[发明专利]用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀铜溶液及电镀方法

权利要求书

1.一种用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀铜溶液，其特征在于，按照浓度包括以下组分：

五水硫酸铜：100-250g/L

浓硫酸：40-80g/L

氯离子：30-50mg/L

3-硫-异硫脲丙磺酸内盐:1-5mg/L

壬基酚聚氧乙烯基醚：50-100mg/L

吩嗪染料：40-80mg/L

DI纯水：余量；

上述组分均匀混合后形成该电镀铜溶液；

晶圆片进行电镀之前，需由前处理溶液进行真空处理；所述前处理溶液为DI纯水，将晶圆片采用电镀挂具安装好后在真空设备中用DI纯水抽真空5-10min；抽真空后在该电镀铜溶液中进行电镀；

该吩嗪染料是添加剂体系中最重要的一环，主要作用是通过吸附在电流密度大的区域，降低超级TSV盲孔孔口的电位，使铜可以在电流密度更低的盲孔孔底进行电镀，形成bottom-up生长模式。

2.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀铜溶液，其特征在于，所述壬基酚聚氧乙烯基醚浓度为60-80mg/L，主要作用是降低槽液表面张力，增加润湿效果，可以使铜层有序的电镀到超级TSV盲孔内的种子层上。

3.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀铜溶液，其特征在于，所述五水硫酸铜浓度为200-240g/L，是溶液中铜离子的主要来源；所述浓硫酸优先的浓度为40-60g/L，可以提高溶液的导电性。

4.根据权利要求1所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀铜溶液，其特征在于，所述氯离子浓度为40-50mg/L，氯离子由二水合氯化铜、氯化钠或盐酸中的一种或多种提供，可以提高晶圆表面光亮和整平能力，改善铜层质量；所述3-硫-异硫脲丙磺酸内盐优先的浓度为2-4mg/L，主要作用是起到加速镀铜的效果，并且使铜层表面光亮。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的电镀铜溶液用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀方法，其特征在于，该电镀方法为：

将晶圆片固定在阴极电镀挂具上，用前处理溶液DI纯水抽真空后；前处理溶液的处理作用是DI纯水进入盲孔内，利用真空负压使晶圆片盲孔内空气排出，防止因为空气在盲孔底部出现卡气泡现象影响电镀效果；

将抽真空后的晶圆片放置在电镀铜溶液槽中进行搅拌、循环和摇摆操作，加速电镀铜溶液流动，使溶液中铜离子以及超级TSV盲孔中的溶液不停交换，确保镀液在通孔孔壁有足够的铜离子供应；

电镀交换完成后，开启电源进行电镀，根据超级TSV盲孔的纵横比来调整电流密度及时间；

该电镀铜溶液可以填充纵横比为5:1-10:1的孔型，且呈bottom-up生长模式电镀，孔内完整填充，孔内无空洞、夹缝，可以提高芯片堆叠时的信号传输。

6.根据权利要求5所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀方法，其特征在于，抽真空时间在5-10min之间；电镀交换时间在5-10min之间，电镀时电流密度在0.1-0.3A/dm²之间，温度在15-35℃之间，搅拌速率在100-200r/min之间。

7.根据权利要求6所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀方法，其特征在于，电镀交换时间在5-10min之间的主要作用是使溶液中主要成分进入超级TSV盲孔内；搅拌速率影响溶液中离子交换速度。

8.根据权利要求6所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀方法，其特征在于，所述电流密度在0.1-0.3A/dm²之间，电流密度决定超级TSV的填充效果，主要呈Bottom-up生长模式，电流密度过小则无法填充，电流密度过大则导致超级TSV孔口封口，电流密度主要通过盲孔纵横比来确定。

9.根据权利要求5所述的用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀方法，其特征在于，前处理操作还包括喷淋、超声的工艺。