[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

说明书

本发明公开了一种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，按照浓度包括以下组分：五水浓硫酸铜：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。本发明超级TSV以bottom‑up形式生长，解决现有超级TSV填充出现空洞、夹缝等问题，可以有效防止因为空洞导致信号传输不稳定、电阻大、功率损耗过多等缺点。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种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。

背景技术

随着集成电路制造技术进入数十纳米阶段，更细更长的金属互连线的电容电阻延迟已无法忽略。业界普遍采用电阻率更低的铜和介电常数更低的低介电常数介质来降低互连线的RC延迟。IBM公司在1997年宣布了一项互连技术的重大变革-铜互连大马士革工艺，目前主要应用于国际上铜布线技术路线采用的嵌入式工艺。此工艺可以在盲孔中能够沉积出无空洞和无裂缝的铜填充，使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片制件的互连线最短、外形尺寸最小，并且改善芯片速度和低功耗的性能。

电镀是完成超级TSV铜互连线的主要工艺。由于超级TSV电镀铜要求晶圆面铜厚度均匀以及电流密度不均匀的微小局部区域能够同时传输差异很大的电流密度，再加上集成电路特征尺寸不断缩小和纵横比增大，盲孔的填充效果和镀层质量很大程度上取决于电镀液的化学性能。有机添加剂是改善电镀液性能非常关键的因素，填充性能与添加剂的成份和浓度密切相关，关于添加剂的研究一直是电镀铜工艺的重点之一。

目前超级TSV铜互连材料的研发技术难点在于盲孔内电镀铜是呈现等壁生长，即孔壁和孔底厚度一致，随着时间延长盲孔内的铜材料逐渐闭合，但是这样会造成盲孔内出现空洞，夹缝等缺陷，严重影响高频信号传输性能，解决这个问题的最佳方法是令超级TSV铜互连材料从孔底自下而上的形式生长，通过调控时间以及电流密度控制电镀铜互连材料的高度，最终达到高效密封导通的铜材料。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种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，解决现有超级TSV填充出现空洞、夹缝等问题，可以有效防止因为空洞导致信号传输不稳定、电阻大、功率损耗过多等缺点，进一步提高电子产品的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供一种用于晶圆级封装超级TSV铜互连材料的电镀铜溶液，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。

其中，所述壬基酚聚氧乙烯基醚优先的浓度为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。