同尺寸，以及不同孔阵密度分布晶圆，不仅要求每个TSV 孔都可实现均匀无缺陷填充。同时要求电镀结晶平整细致，每个TSV孔口填充的高度形貌一致，另外，对面铜厚度，应力以及后续CMP（化学机械抛光）的要求都较为精细和苛刻。一般认为，电镀填充TSV微孔有三种模式：a）铜在孔内部的沉积速率与在孔底部的沉积速率相同，形成conformal填充，填充过程中，填充往往不完全，易产生缝隙；b）铜在孔底部的沉积速率远小于在基板表面或孔内的沉积速率，导致sub-conformal填充，易产生空洞；c）铜在孔底部的沉积速率大于其在两侧壁的沉积速率时，能够将孔完全填充，没有缝隙和空洞生成，称之为超级填充，亦称为bottom-up填充。而且在填充镀铜后，面铜尽可能的薄，TSV孔口尽量平整甚至微凸，以减少后续CMP工艺中可能出现的凹坑和腐蚀问题。

    然而，由于TSV深孔有着不同的纵深比、不同尺寸、以及不同孔阵密度等等，对TSV 添加剂的作用效果、扩散分布以及电镀铜沉积过程中的机械或环境参数，比如：温度、前处理方式、搅拌方式、以及每个阶段电镀沉积步骤的时间及电镀电流等提出了更高的要求，因为其可能导致最终截然不同的填充效果。因此合理选择添加剂，控制其在在电镀过程中的作用发挥以及铜沉积的生长趋势尤为关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种TSV添加剂，其能能控制TSV深孔镀铜结晶及生长方式，采用其作为电镀液添加剂填充镀铜后，面铜尽可能的薄，TSV孔口尽量平整甚至微凸，以减少后续CMP工艺中可能出现的凹坑和腐蚀问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种能控制TSV深孔镀铜结晶及生长方式的添加剂B，该添加剂B包含按质量百分比计的以下原料：1%-10%的分子量在200-20,000之间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%的巯基咪唑类化合物；0.1-10%的聚乙烯亚胺及其衍生物；余量为水。

上述的添加剂B，其中，所述的EO-PO-EO-季胺化合物的通式为：

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

其中，m为1-20，n为4-20，p为1-20 ；R为饱和的或不饱和的不同碳链的季铵盐。

上述的添加剂B，其中，所述的不同碳链的季铵盐的碳链选择直链烃基或带支链的烃基。

上述的添加剂B，其中，所述的水为超纯水。

上述的添加剂B，其中，所述的巯基咪唑类化合物选择巯基苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑、2-巯基咪唑、巯基咪唑丙磺酸钠、疏基咪唑丙磺酸、水溶性2-巯基苯并咪唑中的任意一种或几种。

本发明还提供了一种上述添加剂B的用途，该添加剂B作为电镀液添加剂，用于TSV深孔镀铜工艺，能控制TSV深孔镀铜结晶及生长方式。

上述的用途，其中，所述的TSV深孔镀铜工艺条件为：电流密度0.01A-10A/dm²，适应温度20-30℃。

上述的用途，其中，所述的TSV深孔镀铜的填充方式是通过分步提高电流密度控制（电流密度从小到大逐步提高），从而快速实现TSV深孔的完全填充，降低面铜厚度。

上述的用途，其中，所述的电镀液为甲基磺酸铜体系电镀液。

本发明还提供了一种包含上述添加剂B的电镀液组合物，该电镀液为甲基磺酸铜体系电镀液，该电镀液包含：30-130g/L的铜离子和5-100g/L的甲基磺酸，以及30-80mg/L的氯离子；该电镀液中含有 0.5-20ml/L的加速剂A、1-30ml/L的抑制剂B。