[发明专利]在铜互连甲基磺酸铜镀液中添加Fe2+和Fe3+的电镀方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装技术领域，具体涉及一种在铜互连甲基磺酸铜镀液中添加Fe²⁺和Fe³⁺的电镀方法。

背景技术

基于硅通孔的TSV三维叠层封装是封装技术发展的必然趋势。目前TSV通孔填充的研究重点已经从无孔隙填充转到高速，高质量，低成本填充上来。本发明方法中采用甲基磺酸铜体系已经提高了通孔填充速度。但是，与硫酸铜体系一样，面临着添加剂的氧化消耗，夹杂和铜阳极带来的一系列问题。Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对可以控制电极电位，防止添加剂氧化夹杂，使惰性电极的应用成为可能，降低镀液中的磷含量，减少杂质；并且通过Fe³⁺浓度控制，利用通孔内外电流效率的差别可提高镀液的超填充能力，降低添加剂的使用。但是氧化还原对在TSV通孔电镀中尤其是是甲基磺酸铜体系中的应用及其对其他有机添加剂的影响，对通孔填充效果和镀层质量的影响还亟待深入研究。本发明通过研究Fe²⁺和Fe³⁺对电极过程动力学、添加剂作用和镀层性能特别是应力的影响，明确镀层应力与杂质之间的关系，提高镀液的超填充能力，提高镀层可靠性，降低成本。

发明内容

针对现有镀铜填充技术存在的上述问题，本发明提供了一种在铜互连甲基磺酸铜镀液中添加Fe²⁺和Fe³⁺的电镀方法。本发明在镀液中增加了Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对与PEG和SPS进行组合，从而加快通孔内部铜的沉积速率并能够更加有效抑制表面铜的沉积，进而实现无缺陷填充并降低表面镀铜的厚度,方便后续处理过程。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种在铜互连甲基磺酸铜镀液中添加Fe²⁺和Fe³⁺的电镀方法，包括以下步骤：

步骤（1）将带有TSV通孔的硅片放在前处理液中进行超声波前处理；

步骤（2）将所述经过前处理的硅片浸入到含Cu²⁺、Cl^-和甲基磺酸的酸性甲基磺酸铜电镀液中，所述酸性甲基磺酸铜电镀液的pH值为0～4；

步骤（3）将添加剂PEG、SPS、JGB和Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对进行预混合，静置，获得预混合的添加剂溶液，将所述预混合的添加剂溶液注入所述酸性甲基磺酸铜电镀液中，经过搅拌混合后，在恒定工作电流下进行电镀，同时在电镀过程中使电镀液通过装有高纯铜颗粒的电解槽。

优选的，步骤（1）中，所述超声波前处理的时间为2min。

优选的，步骤（2）中，所述酸性甲基磺酸铜电镀液的Cu²⁺浓度为110g/L、Cl^-浓度为50ppm、甲基磺酸浓度为15g/L。

优选的，步骤（3）中，添加剂PEG、SPS、JGB和Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对进行预混合后的静置时间为3小时。

优选的，步骤（3）中，电镀过程在10mA/cm²的恒定工作电流下进行电镀，增加了Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对在阴极表面发生还原反应使铜离子沉积电流减小从而降低了TSV通孔口周围铜离子的沉积速率。

优选的，步骤（3）中，电镀过程采用尺寸固定的不溶惰性电极，避免了使用电解铜阳极会引入杂质。

优选的，步骤（3）中电镀过程中电镀液通过装有高纯铜粒的电解槽，补充消耗的铜离子和Fe²⁺离子，延长电镀液寿命。

更优选的，沉积铜中的杂质减少，将镀层内应力降低到10MPa以下，从而得到性能更加稳定的TSV互联器件。