CN103225101A - 一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法及其应用,属于硅通孔电镀铜沉积技术领域。其将待电镀的带有垂直硅通孔的晶圆浸没在含抑制剂和氯离子的镀液中,对所述晶圆通上电流;然后检测晶圆表面无垂直硅通孔处的一点的电势;在所述镀液中加入整平剂,再次检测该点电势;对比前后测得的该点电势,若所测加入整平剂后的电势比未加整平剂时的电势降低,则判定为所加整平剂对电镀铜有抑制效果。对于不同浓度的整平剂和不同类别的整平剂的抑制作用均可通过此方法判断。本发明的优点是:本发明对TSV电镀铜添加剂配比及晶圆表层过电镀的抑制具有指导作用,能促进TSV电镀铜工艺研发,且具有简易、快速、准确等优点。

Description

一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法及其应用,属于硅通孔电镀铜沉积技术领域。
背景技术
目前,硅通孔垂直互连技术在微电子封装领域应用愈来愈广泛,垂直硅通孔TSV填充技术在TSV互连技术中占有重要一环,而TSV的完全填充技术绝大程度依赖于添加剂的作用,当前,根据添加剂的作用不同,可大致分三种,分别是:加速剂、抑制剂和整平剂,根据现有文献资料可知,整平剂能在电流密度较高的地方吸附,使得金属离子得以在电流密度较低的地方沉积,因此工件表面凹处可以整平,而整平剂的不同,其整平及抑制强弱效果亦不同。因此需要一种方法,快速判断某种整平剂的抑制铜沉积效果,从而对TSV电镀铜过程中添加剂配比起到指示作用,进而有助于提高电镀铜填孔技术研发效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种快速评价整平剂抑制铜沉积效果的判定方法,其实验操作简单易行。
按照本发明提供的技术方案,一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,步骤如下:
(1)电镀系统的准备:取待电镀的带有垂直硅通孔的晶圆(1)浸没在含抑制剂和氯离子的硫酸铜或甲基磺酸铜镀液(2)中;其中抑制剂的浓度为10-1500mg/L、氯离子浓度为0.01-100mg/L、有机酸或者无机酸的浓度10-200g/L、铜离子浓度为0.1-100g/L;
(2)第一次电势测定:对晶圆(1)通电,电压为0.1-0.3V;在晶圆(1)上无垂直硅通孔上选取一点A,采用探测仪器测量A点电势,记录读数;
(3)第二次电势测定:在渡液(2)中加入整平剂,通电后再次测定A点电势,记录度数;若加入整平剂后的电势比步骤(2)记录的未加整平剂时的电势降低,则判定为所加整平剂对电镀铜有抑制效果。
所述探测仪器为电势探测针(3)。
所述有机酸或无机酸为硫酸、链烷硫酸和链烷醇硫酸中的一种或多种的混合物。
所述抑制剂为聚乙二醇、聚乙二醇共聚物、聚丙二醇中的一种;
所述聚乙二醇共聚物为聚乙二醇-甘油醚或聚乙二醇-二烃基醚。
所述整平剂为聚亚烷基亚胺、烷基咪唑啉化合物、金胺及其衍生物或贾纳斯绿的有机染料中的一种,浓度范围为5-1000mg/L;
所述贾纳斯绿的有机染料为烟鲁绿B。
所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,步骤(2)、(3)所述晶圆(1)上无垂直硅通孔上A点指晶圆(1)表面距离垂直硅通孔大于或等于1μm以外的一点的正上方5-100μm处。
随着步骤(3)中加入的整平剂浓度逐渐增大,当步骤(3)所测得的A点电势读数随整平剂浓度增加不再减少时,所得读数即为整平剂最大抑制浓度值。
步骤(3)中加入不同的整平剂,其浓度均为该整平剂最大抑制浓度值,分别测量A点所得电势,变化量大者,即判定该整平剂抑制作用强。
本发明具有如下优点:本发明采用的方法,在通上电流以后,根据所测电位关系可直接判断整平剂对晶圆表面电镀铜的抑制效果,对TSV电镀铜添加剂配比及晶圆表层过电镀的抑制具有指导作用,能促进TSV电镀铜工艺研发,且具有简易、快速、准确等优点。
附图说明
图1是未添加整平剂的检测状态图。
图2是加入整平剂的检测状态图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,步骤如下:
(1)电镀系统的准备:取待电镀的带有垂直硅通孔的晶圆(1)浸没在含抑制剂和氯离子的硫酸铜或甲基磺酸铜镀液(2)中;其中抑制剂的浓度为10-1500mg/L、氯离子浓度为0.01-100mg/L、有机酸或者无机酸的浓度10-200g/L、铜离子浓度为0.1-100 g/L;
所述有机酸或无机酸为硫酸。所述抑制剂为聚乙二醇。
(2)第一次电势测定:对晶圆(1)通电,电压为0.1-0.3V;在晶圆(1)上无垂直硅通孔上选取一点A,采用探测仪器测量A点电势,记录读数;
(3)第二次电势测定:如图2所示,在渡液(2)中加入整平剂,通电后再次测定A点电势,记录读数;若加入整平剂后的电势比步骤(2)记录的未加整平剂时的电势降低,则判定为所加整平剂对电镀铜有抑制效果。
通过对比前后A点的电势分析:若加入整平剂后,A点电势较未加时无较大变化(电势变化范围小于0.002V),说明此整平剂对电镀铜抑制效果不明显,若加入整平剂后,A点电势有较大减少(电势变化范围大于0.002V),说明其抑制作用较明显。对不同整平剂,电势变化量越大,抑制效果越强。
实施例2
步骤同实施例1。
铜镀液含0.5mol/L的甲基磺酸铜,10mg/L氯离子,聚乙二醇200mg/L;TSV孔径4μm,深10μm。加载阴阳极电压0.1V。在距离任意TSV孔口外10μm的一点正上方10μm处的A点进行电位检测。
在未加任何添加剂的情况下,测得A点电势为0.0514 V;此时,加入40mg/L整平剂PEI(聚乙烯亚胺),再次测得A点电势为0.0455 V,即可知,整平剂PEI对电镀过程具有抑制作用。
实施例3
步骤同实施例2。
随着整平剂PEI浓度的增大,测得A点电势逐渐趋于稳定值0.0358V,得知在此镀液条件下,其临界饱和浓度值约为130mg/L,亦即该种整平剂的最大抑制作用的浓度值。
实施例4
步骤同实施例2。
在与实施例2同等条件下,取同等浓度的整平剂JGB(烟鲁绿B)和PEI,测得JGB加入后电势为0.0464V。
由此可知,通过简便测试电势值,即可知整平剂PEI具有较大抑制作用且可获得其临界饱和浓度值;而同等浓度下,整平剂PEI比JGB抑制作用强。所知结论对电镀中的添加剂研究具有指示作用。

Claims (8)

1.一种整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,其特征是步骤如下:
(1)电镀系统的准备:取待电镀的带有垂直硅通孔的晶圆(1)浸没在含抑制剂和氯离子的硫酸铜或甲基磺酸铜镀液(2)中;其中抑制剂的浓度为10-1500mg/L、氯离子浓度为0.01-100mg/L、有机酸或者无机酸的浓度10-200g/L、铜离子浓度为0.1-100g/L;
(2)第一次电势测定:对晶圆(1)通电,电压为0.1-0.3V;在晶圆(1)上无垂直硅通孔上选取一点A,采用探测仪器测量A点电势,记录读数;
(3)第二次电势测定:在渡液(2)中加入整平剂,通电后再次测定A点电势,记录度数;若加入整平剂后的电势比步骤(2)记录的未加整平剂时的电势降低,则判定为所加整平剂对电镀铜有抑制效果。
2.如权利要求1所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,其特征是:所述探测仪器为电势探测针(3)。
3.如权利要求1所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,其特征是:所述有机酸或无机酸为硫酸、链烷硫酸和链烷醇硫酸中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求1所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,其特征是:所述抑制剂为聚乙二醇、聚乙二醇共聚物、聚丙二醇中的一种;
所述聚乙二醇共聚物为聚乙二醇-甘油醚或聚乙二醇-二烃基醚。
5.如权利要求1所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,其特征是:所述整平剂为聚亚烷基亚胺、烷基咪唑啉化合物、金胺及其衍生物或贾纳斯绿的有机染料中的一种,浓度范围为5-1000mg/L;
所述贾纳斯绿的有机染料为烟鲁绿B。
6.如权利要求1所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法,其特征是:步骤(2)、(3)所述晶圆(1)上无垂直硅通孔上A点指晶圆(1)表面距离垂直硅通孔大于或等于1μm以外的一点的正上方5-100μm处。
7.权利要求1所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法的应用,其特征是:随着步骤(3)中加入的整平剂浓度逐渐增大,当步骤(3)所测得的A点电势读数随整平剂浓度增加不再减少时,所得读数即为整平剂最大抑制浓度值。
8.权利要求7所述整平剂抑制铜沉积所得效果的判定方法的应用,其特征是:步骤(3)中加入不同的整平剂,其浓度均为该整平剂最大抑制浓度值,分别测量A点所得电势,变化量大者,即判定该整平剂抑制作用强。
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