一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法及系统，测定过程为：先将硅片和夹具一起放入电镀槽中，使得电镀液浸润到TSV微盲孔中；然后将电镀槽放回三维运动平台；将Pt电极定位到TSV微盲孔上表面位置；最后测定TSV微盲孔口部电流密度：将Pt电极移动到距离TSV微盲孔口部10‑50纳米的位置；用微电阻仪的两极分别连接Pt电极与硅片表面的种子层，测量电阻R1；将硅片接入电镀电源的负极进行电镀，测量Pt电极与硅片表面的种子层之间的电压V1，计算局部电流I1＝V1/R1，除以电极截面积，获得局部电流密度。通过类似的方法，可测定TSV微盲孔表面不同位置的电流密度分布情况。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法及系统，测定过程为：先将硅片和夹具一起放入电镀槽中，使得电镀液浸润到TSV微盲孔中；然后将电镀槽放回三维运动平台；将Pt电极定位到TSV微盲孔上表面位置；最后测定TSV微盲孔口部电流密度：将Pt电极移动到距离TSV微盲孔口部10?50纳米的位置；用微电阻仪的两极分别连接Pt电极与硅片表面的种子层，测量电阻R1；将硅片接入电镀电源的负极进行电镀，测量Pt电极与硅片表面的种子层之间的电压V1，计算局部电流I1＝V1/R1，除以电极截面积，获得局部电流密度。通过类似的方法，可测定TSV微盲孔表面不同位置的电流密度分布情况。【专利说明】一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法及系统
本专利技术属于半导体三维封装领域，具体涉及一种用于测定TSV微盲孔表面电流密度的方法及系统。
技术介绍
集成电路技术随着摩尔定律而快速发展，更高的电路集成密度催生了更高的互连密度，并带来后道互连方式和封装技术上的全面变革。以TSV(Through Silicon Via，硅通孔)互连为核心的三维集成封装成为提升器件性能和性价比的必然选择。三维集成是将不同功能的芯片(如存储器、处理器等)堆叠、集成为一个多功能系统的过程。三维集成的一种方案是采用贯穿硅衬底的大量高密度TSV(深宽比达10-20)，实现了堆叠芯片之间的垂直上下互连，形成高密度三维集成，带来“高密度、多功能、小尺寸”的众多优点。在三维集成制造中，TSV电镀填铜(Copper electrodeposit1n)占到TSV成本的大约40%，因此，电镀填铜成为三维集成制造的关键之一。TSV填铜的难点之一在于如何解决电镀过程中形成的空洞或者缝隙。由于高深宽比TSV口部的电流密度远远大于孔底，孔口的生长速度较孔底快，孔口闭合后就形成了空洞或者缝隙。为了解决上述难题，业界提出采用了“自底向上”的TSV填充方法，通过在电镀液中添加添加剂，使得具有大分子结构的抑制剂优先吸附在电场强度比较大的孔口及孔壁上端，降低孔口的电流密度和沉积速率；同时，利用小分子结构的加速剂和整平剂，增加孔底的电流密度和加速孔底的沉积速度，最终实现“自底向上”的TSV盲孔填充过程。测量TSV微盲孔表面电流密度，是评估添加剂性能的最直接方法。目前，一般仅仅测量TSV硅片表面平均电流密度，S卩:测定电镀总电流，然后除以硅片面积。比如:测定电镀电流为1A，硅片面积为I平方分米，则认为电流密度为I安培每平方分米。然而，硅片表面积并没有计及TSV微盲孔的侧壁和底部，且TSV微盲孔在孔口和孔底的表面电流密度差别可达至IJ10-20倍，因此，现有的测定方法无法满足添加剂性能精确评估的要求。为此，有必要专利技术一种可以精确测定TSV微盲孔表面不同位置电流密度的新方法。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法及系统，能精确测定TSV微盲孔表面电流密度。本专利技术的技术方案为:一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法，基于以下测定系统，测定系统包括:三维运动平台、光学显微镜及CCD、计算机、带TSV微盲孔的硅片、Pt电极、精密电源、精密微电阻仪和电镀电源；所述三维运动平台、光学显微镜及CCD、精密电源均受控于所述计算机；所述Pt电极固定在三维运动平台上，在三维运动平台的带动下能进行三维移动；TSV微盲孔表面电流密度的测定过程为:步骤I:将带TSV微盲孔的硅片固定在夹具上，并放置在三维运动平台的底座上，通过设置在底座上方的光学显微镜及CCD，确定硅片中TSV微盲孔的位置;为了后续Pt电极定位提供位置信息;光学显微镜将微观结构放大，并在CCD中成像，将图像输入计算机中，进行图像识别，确定硅片上微盲孔的位置；步骤2:将硅片和夹具一起放入电镀槽中，电镀槽中盛有含有添加剂的电镀液，然后将硅片、夹具、电镀液及其电镀槽进行抽真空预处理，使得电镀液浸润到TSV微盲孔中；然后放置10?60分钟，等添加剂在TSV微盲孔内表面达到吸附平衡；步骤3:将硅片、夹具、电镀液连同电镀槽一起放到三维运动平台的底座上;根据步骤I获得的TSV微盲孔的位置信息，通过三维运动平台，将安装在三维运动平台上的Pt电极，定位到TSV微盲孔开口位置，即根据步骤I的视觉定位结果，将Pt电极移动到TSV微盲孔开口位置；步骤4:测定TSV微盲孔口部电流密度:1.将Pt电极移动到距离TSV微盲孔口部10-50纳米的位置；?.用精密微电阻仪的两极分别连接Pt电极与硅片表面的种子层，测量此时Pt电极与硅片表面的种子层之间的电阻R1;m.电镀槽中，将硅片接入电镀电源的负极，用镀覆金属制成电镀阳极与电镀电源的正极联接，开始进行电镀，并测量Pt电极与硅片表面的种子层之间的电压％，由于前面已经测得Pt电极与硅片表面的种子层之间的电阻(TSV微盲孔口部局部位置的电阻)Ri，因此可以计算出局部电流I1 = VVR1，然后再除以电极截面积，就可以获得该位置点的局部电流FtFt也/又。步骤5:移动Pt电极到TSV微盲孔的中部和底部等不同位置，通过上述类似的方法(即重复上述步骤??m)，即可测定不同位置的电流密度，从而获得在特定添加剂电镀液作用下，TSV微盲孔表面电流密度的分布情况。移动Pt电极到硅片上表面不同位置，通过上述类似的方法(即重复上述步骤???m)，即可测定硅片上表面不同位置的电流密度，得到硅片表面的电流密度分布情况。所述步骤3中，将安装在三维运动平台上的Pt电极定位到TSV微盲孔开口位置，定位的过程为:①将Pt电极接到精密电源的正极、带TSV微盲孔的硅片表面的种子层接到精密电源的负极;②开启精密电源，设定输出电流为0.01-2A，限制电压Vd为0.05-5V;由于电极距离不同，电阻会改变，此时，设定电流恒定，输出电压就会改变，但是，输出的电压不能超过限制电压。由于此时Pt电极没有接触到硅片表面的种子层，电路为开路，测量电源两端的电压为限制电压;③启动三维运动平台，使得Pt电极向下运动，在这个过程中，检测电源两端的电压，直到检测到的电压小于临界电压Vg，表明此时，Pt电极已经运动到硅片上表面，记录下该位置的坐标信息(Xi，Yi，Z1); Vg设为Vd的0.05-0.2倍;④驱动三维运动平台，使得Pt电极向TSV微盲孔开口位置移动，在这个过程中，检测电源两端的电压，直到电压大于限制电压Vd的0.1-0.9倍，表明此时Pt电极已经离开硅片上表面，并运动到TSV盲孔开口位置，记录下该位置的坐标信息(X2，Y2，Z2)。通过上述过程即确定了Pt电极与TSV微盲孔的相对位置。所述步骤2中，后将硅片、夹具、电镀液及电镀槽放在0.01-0.5Bar的条件下进行抽真空预处理。过低的真空度(〈0.0lBar)会将电镀液气化，过高的真空度(>0.5Bar)无法将盲孔中的空气排出，在0.01-0.5Bar的条件下可以避免上述两个问题。所述步骤2中，放置时间为30分钟，等添加剂在TSV微盲孔内表面达到吸附平衡。放置时间为30分钟，既能让电镀液中的添加剂有足够的时间扩散、稳定吸附到TSV盲孔表面，而且能兼顾时间效率。所述步骤3中，Pt电极为微纳米Pt电极，或者是亚微米Pt电极。所述步骤3的第②本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TSV微盲孔表面电流密度的测定方法，其特征在于，基于以下测定系统，测定系统包括：三维运动平台、光学显微镜及CCD、计算机、Pt电极、精密电源、精密微电阻仪和电镀电源；所述三维运动平台、光学显微镜及CCD、精密电源均受控于所述计算机；所述Pt电极固定在三维运动平台上，在三维运动平台的带动下能进行三维移动；TSV微盲孔表面电流密度的测定过程为：步骤1：将带TSV微盲孔的硅片固定在夹具上，并放置在三维运动平台的底座上，通过设置在底座上方的光学显微镜及CCD，确定硅片中TSV微盲孔的位置；步骤2：先将硅片和夹具一起放入电镀槽中，电镀槽中盛有含有添加剂的电镀液，然后将硅片、夹具、电镀液及电镀槽进行抽真空预处理，使得电镀液浸润到TSV微盲孔中；再放置10～60分钟，等添加剂在TSV微盲孔内表面达到吸附平衡；步骤3：将硅片、夹具、电镀液连同电镀槽一起放到三维运动平台的底座上；根据步骤1获得的TSV微盲孔的位置信息，通过三维运动平台，将安装在三维运动平台上的Pt电极定位到TSV微盲孔开口位置；步骤4：测定TSV微盲孔口部电流密度：ⅰ.将Pt电极移动到距离TSV微盲孔口部10‑50纳米的位置；ⅱ.用精密微电阻仪的两极分别连接Pt电极与硅片表面的种子层，测量此时Pt电极与硅片表面的种子层之间的电阻R1；ⅲ.将硅片接入电镀电源的阴极开始进行电镀，并测量Pt电极与硅片表面的种子层之间的电压V1，结合步骤ⅰ测得Pt电极与硅片表面的种子层之间的电阻R1，计算出局部电流I1＝V1/R1，然后再除以电极截面积，获得该位置点的局部电流密度；步骤5：移动Pt电极到TSV微盲孔的中部和底部不同位置，重复上述步骤ⅱ～ⅲ，测定不同位置对应的局部电流密度，从而获得在特定添加剂电镀液作用下，TSV微盲孔表面电流密度的分布情况。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王福亮，王峰，肖红斌，李亦杰，朱文辉，李军辉，韩雷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43