基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法技术

本发明专利技术提供了一种基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法。采用具有阳极性的小尺寸季铵盐作为微孔电镀填充的抑制剂，将纯铜板浸入电镀液中作为阳极，将含有微孔的硅片浸入电镀液中作为阴极，对硅片微孔进行电镀填充，相比传统的多添加剂电镀体系，本发明专利技术提出的单一添加剂电镀体系，配方简单，更容易实现精准调控；且本发明专利技术微孔电镀填充效果更好、效率更高、成本更低。

【技术实现步骤摘要】
基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法
本专利技术涉及微孔填充
，特别涉及一种基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法。
技术介绍
硅通孔(ThroughSiliconVia，TSV)是芯片三维封装技术的核心互连结构，通常采用深孔刻蚀方法获得微孔盲孔，并进下通过电镀铜的方式以铜作为填充料形成微通道互连结构。TSV直径一般为数微米至数十微米，深宽比一般为5：1～10：1，特殊场景下深宽比可高达至20：1。由于深微孔状结构的限制，使得TSV在电镀填充过程中存在巨大的挑战，容易形成孔洞、缝隙等填充缺陷，从而导致TSV制造成品率低，质量较差，且成本过高(约占整个TSV制造工艺的40％)。由于微孔内部浓度场分布不均匀，使得各镀液组分在微孔内呈现浓度梯度，即微孔底部浓度低于口部。由于TSV孔口铜离子浓度大于孔底，根据法拉第定律可知孔口的电镀铜生长速率将大于孔底，从而导致电镀封口后，底部仍有区域未被电镀填充，导致填充缺陷形成。目前，业界通常采用在电镀液中加入抑制类添加剂的方式来抑制孔口电镀生长，当孔口的电镀生长速率相对于孔底更慢时，即个实现无缺陷填充。与此同时，为了增大孔底与孔口的电镀速率差，通常还会在电镀液中加入电镀加速类添加剂来提升孔底的电镀生长速率，实现更好的无缺陷填充效果。在传统的TSV填充电镀液中，典型地加入抑制剂、整平剂及加速剂三类添加剂来改善TSV填充效果。凭借三种添加剂之间竞争吸附关系，通常抑制剂作用于表面及孔口，起到强力抑制作用；整平剂作于孔内侧壁，起到较弱的抑制作用；加速剂作用于孔底，起到微弱的加速作用。但是，传统的微孔填充电镀添加剂体系，存在以下缺点：(1)电镀液中添加剂种类多，调控困难传统添加剂体系的电镀液中，除了基础液成分之外，还包含了抑制剂、整平剂及加速剂三类添加剂，而三类添加剂之间存在非常复杂的竞争吸附关系。在电镀液调配过程中，往往牵一发而动全身，使得配制各种尺寸微孔的需要的特定电镀液配方显示尤为困难。需要进行大量的实验和分析，方能摸索出相对合适的配比。并且，正由于多种添加剂之间相关作用关系的复杂性，使得配方的规律性和可迁移性不强，导致电镀液调控较为困难。(2)微孔填充效果不佳传统添加剂体系在低深宽比的TSV填充中具有很较好的效果，但在高深宽比TSV填充中难以避免填充缺陷。随着近年来微孔互连结构尺寸越来越小，深宽比越来越高，传统的添加剂体系已经不能满足产业界的技术需求。体现在：1)具有强抑制性能的大分子抑制剂往往输运能力较差(如PEG、PEI，Mr5000以上)，不能有效地输运到深部区域抑制电镀铜生长；2)具有强输运能力的小分子整平剂往往抑制性能较差，(如JGB，Mr511)，尽管可输运到深孔底部区域，但不能强力抑制所在微孔深部区域电镀铜生长。从而无法避免高深度比微孔底部缺陷形成。(3)效率低、成本高传统添加剂体系电镀镀的效率低，首先体现在微孔填充过程过于缓慢，对于直径20μm，深度120μm以上的微孔，通常需要数小时甚至数十小时的时间方能填满微孔。造成这一现象的主要原因是对孔口及侧壁的抑制程度不足，从而只能依靠降低工艺电流，减缓电镀速率的方式来弥补(低电流条件下，抑制效果较强)，导致填充速率过慢。另一方面，正由于传统添加剂体系电镀液存在以上不足，使得在微孔电镀填充工艺中，需要消耗大量的人才、物力、以及时间成本，从而导致微孔填充工艺效率低、成本高。目前尚没有解决此类问题的方法。因此，有必要开发配方更简、微孔填充效率更高的微孔填充电镀液体系，提高微孔填充质量和效率，降低工艺成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，其目的是为了提供一种单一添加剂电镀体系，易于精准调控，实现高质量、高效率的微孔填充。为了达到上述目的，本专利技术的提供了一种基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，包括以下步骤：步骤1，制备电镀基础液：将硫酸铜加入到去离子水中进行搅拌，然后用稀硫酸将pH调节至0.8～2.0，得到电镀基础液；步骤2，制备电镀液：在步骤1所得的电镀基础液中加入具有阳极性的小尺寸季铵盐，得到电镀液；步骤3，组装电极：将含有微孔的硅片进行预处理，然后浸入步骤2得到的电镀液中静置浸泡，作为阴极，将纯铜片浸入步骤2得到的电镀液中作为阳极；步骤4，电镀填充：向步骤3中的阳极与阴极通电进行电镀，完成对硅片微孔的填充。优选地，所述电镀基础液中硫酸铜的浓度为80～280g/L。优选地，所述小尺寸季铵盐功能头基为三甲基氨或苯基氨，尾基为10～36个烷基。优选地，所述小尺寸季铵盐包括十二烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、溴代十六烷基吡啶中的一种。优选地，所述步骤2中，电镀液中小尺寸季铵盐的浓度为0.01～1.5g/L。优选地，所述步骤3中，硅片的微孔直径为1～50μm，深度为10～200μm。优选地，所述步骤3中，预处理为：依次使用稀硫酸、去离子水将硅片微孔清洗干净，然后进行抽滤处理，去除微孔中的空气。优选地，所述步骤3中，浸泡时间为8～12min。优选地，所述步骤4中，电镀时间为为30～200min。优选地，使用含有微孔的玻璃基板代替含有微孔的硅片。本专利技术的上述方案有如下的有益效果：(1)相比传统的多添加剂电镀体系，本专利技术所提出的单一添加剂电镀体系，配方简单，更容易实现精准调控。(2)相比于传统的抑制类添加剂，此类小尺寸季铵盐抑制剂具有更强的抑制性能和输运能力，可有效避免高深宽比微孔填充缺陷，同时提升微孔填充效率。(3)本专利技术提出的新方法，其微孔电镀填充效果更好、效率更高、成本更低。附图说明图1(a)为传统多添加剂微孔填充电镀体系原理，(b)为小尺寸季铵盐单一添加剂微孔填充电镀体系原理。图2为本专利技术的微孔电镀填充装置结构示意图。图3为本专利技术实施例1的微孔填充电镜图。图4为本专利技术实施例2的微孔填充电镜图。图5为本专利技术对比例的微孔填充电镜图。【附图标记说明】a1-抑制剂；a2-平整剂；a3-加速剂；b1-小尺寸季铵盐抑制剂；1-电镀液；2-硅片；21-微孔；3-铜片；4-精密电源。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。实施例1本实施例采用溴代十六烷基吡啶(HPB)作为唯一的电镀添加剂进行微孔电镀填充，微孔尺寸为直径20μm，深度200μm。填充方法如下：步骤1，制备电镀基础液将硫酸铜加入到去离子水中，充分搅拌，配制硫酸铜浓度为180g/L的溶液，并用稀硫酸将溶液pH值调至0.8，形成稳定的电镀基础液，备用；步骤2，制备电镀液1：称取HPB加入到步骤1的电镀基础液中，使HPB的浓度为0.4g/L，得到单一抑制剂的电镀液1；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，制备电镀基础液：/n将硫酸铜加入到去离子水中进行搅拌，然后用稀硫酸将pH调节至0.8～2.0，得到电镀基础液；/n步骤2，制备电镀液：/n在步骤1所得的电镀基础液中加入具有阳极性的小尺寸季铵盐，得到电镀液；/n步骤3，组装电极：/n将含有微孔的硅片进行预处理，然后浸入步骤2得到的电镀液中静置浸泡，作为阴极，将纯铜片浸入步骤2得到的电镀液中作为阳极；/n步骤4，电镀填充：/n向步骤3中的阳极与阴极通电进行电镀，完成对硅片微孔的填充。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，制备电镀基础液：
将硫酸铜加入到去离子水中进行搅拌，然后用稀硫酸将pH调节至0.8～2.0，得到电镀基础液；
步骤2，制备电镀液：
在步骤1所得的电镀基础液中加入具有阳极性的小尺寸季铵盐，得到电镀液；
步骤3，组装电极：
将含有微孔的硅片进行预处理，然后浸入步骤2得到的电镀液中静置浸泡，作为阴极，将纯铜片浸入步骤2得到的电镀液中作为阳极；
步骤4，电镀填充：
向步骤3中的阳极与阴极通电进行电镀，完成对硅片微孔的填充。


2.根据权利要求1所述的基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，其特征在于，所述电镀基础液中硫酸铜的浓度为80～280g/L。


3.根据权利要求1所述的基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，其特征在于，所述小尺寸季铵盐功能头基为三甲基氨或苯基氨，尾基为10～36个烷基。


4.根据权利要求1所述的基于小尺寸季铵盐单一添加剂的微孔填充方法，其特征在于，所述小尺寸季铵盐包括十二烷基三甲基溴化铵、十八...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴厚亚，朱文辉，李祉怡，王彦，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43