一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法及系统技术方案

本发明专利技术属于集成电路三维封装领域，具体涉及一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法及系统。该方法包括：对电极进行预处理；配置电镀基础液和待测试添加剂，并将稀释后的电镀基础液注入五口电解池；连接电解池电路，在不同电势作用下采用计时安培法测量添加剂加入前后电镀基础液的电流

【技术实现步骤摘要】
一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法及系统


[0001]本专利技术属于集成电路三维封装领域，具体涉及一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法及系统。

技术介绍

[0002]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。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三维集成封装成为提升器件性能和性价比的必然选择。
[0003]三维集成的一种方案采用贯穿硅衬底的大量高密度TSV(Through Silicon Via，硅通孔)，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。TSV电镀填充过程是决定TSV三维集成成本的重要工艺，占总生产成本的26％～40％左右。由于电镀过程中TSV孔口位置电流密度集中，导致TSV孔口沉积铜生长速度高于底部而形成夹口。为了抑制孔口沉积铜的生长，促进孔底沉积铜的生长，添加剂成为TSV电镀液必不可少的组成成分。
[0004]TSV电镀填充过程中添加剂的物理行为复杂。添加剂由本体溶液向阴极表面的物质传输包括扩散、对流和电迁移等多种物理行为；在阴极表面添加剂又需要经历吸附、脱附、消耗等物理过程；并且不同添加剂之间存在相互作用关系。
[0005]由于TSV电镀填充过程中添加剂作用的复杂性，构建添加剂的本构方程对阐明添加剂的作用机制进而优化工艺参数、开发更有效的新型添加剂尤为重要。目前，一方面学术界主要根据扩散、吸附等物理过程的理论公式推测添加剂的本构方程，并通过TSV填充实验结果对其进行反向验证，从而不断优化本构方程。这种方式实验工作量大，成本高，并且可靠性低。另一方面，由于没有可靠的、针对性的本构模型的指导，工业界往往采用经验性试验地方法寻找电镀液中添加剂的最优浓度配比及最优电镀工艺参数，耗时、成本高而且准确率低。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术针对上述技术问题，提出了一种TSV电镀填充添加剂本构模型的开发方法及系统，采用计时安培法，通过电化学工作站
‑
旋转圆盘电极测量系统研究不同电势作用下、不同浓度添加剂对电流密度的影响，并通过数学建模和数据拟合构建添加剂的本构方程。
[0007]本专利技术提供了一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法，具体包括：
[0008]S1:对电极进行预处理；配置电镀基础液和待测试添加剂，并将稀释后的电镀基础液注入五口电解池；
[0009]S2:连接电解池电路，在不同电势作用下采用计时安培法测量添加剂加入前后电镀基础液的电流
‑
时间曲线；
[0010]S3:根据所述电流
‑
时间曲线对电流密度进行归一化处理，获得所述添加剂的覆盖
率；
[0011]S4:拟合不同电势下添加剂覆盖率随添加剂浓度的变化规律，并根据添加剂的吸附动力学构建本构方程。
[0012]进一步的，所述添加剂包括抑制剂、整平剂和加速剂。
[0013]进一步的，所述步骤S1中对电极进行预处理过程具体包括：
[0014]将电极进行抛光，去除电极表面的氧化层；将抛光后的电极先后进行超声清洗、无水乙醇浸泡、超声清洗获得预处理电极。
[0015]进一步的，所述步骤S2中的电势设置为0.5V、0.53V、0.55V和0.6V。
[0016]进一步的，所述步骤S3具体包括：
[0017]根据巴特勒
‑
沃尔默方程式，可知阴极表面电流密度的变化反映了添加剂的覆盖率；
[0018]通过计时安培法测量注入添加剂之前电镀基础液的电流密度J0和注入添加剂之后电镀液的电流密度J
add
，定义加入添加剂后电镀液电流密度的改变量J
add
‑
J0与注入添加剂之前电镀基础液电流密度J0的比值为归一化电流密度J
N
，用来表征添加剂的覆盖率
[0019]进一步的，所述根据添加剂的吸附动力学构建本构方程为：
[0020][0021]所述代表本体溶液中添加剂的浓度，θ
add
代表添加剂的局部覆盖率，代表添加剂的饱和覆盖率，K
add
代表添加剂的吸附系数；γ
add
为γ
add
为添加剂的消耗系数，是根据拟合曲线方程对添加剂吸附动力学方程做的数学变形，
[0022]基于同一专利技术构思的，本专利技术还提供了一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建系统，所述构件系统具体包括旋转圆盘电极设备、电化学工作站、计算机、五口电解槽、铂金对电极和银、氯化银参比电极；
[0023]所述旋转圆盘电机设备、电化学工作站、五口电解槽、铂金对电极和银、氯化银参比电极形成电化学工作站
‑
旋转圆盘电极测量系统，用于测定不同电势作用下、不同浓度添加剂的电流密度；
[0024]所述计算机，用于获取所述电化学工作站
‑
旋转圆盘电极测量系统的检测数据，通过数学建模和数据拟合构建添加剂的本构方程。
[0025]有益效果：
[0026](1)本专利技术提出了基于实验样本数据通过数据拟合开发添加剂本构模型的方法，通过科学的电化学测量实验所测得的样本数据真实而准确，通过大量样本数据拟合得到的本构模型科学而严谨。相对于反馈优化建模方法，本专利技术中基于电化学测量的实验方法，实验步骤更简单，成本更低；本专利技术基于大量样本数据拟合得到的本构方程可靠性更高；并且采用数据拟合更直观、更科学。
[0027](2)本专利技术提出了用归一化电流密度表征抑制剂覆盖率的模型方法，使得添加剂
覆盖率这一微观参量能够通过实验手段准确、直观地测量，使得获得的本构方程
[0028]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例提供的一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法的流程图；
[0031]图2为本专利技术实施例提供的电镀基础液中注入抑制剂前、后的电流
‑
时间曲线；
[0032]图3为本专利技术实施例提供的电镀基础液中注入整平剂前、后的电流
‑
时间曲线；
[0033]图4为本专利技术实施例提供的电镀基础液中注入加速剂前、后的电流
‑
时间曲线；
[0034]图5为本专利技术实施例提供的不同电势下，归一化电流密度随抑制剂浓度的变化；
[0035]图6为本专利技术实施例提供的不同电势下，归一化电流密度随整平剂浓度的变化；
[0036]图7为本专利技术实施例提供的不同电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法，其特征在于，具体包括：S1:对电极进行预处理；配置电镀基础液和待测试添加剂，并将稀释后的电镀基础液注入五口电解池；S2:连接电解池电路，在不同电势作用下采用计时安培法测量添加剂加入前后电镀基础液的电流
‑
时间曲线；S3:根据所述电流
‑
时间曲线对电流密度进行归一化处理，获得所述添加剂的覆盖率；S4:拟合不同电势下添加剂覆盖率随添加剂浓度的变化规律，并根据添加剂的吸附动力学构建本构方程。2.根据权利要求1所述的TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法，其特征在于，所述添加剂包括抑制剂、整平剂和加速剂。3.根据权利要求1所述的TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中对电极进行预处理过程具体包括：将电极进行抛光，去除电极表面的氧化层；将抛光后的电极先后进行超声清洗、无水乙醇浸泡、超声清洗获得预处理电极。4.根据权利要求1所述的TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S2中的电势设置为0.5V、0.53V、0.55V和0.6V。5.根据权利要求1所述的TSV电镀填充添加剂本构模型的构建方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：根据巴特勒
‑
沃尔默方程式，可知阴极表面电流密度的变化反映了添加剂的覆盖率；通过计时...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱文辉，王峰，吴厚亚，
申请(专利权)人：长沙安牧泉智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：