KR102423936B1 - Electrolytic copper plating solution and charging method of silicon through-electrode using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리 전해질; 및 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제;를 포함하는 전해 구리 도금액을 제공한다:
[화학식 1]
이때,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다. The present invention is a copper electrolyte; and a leveling agent represented by the following Chemical Formula 1; provides an electrolytic copper plating solution comprising:
[Formula 1]
At this time,
A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
Description
본 발명은 실리콘 관통전극 충전용 전해 구리 도금액에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 신규한 평탄제를 포함하는 전해 구리 도금액 및 이를 이용하여 결함(void)없이 실리콘 관통전극을 충전하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolytic copper plating solution for charging a silicon through-electrode, and more particularly, to an electrolytic copper plating solution containing a novel leveling agent and a method for charging a through-silicon electrode without defects using the same.
초기의 스택 패키지는 금속와이어를 통하여 전기적인 신호 교환이 이루어지기 때문에, 동작속도가 느리고, 많은 수의 와이어가 사용되면서 스택된 각 칩의 전기적 특성 열화가 발생되는 취약점을 가지고 있다. 또한, 스택 패키지는 금속와이어의 연결을 위해 기판에 추가 면적이 요구되는 것으로 인해 전체 크기가 크며, 스택된 반도체 칩들 간에 와이어 본딩을 하기 위한 갭(Gap)이 요구되므로 전체 두께가 두껍다. Since the initial stack package exchanges electrical signals through metal wires, the operation speed is slow, and as a large number of wires are used, electrical characteristics of each stacked chip are deteriorated. In addition, the overall size of the stack package is large because an additional area is required on the substrate for connection of the metal wire, and since a gap for wire bonding between stacked semiconductor chips is required, the overall thickness is thick.
이에, 상기 금속와이어를 이용한 스택 패키지의 문제를 극복함과 동시에 전기적인 특성 열화 방지 및 소형화가 가능하도록 관통전극(Through electrode)을 이용한 스택 패키지 구조가 제안되었다. 이러한 웨이퍼는 하나 이상의 큰 직경의 비아(via)를 포함하도록 설계될 수 있다. 이러한 종류의 비아 구조는 "실리콘 관통전극 비아(through silicon via, TSV)"로 알려져 있다. TSV를 구비하면, 3차원적 웨이퍼 적층 내에서 서로 결합된 2개 이상의 웨이퍼 간의 전기 상호 접속을 가능하게 한다. 따라서, TSV는 3차원적 집적 회로의 매우 중요한 구성요소이며, RF 장치, MEMS, CMOS 이미지 센서, Flash 메모리, DRAM, SRAM, 아날로그 장치, 및 로직 장치에서 발견될 수 있다. 이러한 TSV를 충전하는 방법으로 주로 전해도금이 사용된다.Accordingly, a stack package structure using a through electrode has been proposed to overcome the problem of the stack package using the metal wire and to prevent deterioration of electrical properties and to reduce the size. Such wafers may be designed to include one or more large diameter vias. This type of via structure is known as "through silicon via (TSV)". The incorporation of a TSV enables electrical interconnection between two or more wafers bonded together within a three-dimensional wafer stack. Therefore, TSVs are a very important component of three-dimensional integrated circuits, and can be found in RF devices, MEMS, CMOS image sensors, Flash memories, DRAMs, SRAMs, analog devices, and logic devices. Electrolytic plating is mainly used as a method of charging such a TSV.
이에, 실리콘 기판에 관통전극을 형성하는 방법에 관한 것으로 대한민국 공개특허공보 제 10-2015-0099392 호(이하 인용문헌 1이라 한다)에 따르면, 무전해 도금방법에 의해 구리에 대한 확산 방지층을 형성한 후 구리 시드층을 적층하는 방법이 제안되었는데, 상기 인용문헌 1의 방법인 무전해 도금방법을 이용하여 TSV를 충전하기 위해서는 관통전극을 형성하는 시간이 오래 걸리고, 도금 공정에서 완전하게 도금이 이뤄지지 않아, 결함이 많이 생기는 문제점이 있어서, 전원공급 방법을 조정할 필요가 있었다.Accordingly, according to Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0099392 (hereinafter referred to as Citation 1), which relates to a method of forming a through electrode on a silicon substrate, a diffusion preventing layer for copper is formed by an electroless plating method. Thereafter, a method of laminating a copper seed layer has been proposed. In order to charge the TSV using the electroless plating method, which is the method of Reference 1, it takes a long time to form the through electrode, and the plating process does not complete the plating. , there is a problem that many defects occur, it was necessary to adjust the power supply method.
전해 도금이란, 외부에서 공급되는 전자를 이용하여 금속 혹은 금속 산화물을 전착하는 방법이다. 전해 도금 시스템은 일반적인 전기화학 시스템과 동일하게 전극, 전해질, 그리고 전자를 공급하는 전원으로 이루어진다. 구리 전해 도금을 위해서는 패턴이 형성되어 있는 기판을 캐소드(cathode)로 사용하고 인이 포함된 구리 혹은 불용성 물질을 애노드(anode)로 사용한다. 전해질은 기본적으로 구리 이온을 포함하고 있으며, 전해질 자체의 저항을 낮추기 위해 황산을 포함하며, 구리 이온과 첨가제의 흡착성을 개선시키기 위해 염소 이온 등을 포함한다.Electrolytic plating is a method of electrodepositing a metal or a metal oxide using electrons supplied from the outside. The electrolytic plating system consists of an electrode, an electrolyte, and a power supply that supplies electrons, just like a general electrochemical system. For copper electroplating, a substrate on which a pattern is formed is used as a cathode, and copper or an insoluble material containing phosphorus is used as an anode. The electrolyte basically contains copper ions, sulfuric acid to lower the resistance of the electrolyte itself, and chlorine ions to improve the adsorption properties of copper ions and additives.
금속 코팅으로 제품을 전해 도금하는 방법은 일반적으로 도금액 중의 두 전극 사이에 전류를 통과시키는 것을 포함하며, 이 때 전극 중 하나는 도금되는 제품이다. 대표적인 산 구리 도금액은 용해된 구리(일반적으로 황산구리) 및 도금조에 전도성을 부여하기에 충분한 양의 황산과 같은 산 전해질이 포함된다.Methods of electrolytic plating an article with a metal coating generally involve passing an electric current between two electrodes in a plating solution, wherein one of the electrodes is the article to be plated. A typical acid copper plating solution contains dissolved copper (usually copper sulfate) and an acid electrolyte such as sulfuric acid in an amount sufficient to impart conductivity to the plating bath.
더하여 금속 침착물(deposit)의 품질 및 도금의 균일성을 향상시키기 위한 독점적 첨가제를 포함한다. 여기에서 첨가제로는 가속제, 평탄제, 계면활성제, 억제제 등이 포함된다. In addition, it contains proprietary additives to improve the quality of the metal deposit and the uniformity of the plating. Here, additives include accelerators, leveling agents, surfactants, inhibitors, and the like.
상술한 전해 도금방법을 이용하여 실리콘 관통전극을 결함 없이 충전하는 방법 및 이를 위한 신규한 평탄제의 개발이 필요하다. It is necessary to develop a method for filling the silicon through-electrode without defects using the above-described electrolytic plating method and a novel leveling agent for the same.
본 발명의 일 과제는, 실리콘 관통전극을 결함 없이 충전할 수 있는 신규한 평탄제를 포함하는 전해 구리 도금액을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide an electrolytic copper plating solution including a novel leveling agent capable of filling a silicon through-electrode without defects.
본 발명의 다른 일 과제는, 상기 전해 구리 도금액을 이용하는 실리콘 관통전극의 충전방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of charging a through-silicon electrode using the electrolytic copper plating solution.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.
본 발명의 일 양태는 구리 전해질; 및 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제;를 포함하는 전해 구리 도금액을 제공한다:One aspect of the present invention is a copper electrolyte; It provides an electrolytic copper plating solution comprising a; and a leveling agent represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
이때, At this time,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다.m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 A1 및 A2는 각각 독립적으로 아지리딘, 옥시란, 티이란, 디아지리딘, 옥사지리딘, 디옥시란, 아제티딘, 옥세탄, 티에탄, 디아제티딘, 디옥세탄, 디티에탄, 피롤리딘, 티올란, 포스포란, 이미다졸리딘, 피라졸리딘, 옥사졸리딘, 이소옥사졸리딘, 티아졸리딘, 이소티 아졸리딘, 디옥솔란, 디티올란, 피페리딘, 옥산, 티안, 포스피난, 피페라진, 모르폴린, 티오모르폴린, 디옥산, 디티안, 아제판, 옥세판, 티에판, 호모피레라진, 아조칸, 옥소칸, 티오칸, 아조난, 옥소난, 티오난 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 포화 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, A 1 and A 2 are each independently aziridine, oxirane, thiirane, diaziridine, oxaziridine, dioxirane, azetidine, oxetane, thietane, diazeti Dean, dioxetane, dithiethane, pyrrolidine, thiolane, phosphorane, imidazolidine, pyrazolidine, oxazolidine, isoxazolidine, thiazolidine, isothiazolidine, dioxolane, dithiolane , piperidine, oxane, thiane, phosphinan, piperazine, morpholine, thiomorpholine, dioxane, dithiane, azepan, oxepan, thiepane, homopyrerazine, azocan, oxocan, thiocan, It may include any one or more saturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of azonane, oxonane, thionane, and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 A3는 아지린, 옥시린, 티이린, 디아지린, 아제트, 옥세트, 티에트, 디옥트, 다이티에트, 피롤, 퓨란, 티오펜, 포스폴, 이미다졸, 피라 졸, 옥소졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이소티아졸, 피리딘, 피란, 티오피란, 포스피닌, 디아진, 옥사진, 티아진, 디 옥신, 다이티인, 아제핀, 옥세핀, 티에핀, 디아제핀, 티아제핀, 아조신, 옥소신, 티오신, 아조닌, 옥소닌, 티오닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, A 3 is azirine, oxyrine, thiirine, diazirine, azet, oxet, thiet, dioct, dithiet, pyrrole, furan, thiophene, phosphole, Imidazole, pyrazole, oxoazole, isoxazole, thiazole, isothiazole, pyridine, pyran, thiopyran, phosphine, diazine, oxazine, thiazine, dioxin, dithiin, azepine, oxin Sepin, thiepin, diazepine, thiazepine, azosine, oxosine, thiosine, azonine, oxonine, thionine, and may include any one or more unsaturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of combinations thereof. .
본 발명의 일 실시예에서, 상기 m, n, 및 o의 합은 3,500 내지 6,000의 정수일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the sum of m, n, and o may be an integer of 3,500 to 6,000.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 구리 전해 도금액은 억제제 및 가속제 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the copper electrolytic plating solution may further include any one or more of an inhibitor and an accelerator.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 억제제는 폴리옥시알킬렌 글리콜, 카복시메틸셀룰로스, N-노닐페놀 폴리 글리콜 에테르, 옥탄디올 비스 글리콜 에테르, 올레산 폴리 글리콜 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜-블록-폴리프로필렌 글리콜-블록-폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 스테아릴 알코올 폴리글리콜 에테르, 스테아린산 폴리 글리콜 에스테르, 3-메틸-1-뷰타인-3-올, 3-메틸-펜텐-3-올, L-에틴닐사이클로헥사놀, 페닐 프로피놀, 3- 페닐-1-뷰타인-3-올, 프로파길 알코올, 메틸 뷰타이놀-에틸렌 옥사이드, 2-메틸-4-클로로 -3-뷰타인-2-올, 디메틸 헥사인디올, 디메틸헥사인디올-에틸렌 옥사이드, 디메틸옥타인디올, 페닐뷰타이놀, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the inhibitor is polyoxyalkylene glycol, carboxymethylcellulose, N-nonylphenol poly glycol ether, octanediol bis glycol ether, oleic acid poly glycol ester, polyethylene glycol, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol -block-polypropylene glycol-block-polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, stearyl alcohol polyglycol ether, stearic acid polyglycol ester, 3-methyl-1-butane-3-ol, 3-methyl-pentene -3-ol, L-ethynylcyclohexanol, phenyl propynol, 3-phenyl-1-butyn-3-ol, propargyl alcohol, methyl butynol-ethylene oxide, 2-methyl-4-chloro - From the group consisting of 3-butane-2-ol, dimethyl hexaindiol, dimethylhexaindiol-ethylene oxide, dimethyloctanediol, phenylbutinol, 1,4-butanediol diglycidyl ether, and combinations thereof It may include any one or more selected.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가속제는 O-에틸디티오카보네이토)-S-(3-설포프로필)-에스테르, 3 - [(아미노-이미노메틸)-티올]-1-프로판 술폰산, 3-(벤조티아졸-2-머캅토)-프로필 술폰산, 소디움 비스-(술포프로필)-디설파이드, N, N-디메틸 디티오카바마일 프로필 술폰산, 3,3-티오비스(1-프로판 술폰산), 2-히드록시-3-[트리스(히드록시메틸)메틸아미노]-1-프로판 술폰산, 소디움 2,3-디머캡토프로판 술폰산, 3-머캅토 -1-프로판 설폰산, N,N-비스(4-설포부틸)-3,5-디메틸아닐린, 소디움 2-머캅토-5- 벤지이미다졸 술폰산, 5,5'-디티오비스(2-니트로 벤조산), DL-시스테인, 4-머캅토-벤젠 설폰산, 5-머캅토-1H-테트라졸-1-메탄 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the accelerator is O-ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester, 3-[(amino-iminomethyl)-thiol]-1-propane sulfonic acid , 3-(benzothiazole-2-mercapto)-propyl sulfonic acid, sodium bis-(sulfopropyl)-disulfide, N, N-dimethyl dithiocarbamyl propyl sulfonic acid, 3,3-thiobis (1-propane sulfonic acid) ), 2-hydroxy-3-[tris(hydroxymethyl)methylamino]-1-propane sulfonic acid, sodium 2,3-dimercaptopropane sulfonic acid, 3-mercapto-1-propane sulfonic acid, N,N- Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline, sodium 2-mercapto-5-benzimidazole sulfonic acid, 5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid), DL-cysteine, 4-mercapto It may include any one or more selected from the group consisting of -benzene sulfonic acid, 5-mercapto-1H-tetrazole-1-methane sulfonic acid, and combinations thereof.
본 발명의 일 양태는 비아를 구비하는 실리콘 관통전극을 구리 전해질 및 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제를 포함하는 구리 도금액에 침지시키는 단계; 상기 평탄제가 상기 실리콘 관통전극의 비아의 측면 상부에 코팅되도록 제 1 전류를 인가하는 제 1 전류 인가단계; 상기 제 1 전류보다 낮은 제 2 전류를 인가하여, 상기 비아의 바닥에 상기 구리 전해질의 도금막을 형성하는 제 2 전류 인가단계; 및 상기 제 1 전류보다 높은 제 3 전류를 인가하여, 상기 구리 전해질의 도금막 위에서부터, 상기 비아의 입구까지 상기 구리 전해질이 충전되는 제 3 전류 인가단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 관통전극의 충전방법을 제공한다:In one aspect of the present invention, a method comprising: immersing a silicon through-electrode having a via in a copper plating solution including a copper electrolyte and a leveling agent represented by the following Chemical Formula 1; a first current application step of applying a first current so that the planarizer is coated on the upper side of the via of the silicon through-electrode; a second current applying step of applying a second current lower than the first current to form a plating film of the copper electrolyte on the bottom of the via; and a third current applying step in which the copper electrolyte is charged from the plating film of the copper electrolyte to the inlet of the via by applying a third current higher than the first current. A charging method is provided:
[화학식 1][Formula 1]
이때, At this time,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다.m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 전류 인가단계에서, 인가되는 제 1 전류의 전류밀도는 0.5 ASD 내지 2.0 ASD일 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the first current applying step, the current density of the first applied current may be 0.5 ASD to 2.0 ASD.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 전류 인가단계에서, 인가되는 제 2 전류의 전류밀도는 0.1 ASD 내지 0.5 ASD일 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the step of applying the second current, the current density of the applied second current may be 0.1 ASD to 0.5 ASD.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 3 전류 인가단계에서, 인가되는 제 3 전류의 전류 밀도는 1 ASD 내지 8 ASD일 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the third current applying step, the current density of the applied third current may be 1 ASD to 8 ASD.
본 발명의 일 실시예에 따른 전해 구리 도금액 및 이를 이용한 실리콘 관통전극의 충전방법은 종래의 실리콘 관통전극 충전에 사용되는 전류 인가조건과 비교하여, 강한 전류를 인가하는 제 1 전류 인가단계를 포함한 3 단계 전류인가 방식을 이용하는 바, 상기 제 1 전류 인가단계에서, 상기 전해 구리 도금액에 포함되는 평탄제를 상기 실리콘 관통전극의 비아의 측면 상부에 집중적으로 코팅될 수 있도록 하여, 이후, 제 2 및 제 3 전류 인가단계에서 충전되는 구리도금의 결함을 감소시키고, 충전 시간을 단축 시킬 수 있다. 따라서, 제조된 실리콘 관통전극의 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 공정 운영시간을 줄여 비용을 절감할 수 있다. The electrolytic copper plating solution according to an embodiment of the present invention and a method of charging a through-silicon electrode using the same include a first current application step of applying a strong current compared to the current application condition used for charging a conventional through-silicon electrode. A step current application method is used, so that, in the first current application step, the planarizer included in the electrolytic copper plating solution is intensively coated on the upper side of the via of the silicon through electrode, and then, the second and second 3 It is possible to reduce defects in the copper plating charged in the current application step and shorten the charging time. Accordingly, the reliability of the manufactured TSV can be improved, and the cost can be reduced by reducing the process operation time.
나아가, 본 발명의 전해 구리 도금액은 신규한 평탄제를 포함함으로써, 고 전류밀도를 인가하여 충전 속도를 증가시켜도 결함 없이 실리콘 관통전극의 비아의 충전이 이루어 질 수 있다. Furthermore, since the electrolytic copper plating solution of the present invention contains a novel leveling agent, the vias of the silicon through-electrode can be filled without defects even when the charging rate is increased by applying a high current density.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and it should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 실리콘 관통전극의 비아의 단면 이미지이다.
도 3은 상기 도 2의 일 실시예 및 비교예의 공정조건을 다르게 설정하였을 때의 실리콘 관통전극의 비아의 단면 이미지이다.1 is a flowchart of a method for charging a through-silicon electrode according to the present invention.
2 is a cross-sectional image of a via of a silicon through-electrode according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
3 is a cross-sectional image of a via of a silicon through-electrode when the process conditions of the embodiment and the comparative example of FIG. 2 are set differently.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in several different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist unless otherwise stated. It is to be understood that this does not preclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명의 일 양태는 구리 전해질; 및 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제;One aspect of the present invention is a copper electrolyte; and a leveling agent represented by the following Chemical Formula 1;
를 포함하는 전해 구리 도금액을 제공한다:It provides an electrolytic copper plating solution comprising:
[화학식 1][Formula 1]
이때, At this time,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다. m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
전해 도금이란, 외부에서 공급되는 전자를 이용하여 금속 혹은 금속 산화물을 전착하는 방법이다. 전해 도금 시스템은 일반적인 전기화학 시스템과 동일하게 전극, 전해질, 그리고 전자를 공급하는 전원으로 이루어진다. 구리 전해 도금을 위해서는 패턴이 형성되어 있는 기판을 캐소드(cathode)로 사용하고 인이 포함된 구리 혹은 불용성 물질을 애노드(anode)로 사용한다. 전해질은 기본적으로 구리 이온을 포함하고 있으며, 전해질 자체의 저항을 낮추기 위해 황산을 포함하며, 구리 이온과 첨가제의 흡착성을 개선시키기 위해 염소 이온 등을 포함한다.Electrolytic plating is a method of electrodepositing a metal or a metal oxide using electrons supplied from the outside. The electrolytic plating system consists of an electrode, an electrolyte, and a power supply that supplies electrons, just like a general electrochemical system. For copper electroplating, a substrate on which a pattern is formed is used as a cathode, and copper or an insoluble material containing phosphorus is used as an anode. The electrolyte basically contains copper ions, sulfuric acid to lower the resistance of the electrolyte itself, and chlorine ions to improve the adsorption properties of copper ions and additives.
제품을 금속으로 코팅하기 위한 전해 도금방법은 일반적으로 코팅하고자 하는 금속을 포함하는 도금액 중의 두 전극 사이에 전류를 통과시키는 것을 포함하며, 이 때 전극 중 하나는 도금되는 제품이다. 대표적인 산 구리 도금액은 용해된 구리(일반적으로 황산구리), 조에 전도성을 부여하기에 충분한 양의 황산과 같은 산 전해질이 포함된다. 더하여 금속 침착물(deposit)의 품질 및 도금의 균일성을 향상시키기 위한 독점적 첨가제를 포함한다. 여기에서 첨가제로는 가속제, 평탄제, 계면활성제, 억제제 등이 포함될 수 있다. An electrolytic plating method for coating a product with a metal generally includes passing an electric current between two electrodes in a plating solution containing a metal to be coated, wherein one of the electrodes is a product to be plated. A typical acid copper plating solution includes dissolved copper (usually copper sulfate), an acid electrolyte such as sulfuric acid in an amount sufficient to impart conductivity to the bath. In addition, it contains proprietary additives to improve the quality of the metal deposit and the uniformity of the plating. Here, the additive may include an accelerator, a leveling agent, a surfactant, an inhibitor, and the like.
본 발명의 전해 도금액은 구리 전해질 및 평탄제를 포함하고, 이때, 상기 전해 구리 도금액에 구리 전해질의 저항을 낮추기 위하여 황산을 더 포함할 수 있고, 평탄제의 흡착성을 개선하기 위하여 염소 이온을 더 포함할 수 있다.The electrolytic plating solution of the present invention includes a copper electrolyte and a leveling agent, and in this case, sulfuric acid may be further included in the electrolytic copper plating solution to lower the resistance of the copper electrolyte, and chlorine ions are further included to improve the adsorption property of the leveling agent can do.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 평탄제란, 전해 도금공정에서 평활화 작용을 가지고 있는 첨가제의 일종을 의미하며, 레벨러(leveler)라고도 부른다. 상기 평활화는 작은 요철이나 조흔 등을 도금공정에서 평평하게 처리하는 것을 의미한다.In one embodiment of the present invention, the leveling agent means a kind of additive having a smoothing action in the electrolytic plating process, and is also called a leveler. The smoothing refers to flat processing of small irregularities or streaks in the plating process.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 평탄제는 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the leveling agent may be represented by the following formula (1).
[화학식 1][Formula 1]
이때, A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고, m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다.In this case, A 1 and A 2 are each independently a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus, and A 3 is one or two of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus. Including an unsaturated heterocyclic compound containing an element, X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ), and at least one of an ion group consisting of a hydroxyl group (OH), and m, n, and o are each an integer of 300 to 3,000.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 A1 및 A2는 각각 독립적으로 아지리딘, 옥시란, 티이란, 디아지리딘, 옥사지리딘, 디옥시란, 아제티딘, 옥세탄, 티에탄, 디아제티딘, 디옥세탄, 디티에탄, 피롤리딘, 티올란, 포스포란, 이미다졸리딘, 피라졸리딘, 옥사졸리딘, 이소옥사졸리딘, 티아졸리딘, 이소티 아졸리딘, 디옥솔란, 디티올란, 피페리딘, 옥산, 티안, 포스피난, 피페라진, 모르폴린, 티오모르폴린, 디옥산, 디티안, 아제판, 옥세판, 티에판, 호모피레라진, 아조칸, 옥소칸, 티오칸, 아조난, 옥소난, 티오난 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 포화 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, A 1 and A 2 are each independently aziridine, oxirane, thiirane, diaziridine, oxaziridine, dioxirane, azetidine, oxetane, thietane, diazeti Dean, dioxetane, dithiethane, pyrrolidine, thiolane, phosphorane, imidazolidine, pyrazolidine, oxazolidine, isoxazolidine, thiazolidine, isothiazolidine, dioxolane, dithiolane , piperidine, oxane, thiane, phosphinan, piperazine, morpholine, thiomorpholine, dioxane, dithiane, azepan, oxepan, thiepane, homopyrerazine, azocan, oxocan, thiocan, It may include any one or more saturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of azonane, oxonane, thionane, and combinations thereof.
또한, 상기 A3는 아지린, 옥시린, 티이린, 디아지린, 아제트, 옥세트, 티에트, 디옥트, 다이티에트, 피롤, 퓨란, 티오펜, 포스폴, 이미다졸, 피라졸, 옥소졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이소티아졸, 피리딘, 피란, 티오피란, 포스피닌, 디아진, 옥사진, 티아진, 디 옥신, 다이티인, 아제핀, 옥세핀, 티에핀, 디아제핀, 티아제핀, 아조신, 옥소신, 티오신, 아조닌, 옥소닌, 티오닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. In addition, A 3 is azirine, oxyrine, thiirin, diazirine, azet, oxet, thiet, dioct, dithiet, pyrrole, furan, thiophene, phosphole, imidazole, pyrazole, Oxosol, isoxazole, thiazole, isothiazole, pyridine, pyran, thiopyran, phosphine, diazine, oxazine, thiazine, dioxin, dithiin, azepine, oxepin, thiepin, dia It may include any one or more unsaturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of zepine, thiazepine, azosine, oxosine, thiosine, azonine, oxonine, thionine, and combinations thereof.
또한, 상기 화학식 1에서, 상기 m, n, 및 o의 합은 3,500 내지 6,000의 정수일 수 있고, 상기 평탄제의 분자량은 100 g/mol 내지 500,000 g/mol일 수 있다. In addition, in Formula 1, the sum of m, n, and o may be an integer of 3,500 to 6,000, and the molecular weight of the leveling agent may be 100 g/mol to 500,000 g/mol.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전해 구리 도금액은 억제제 및 가속제 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electrolytic copper plating solution may further include any one or more of an inhibitor and an accelerator.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가속제는 금속 표면 및 상기 가속제와 연결된 금속 이온 사이의 전자 이동을 위한 활성화 에너지를 감소시킴으로써 전자 이동을 매개하여 전해도금을 가속하며, 예를 들면, 실리콘 관통전극의 비아 내부에서의 도금 속도를 증가시키는 역할을 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the accelerator accelerates the electroplating by mediating electron movement by reducing the activation energy for electron movement between the metal surface and the metal ion connected to the metal surface, for example, through silicon. It can serve to increase the plating rate inside the via of the electrode.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가속제는 O-에틸디티오카보네이토)-S-(3-설포프로필)-에스테르((O-Ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester), 3 - [(아미노-이미노메틸)-티올]-1-프로판 술폰산(3-[(Aminoiminomethyl)-thiol]-1-propanesulfonic acid), 3-(벤조티아졸-2-머캅토)-프로필 술폰산(3-(Benzothiazolyl-2-mercapto)-propyl-sulfonic acid), 소디움 비스-(술포프로필)-디설파이드(sodium bis-(sulfopropyl)-disulfide), N, N-디메틸 디티오카바마일 프로필 술폰산(N,N-Dimethyldithiocarbamylpropyl sulfonic acid), 3,3-티오비스(1-프로판 술폰산)(3,3-Thiobis(1-propanesulfonic acid)), 2-히드록시-3-[트리스(히드록시메틸)메틸아미노]-1-프로판 술폰산(2-Hydroxy-3-[tris(hydroxymethyl) methylamino]-1-propanesulfonic acid), 소디움 2,3-디머캡토프로판 술폰산(sodium2,3-dimercaptopropanesulfonate), 3-머캅토 -1-프로판 설폰산(3-Mercapto-1-propanesulfonic acid), N,N-비스(4-설포부틸)-3,5-디메틸아닐린(N,N-Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline), 소디움 2-머캅토-5- 벤지이미다졸 술폰산(sodium 2-Mercapto-5-benzimidazolesulfonic acid), 5,5'-디티오비스(2-니트로 벤조산)(5,5′-Dithiobis(2-nitrobenzoic acid)), DL-시스테인(DL-Cysteine), 4-머캅토-벤젠 설폰산(4-Mercapto-Benzenesulfonic acid), 5-머캅토-1H-테트라졸-1-메탄 술폰산(5-Mercapto-1H-tetrazole-1-methanesulfonic acid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the accelerator is O-ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester ((O-Ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester), 3 - [(amino-iminomethyl)-thiol]-1-propanesulfonic acid (3-[(Aminoiminomethyl)-thiol]-1-propanesulfonic acid), 3-(benzothiazole-2-mercapto)-propyl sulfonic acid ( 3-(Benzothiazolyl-2-mercapto)-propyl-sulfonic acid), sodium bis-(sulfopropyl)-disulfide, N, N-dimethyl dithiocarbamyl propyl sulfonic acid (N, N-Dimethyldithiocarbamylpropyl sulfonic acid), 3,3-thiobis (1-propanesulfonic acid) (3,3-Thiobis (1-propanesulfonic acid)), 2-hydroxy-3- [tris (hydroxymethyl) methylamino] -1-propanesulfonic acid (2-Hydroxy-3-[tris(hydroxymethyl) methylamino]-1-propanesulfonic acid), sodium 2,3-dimercaptopropanesulfonate, 3-mercapto-1- Propanesulfonic acid (3-Mercapto-1-propanesulfonic acid), N,N-Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline (N,N-Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline) , Sodium 2-Mercapto-5-benzimidazolesulfonic acid, 5,5'-dithiobis (2-nitrobenzoic acid) (5,5'-Dithiobis (2-nitrobenzoic acid) )), DL-cysteine (DL-Cysteine), 4-mercapto-benzenesulfonic acid (4-Mercapto-Benzenesulfonic acid), 5-mercapto-1H-tetrazole-1-methane sulfonic acid (5-Mercapto-1H- tetrazole-1-m ethanesulfonic acid) and any one or more selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 억제제는 상기 가속제와의 표면 농도 차이에 의해서 도금 속도를 조절하여 도금을 억제하는 역할을 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the inhibitor may serve to inhibit plating by controlling the plating speed by a difference in surface concentration with the accelerator.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 억제제는 폴리옥시알킬렌 글리콜(Polyoxyalkylene glycol), 카복시메틸셀룰로스(Carboxymethylcellulose), N-노닐페놀 폴리 글리콜 에테르(N-nonylphenolpoly glycol ether), 옥탄디올 비스 글리콜 에테르(Octandiobis glycol ether), 올레산 폴리 글리콜 에스테르(Oleic acid polyglycol ester), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Polyethylene glycol dimethyl ether), 폴리에틸렌 글리콜-블록-폴리프로필렌 글리콜-블록-폴리에틸렌 글리콜(Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol), 폴리비닐 알코올(Poly vinyl alcohol), 스테아릴 알코올 폴리글리콜 에테르(Stearyl alcoholpolyglycol ether), 스테아린산 폴리 글리콜 에스테르(Stearic acidpolyglycol ester), 3-메틸-1-뷰타인-3-올(3-Methyl-l-butyne-3-ol), 3-메틸-펜텐-3-올(3-Methyl-pentene-3-ol), L-에틴닐사이클로헥사놀(L-ethynylcyclohexanol), 페닐 프로피놀(phenyl-propynol), 3- 페닐-1-뷰타인-3-올(3-Phenyl-l-butyne-3-ol), 프로파길 알코올(Propargyl alcohol), 메틸 뷰타이놀-에틸렌 옥사이드(Methyl butynol-ethylene oxide), 2-메틸-4-클로로-3-뷰타인-2-올(2-Methyl-4-chloro-3-butyne-2-ol), 디메틸 헥사인디올(Dimethyl hexynediol), 디메틸헥사인디올-에틸렌 옥사이드(Dimethylhexynediol-ethylene oxide), 디메틸옥타인디올(Dimethyloctynediol), 페닐뷰타이놀(Phenylbutynol), 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-Butandiol Diglycidyl Ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the inhibitor is polyoxyalkylene glycol, carboxymethylcellulose, N-nonylphenolpoly glycol ether, octanediol bis glycol ether (Octandiobis) glycol ether), oleic acid polyglycol ester, polyethylene glycol, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol-block-polypropylene glycol-block-polyethylene glycol (Poly(ethylene) glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, stearyl alcoholpolyglycol ether, stearic acid Stearic acidpolyglycol ester, 3-Methyl-1-butyne-3-ol, 3-Methyl-pentene-3-ol -3-ol), L-ethynylcyclohexanol, phenyl-propynol, 3-phenyl-1-butyne-3 -ol), propargyl alcohol, methyl butynol-ethylene oxide, 2-methyl-4-chloro-3-butyn-2-ol (2-Methyl-4- chloro-3-butyne-2-ol), dimethyl hexynediol, dimethyl hexaindiol-ethylene oxide (Dimethylhexynediol-ethylene oxi) de), dimethyl octanediol (Dimethyloctynediol), phenylbutynol (Phenylbutynol), 1,4-butanediol diglycidyl ether (1,4-Butandiol Diglycidyl Ether) and any one or more selected from the group consisting of combinations may include, but is not limited to.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 억제제 및 가속제의 분자량은 각각 100 g/mol 내지 100,000 g/mol일 수 있고, 상기 전해 구리 도금액 1 리터 당 0.1 mg 내지 1,000 mg의 농도로 각각 첨가될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the molecular weight of the inhibitor and the accelerator may be 100 g/mol to 100,000 g/mol, respectively, and may be added at a concentration of 0.1 mg to 1,000 mg per liter of the electrolytic copper plating solution, respectively. .
본 발명의 일 양태는 실리콘 관통전극의 충전방법을 제공한다. One aspect of the present invention provides a method of charging a through-silicon electrode.
도 1은 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method for charging a through-silicon electrode according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법은 비아를 구비하는 실리콘 관통전극을 구리 전해질 및 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제를 포함하는 구리 도금액에 침지시키는 단계(S10); 상기 평탄제가 상기 실리콘 관통전극의 비아의 측면 상부에 코팅되도록 제 1 전류를 인가하는 제 1 전류 인가단계(S20); 상기 제 1 전류보다 낮은 제 2 전류를 인가하여, 상기 비아의 바닥에 상기 구리 전해질의 도금막을 형성하는 제 2 전류 인가단계(S30); 및 상기 제 1 전류보다 높은 제 3 전류를 인가하여, 상기 구리 전해질의 도금막 위에서부터, 상기 비아의 입구까지 상기 구리 전해질이 충전되는 제 3 전류 인가단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 관통전극의 충전방법을 제공한다:Referring to FIG. 1 , the charging method of a silicon through-electrode according to the present invention includes immersing a silicon through-electrode having a via in a copper plating solution containing a copper electrolyte and a leveling agent represented by the following Chemical Formula 1 (S10); a first current application step (S20) of applying a first current so that the planarizer is coated on the upper side of the via of the silicon through-electrode; a second current applying step (S30) of applying a second current lower than the first current to form a plating film of the copper electrolyte on the bottom of the via; and a third current applying step (S40) in which the copper electrolyte is charged from the plating film of the copper electrolyte to the inlet of the via by applying a third current higher than the first current. A method of charging a through-silicon electrode is provided:
[화학식 1][Formula 1]
이때, At this time,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다.m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
먼저, 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법은 비아를 구비하는 실리콘 관통전극을 구리 전해질 및 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제를 포함하는 구리 도금액에 침지시키는 단계(S10)를 포함한다. First, the charging method of a silicon through-electrode according to the present invention includes a step (S10) of immersing a silicon through-electrode having a via in a copper plating solution containing a copper electrolyte and a planarizing agent represented by the following Chemical Formula 1 (S10).
[화학식 1][Formula 1]
이때, A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고, X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고, m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다.In this case, A 1 and A 2 are each independently a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus, and A 3 is one or two of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus. Including an unsaturated heterocyclic compound containing an element, X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ), and at least one of an ion group consisting of a hydroxyl group (OH), and m, n, and o are each an integer of 300 to 3,000.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전해 구리 도금액은 상술한 양태의 전해 구리 도금액일 수 있고, 상기 전해 구리 도금액은 억제제 및 가속제 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electrolytic copper plating solution may be the electrolytic copper plating solution of the above-described aspect, and the electrolytic copper plating solution may further include any one or more of an inhibitor and an accelerator.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 A1 및 A2는 각각 독립적으로 아지리딘, 옥시란, 티이란, 디아지리딘, 옥사지리딘, 디옥시란, 아제티딘, 옥세탄, 티에탄, 디아제티딘, 디옥세탄, 디티에탄, 피롤리딘, 티올란, 포스포란, 이미다졸리딘, 피라졸리딘, 옥사졸리딘, 이소옥사졸리딘, 티아졸리딘, 이소티 아졸리딘, 디옥솔란, 디티올란, 피페리딘, 옥산, 티안, 포스피난, 피페라진, 모르폴린, 티오모르폴린, 디옥산, 디티안, 아제판, 옥세판, 티에판, 호모피레라진, 아조칸, 옥소칸, 티오칸, 아조난, 옥소난, 티오난 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 포화 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. In an embodiment of the present invention, A 1 and A 2 are each independently aziridine, oxirane, thiirane, diaziridine, oxaziridine, dioxirane, azetidine, oxetane, thietane, diazeti Dean, dioxetane, dithiethane, pyrrolidine, thiolane, phosphorane, imidazolidine, pyrazolidine, oxazolidine, isoxazolidine, thiazolidine, isothiazolidine, dioxolane, dithiolane , piperidine, oxane, thiane, phosphinan, piperazine, morpholine, thiomorpholine, dioxane, dithiane, azepan, oxepan, thiepane, homopyrerazine, azocan, oxocan, thiocan, It may include any one or more saturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of azonane, oxonane, thionane, and combinations thereof.
또한, 상기 A3는 아지린, 옥시린, 티이린, 디아지린, 아제트, 옥세트, 티에트, 디옥트, 다이티에트, 피롤, 퓨란, 티오펜, 포스폴, 이미다졸, 피라졸, 옥소졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이소티아졸, 피리딘, 피란, 티오피란, 포스피닌, 디아진, 옥사진, 티아진, 디 옥신, 다이티인, 아제핀, 옥세핀, 티에핀, 디아제핀, 티아제핀, 아조신, 옥소신, 티오신, 아조닌, 옥소닌, 티오닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다. In addition, A 3 is azirine, oxyrine, thiirin, diazirine, azet, oxet, thiet, dioct, dithiet, pyrrole, furan, thiophene, phosphole, imidazole, pyrazole, Oxosol, isoxazole, thiazole, isothiazole, pyridine, pyran, thiopyran, phosphine, diazine, oxazine, thiazine, dioxin, dithiin, azepine, oxepin, thiepin, dia It may include any one or more unsaturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of zepine, thiazepine, azosine, oxosine, thiosine, azonine, oxonine, thionine, and combinations thereof.
또한, 상기 화학식 1에서, 상기 m, n, 및 o의 합은 3,500 내지 6,000의 정수일 수 있고, 상기 평탄제의 분자량은 100 g/mol 내지 500,000 g/mol일 수 있다. In addition, in Formula 1, the sum of m, n, and o may be an integer of 3,500 to 6,000, and the molecular weight of the leveling agent may be 100 g/mol to 500,000 g/mol.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가속제는 O-에틸디티오카보네이토)-S-(3-설포프로필)-에스테르((O-Ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester), 3 - [(아미노-이미노메틸)-티올]-1-프로판 술폰산(3-[(Aminoiminomethyl)-thiol]-1-propanesulfonic acid), 3-(벤조티아졸-2-머캅토)-프로필 술폰산(3-(Benzothiazolyl-2-mercapto)-propyl-sulfonic acid), 소디움 비스-(술포프로필)-디설파이드(sodium bis-(sulfopropyl)-disulfide), N, N-디메틸 디티오카바마일 프로필 술폰산(N,N-Dimethyldithiocarbamylpropyl sulfonic acid), 3,3-티오비스(1-프로판 술폰산)(3,3-Thiobis(1-propanesulfonic acid)), 2-히드록시-3-[트리스(히드록시메틸)메틸아미노]-1-프로판 술폰산(2-Hydroxy-3-[tris(hydroxymethyl) methylamino]-1-propanesulfonic acid), 소디움 2,3-디머캡토프로판 술폰산(sodium2,3-dimercaptopropanesulfonate), 3-머캅토 -1-프로판 설폰산(3-Mercapto-1-propanesulfonic acid), N,N-비스(4-설포부틸)-3,5-디메틸아닐린(N,N-Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline), 소디움 2-머캅토-5- 벤지이미다졸 술폰산(sodium 2-Mercapto-5-benzimidazolesulfonic acid), 5,5'-디티오비스(2-니트로 벤조산)(5,5′-Dithiobis(2-nitrobenzoic acid)), DL-시스테인(DL-Cysteine), 4-머캅토-벤젠 설폰산(4-Mercapto-Benzenesulfonic acid), 5-머캅토-1H-테트라졸-1-메탄 술폰산(5-Mercapto-1H-tetrazole-1-methanesulfonic acid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the accelerator is O-ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester ((O-Ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester), 3 - [(amino-iminomethyl)-thiol]-1-propanesulfonic acid (3-[(Aminoiminomethyl)-thiol]-1-propanesulfonic acid), 3-(benzothiazole-2-mercapto)-propyl sulfonic acid ( 3-(Benzothiazolyl-2-mercapto)-propyl-sulfonic acid), sodium bis-(sulfopropyl)-disulfide, N, N-dimethyl dithiocarbamyl propyl sulfonic acid (N, N-Dimethyldithiocarbamylpropyl sulfonic acid), 3,3-thiobis (1-propanesulfonic acid) (3,3-Thiobis (1-propanesulfonic acid)), 2-hydroxy-3- [tris (hydroxymethyl) methylamino] -1-propanesulfonic acid (2-Hydroxy-3-[tris(hydroxymethyl) methylamino]-1-propanesulfonic acid), sodium 2,3-dimercaptopropanesulfonate, 3-mercapto-1- Propanesulfonic acid (3-Mercapto-1-propanesulfonic acid), N,N-Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline (N,N-Bis(4-sulfobutyl)-3,5-dimethylaniline) , Sodium 2-Mercapto-5-benzimidazolesulfonic acid, 5,5'-dithiobis (2-nitrobenzoic acid) (5,5'-Dithiobis (2-nitrobenzoic acid) )), DL-cysteine (DL-Cysteine), 4-mercapto-benzenesulfonic acid (4-Mercapto-Benzenesulfonic acid), 5-mercapto-1H-tetrazole-1-methane sulfonic acid (5-Mercapto-1H- tetrazole-1-m ethanesulfonic acid) and any one or more selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 억제제는 폴리옥시알킬렌 글리콜(Polyoxyalkylene glycol), 카복시메틸셀룰로스(Carboxymethylcellulose), N-노닐페놀 폴리 글리콜 에테르(N-nonylphenolpoly glycol ether), 옥탄디올 비스 글리콜 에테르(Octandiobis glycol ether), 올레산 폴리 글리콜 에스테르(Oleic acid polyglycol ester), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(Polyethylene glycol dimethyl ether), 폴리에틸렌 글리콜-블록-폴리프로필렌 글리콜-블록-폴리에틸렌 글리콜(Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol), 폴리비닐 알코올(Poly vinyl alcohol), 스테아릴 알코올 폴리글리콜 에테르(Stearyl alcoholpolyglycol ether), 스테아린산 폴리 글리콜 에스테르(Stearic acidpolyglycol ester), 3-메틸-1-뷰타인-3-올(3-Methyl-l-butyne-3-ol), 3-메틸-펜텐-3-올(3-Methyl-pentene-3-ol), L-에틴닐사이클로헥사놀(L-ethynylcyclohexanol), 페닐 프로피놀(phenyl-propynol), 3- 페닐-1-뷰타인-3-올(3-Phenyl-l-butyne-3-ol), 프로파길 알코올(Propargyl alcohol), 메틸 뷰타이놀-에틸렌 옥사이드(Methyl butynol-ethylene oxide), 2-메틸-4-클로로-3-뷰타인-2-올(2-Methyl-4-chloro-3-butyne-2-ol), 디메틸 헥사인디올(Dimethyl hexynediol), 디메틸헥사인디올-에틸렌 옥사이드(Dimethylhexynediol-ethylene oxide), 디메틸옥타인디올(Dimethyloctynediol), 페닐뷰타이놀(Phenylbutynol), 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-Butandiol Diglycidyl Ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the inhibitor is polyoxyalkylene glycol, carboxymethylcellulose, N-nonylphenolpoly glycol ether, octanediol bis glycol ether (Octandiobis) glycol ether), oleic acid polyglycol ester, polyethylene glycol, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol-block-polypropylene glycol-block-polyethylene glycol (Poly(ethylene) glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)), polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, stearyl alcoholpolyglycol ether, stearic acid Stearic acidpolyglycol ester, 3-Methyl-1-butyne-3-ol, 3-Methyl-pentene-3-ol -3-ol), L-ethynylcyclohexanol, phenyl-propynol, 3-phenyl-1-butyne-3 -ol), propargyl alcohol, methyl butynol-ethylene oxide, 2-methyl-4-chloro-3-butyn-2-ol (2-Methyl-4- chloro-3-butyne-2-ol), dimethyl hexynediol, dimethyl hexaindiol-ethylene oxide (Dimethylhexynediol-ethylene oxi) de), dimethyl octanediol (Dimethyloctynediol), phenylbutynol (Phenylbutynol), 1,4-butanediol diglycidyl ether (1,4-Butandiol Diglycidyl Ether) and any one or more selected from the group consisting of combinations may include, but is not limited to.
본 발명의 일 실시예에서, 실리콘 관통전극의 충전이란, 상기 실리콘 관통전극의 비아 내부를 전해 도금방법을 통하여, 구리 전해질이 도금되어 구리금속이 채워지는 것을 의미할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the charging of the silicon through electrode may mean that the inside of the via of the silicon through electrode is plated with a copper electrolyte through an electrolytic plating method to be filled with copper metal.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 비아를 구비하는 실리콘 관통전극을 구리 도금액에 침지시키는 단계(S10)는 전해 도금 공정에 따른 준비단계에 해당할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of immersing the silicon through-electrode having the via in the copper plating solution (S10) may correspond to a preparation step according to the electrolytic plating process.
상기 전해 도금 공정이란, 외부에서 공급되는 전자를 이용하여 금속 혹은 금속 산화물을 전착하는 방법으로, 전해 도금 시스템은 일반적인 전기화학 시스템과 동일하게 전극, 전해질, 그리고 전자를 공급하는 전원으로 이루어진다. The electrolytic plating process is a method of electrodepositing a metal or metal oxide using electrons supplied from the outside. The electrolytic plating system consists of an electrode, an electrolyte, and a power supply for supplying electrons in the same way as in a general electrochemical system.
본 발명에서 상기 전해 도금 방식은 구리 전해 도금을 위해서는 패턴이 형성되어 있는 기판을 캐소드(cathode)로 사용하고 인이 포함된 구리 혹은 불용성 물질을 애노드(anode)로 사용하여 수행될 수 있다. 이때, 전해질은 기본적으로 구리 이온을 포함하고, 전해질 자체의 저항을 낮추기 위해 황산을 포함할 수 있고, 구리 이온과 첨가제의 흡착성을 개선시키기 위해 염소 이온 등을 포함할 수 있다. In the present invention, the electrolytic plating method may be performed by using a substrate on which a pattern is formed as a cathode for copper electroplating and using copper or an insoluble material containing phosphorus as an anode. In this case, the electrolyte basically includes copper ions, sulfuric acid to lower the resistance of the electrolyte itself, and chlorine ions to improve the adsorption properties of copper ions and additives.
다음으로, 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법은 평탄제가 상기 실리콘 관통전극의 비아의 측면 상부에 코팅되도록 제 1 전류를 인가하는 제 1 전류 인가단계(S20);를 포함한다. Next, the charging method of the silicon through-electrode of the present invention includes a first current applying step (S20) of applying a first current so that a planarizer is coated on the upper side of the via of the silicon through-electrode.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 평탄제는 전류밀도에 민감하게 반응할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 전류 인가단계(S20)에서, 실리콘 관통전극의 비아 내부에 구리 전해질이 도금되기 이전에 비아의 측면 상부에 평탄제가 먼저 코팅될 수 있다. 이때, 인가되는 상기 제 1 전류는 평탄제가 구리 전해질보다 먼저 코팅될 수 있을 정도로 강할 수 있고, 상기 제 1 전류 인가단계(S20)는 0.5 ASD(Ampere per Square Deci-meter, A/dm2) 내지 2.0 ASD의 전류밀도를 가지는 제 1 전류를 1 초 내지 60 초 동안 인가하여 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the leveling agent may respond sensitively to current density. Accordingly, in the first current applying step ( S20 ), a planarizer may be first coated on the side surface of the via before the copper electrolyte is plated inside the via of the silicon through electrode. At this time, the first applied current may be strong enough that the leveling agent can be coated before the copper electrolyte, and the first current applying step (S20) is 0.5 ASD (Ampere per Square Deci-meter, A/dm 2 ) to The first current having a current density of 2.0 ASD may be applied for 1 second to 60 seconds.
종래의 관통전극의 충전 공정에서, 초반에는 낮은 전류밀도를 인가하였다가, 후반에는 높은 전류밀도를 인가하는 2 단계 전류 인가방식을 사용하였다. In the conventional charging process of the through-electrode, a two-step current application method in which a low current density is applied at an early stage and a high current density is applied at a later stage was used.
그러나, 본 발명은 총 3 단계의 전류 인가단계를 거친 전류 인가 방식을 사용하여, 관통전극의 충전 공정에서 입구가 우선적으로 충전되는 경우 또는 전극의 비아의 양 측면 입구에 먼저 충전되어 비아의 바닥 부분이 충전되지 않음에 따른 결함의 발생을 줄일 수 있다. However, in the present invention, when the inlet is preferentially charged in the charging process of the through-electrode or the inlet of both sides of the via of the electrode is first charged, the bottom portion of the via using a current application method that has undergone a total of three current application steps. It is possible to reduce the occurrence of defects due to the non-charging.
상기 제 1 전류 인가단계(S20)를 통하여, 본 발명의 전해 구리 도금액에 포함되어 있는 평탄제를 비아의 양측면 입구에 빠르게 코팅시킬 수 있다. Through the first current application step (S20), the leveling agent included in the electrolytic copper plating solution of the present invention can be quickly coated on the inlets of both sides of the via.
다음으로, 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법은 제 1 전류보다 낮은 제 2 전류를 인가하여, 상기 비아의 바닥에 상기 구리 전해질의 도금막을 형성하는 제 2 전류 인가단계(S30);를 포함한다. Next, the charging method of the through-silicon electrode of the present invention includes a second current applying step (S30) of applying a second current lower than the first current to form a plating film of the copper electrolyte on the bottom of the via; .
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 전류는 균일한 두께의 도금막을 형성하기 위한 것으로, 상기 제 2 전류 인가단계(S30)는 0.1 ASD 내지 0.5 ASD의 전류밀도를 가지는 제 2 전류를 1 분 내지 30 분 동안 인가하여 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the second current is for forming a plating film of a uniform thickness, and the second current applying step (S30) is performed by applying a second current having a current density of 0.1 ASD to 0.5 ASD for 1 minute. It can be carried out by applying for 30 minutes.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 전류 인가단계(S30)를 수행하는 경우, 상기 제 1 전류 인가단계(S20)를 통하여 비아의 측면 상부에 평탄제가 코팅된 상태이고, 상술한 2 단계 전류 인가방식을 사용하는 종래의 충전 공전과 비교하여, 더 적은 시간을 사용하면서도, 충전하기 전 결함이 생기지 않을 수 있을 정도의 두께로 비아의 바닥에 구리 전해질의 도금막을 형성할 수 있게 된다. In one embodiment of the present invention, when performing the second current applying step (S30), the leveling agent is coated on the upper side of the via through the first current applying step (S20), and the above-described two-step current It is possible to form a copper electrolyte plating film on the bottom of the via to a thickness sufficient to prevent defects before charging while using less time compared to the conventional charging static electricity using the application method.
다음으로, 본 발명의 실리콘 관통전극의 충전방법은 제 1 전류보다 높은 제 3 전류를 인가하여, 상기 구리 전해질의 도금막 위에서부터, 상기 비아의 입구까지 상기 구리 전해질이 충전되는 제 3 전류 인가단계(S40)를 포함한다. Next, the charging method of the silicon through-electrode of the present invention applies a third current higher than the first current to apply a third current in which the copper electrolyte is charged from the plating film of the copper electrolyte to the inlet of the via. (S40).
상기 제 3 전류 인가단계(S40)는 상기 제 1 전류 인가단계(S20) 및 제 2 전류 인가단계(S30)보다 더 높은 전류밀도를 인가하여 수행될 수 있고, 상기 제 3 전류 인가단계(S40)SMS 0.5 ASD 내지 8.0 ASD의 전류밀도를 가지는 제 3 전류를 5 분 내지 60분 동안 인가하여 수행될 수 있다. The third current applying step (S40) may be performed by applying a higher current density than the first current applying step (S20) and the second current applying step (S30), and the third current applying step (S40) SMS may be performed by applying a third current having a current density of 0.5 ASD to 8.0 ASD for 5 to 60 minutes.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 3 전류는 상기 제 1 전류 및 제 2 전류보다 더 높은 전류밀도를 가질 수 있으며, 상대적으로 높은 전류밀도에 의하여 평탄제가 비아의 측면 상부에 코팅되므록, 상기 구리 전해질이 상기 비다의 바닥에서부터 차오르기 전에 비아의 입구가 먼저 코팅되는 경우를 방지하여 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the third current may have a higher current density than the first current and the second current, and since the leveler is coated on the upper side of the via by the relatively high current density, the It is possible to prevent the occurrence of defects by preventing the case where the inlet of the via is first coated before the copper electrolyte is filled up from the bottom of the via.
실시예Example
실시예 1. 전해 구리 도금액의 제조Example 1. Preparation of electrolytic copper plating solution
60 g/l 농도의 구리 이온, 30 g/l 농도의 황산 및 80 mg/l 농도의 염소 이온을 포함하며, 억제제로 분자량 2,000 g/mol 의 폴리에틸렌 글리콜 100 mg/l 를 포함하며, 가속제로 소디움 비스-(술포프로필)-디설파이드 8 mg/l를 포함하며 하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제 30 mg/l를 포함하는 전해 구리 도금액을 제조하였다:Contains copper ions at a concentration of 60 g/l, sulfuric acid at a concentration of 30 g/l and chlorine ions at a concentration of 80 mg/l, contains 100 mg/l of polyethylene glycol with a molecular weight of 2,000 g/mol as an inhibitor, and sodium as an accelerator An electrolytic copper plating solution containing 8 mg/l of bis-(sulfopropyl)-disulfide and 30 mg/l of a leveling agent represented by the following Chemical Formula 1 was prepared:
[화학식 1][Formula 1]
이때, A1 은 질소를 포함하는 7각 포화 헤테로 고리 화합물이고, A2는 질소를 포함하는 5각 포화 헤테로 고리 화합물이고 A3는 질소 2개를 포함하는 5각 불포화 헤테로 고리 화합물이고, X 는 메틸황산염이고, 상기 m, n, 및 o의 합은 5,776이다. In this case, A 1 is a 7-membered saturated heterocyclic compound containing nitrogen, A 2 is a 5-membered saturated heterocyclic compound containing nitrogen, and A 3 is a pentagonal unsaturated heterocyclic compound containing 2 nitrogens, X is methyl sulfate, and the sum of m, n, and o is 5,776.
비교예 1. 전해 구리 도금액의 제조Comparative Example 1. Preparation of electrolytic copper plating solution
상기 실시예 1에서, 상기 화학식 1로 표시되는 평탄제 대신 분자량 360,000 g/mol 의 폴리바이닐피롤리돈 10 mg/l 을 사용하며, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 전해 구리 도금액을 제조하였다. In Example 1, 10 mg/l of polyvinylpyrrolidone having a molecular weight of 360,000 g/mol was used instead of the leveling agent represented by Formula 1, and the same method as in Example 1 was performed to prepare an electrolytic copper plating solution. .
실험예 1. Experimental Example 1.
실리콘 웨이퍼에 직경 10 μm, 깊이 50 μm인 종횡비 5: 1의 비아를 가공하였다. 패터닝된 실리콘 웨이퍼에 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정을 이용하여 SiO2 절연막을 생성하고, 그 후에 구리의 확산을 방지하기 위하여 베리어(barrier)층을 형성하였다. 상기 베리어 층 상에 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정으로 씨앗층(Seed layer)를 형성하여 실리콘 관통전극을 제조하였다.A via with an aspect ratio of 5:1 with a diameter of 10 μm and a depth of 50 μm was machined on a silicon wafer. A SiO 2 insulating film was formed on the patterned silicon wafer using a chemical vapor deposition (CVD) process, and then a barrier layer was formed to prevent diffusion of copper. A seed layer was formed on the barrier layer by a Physical Vapor Deposition (PVD) process to manufacture a silicon through-electrode.
상기 실리콘 관통전극을 비교예 1 및 실시예 1에서 제조한 전해 구리 도금액에 각각 침지시키고, 하기의 표 1에 따른 전류인가 조건에서 상기 실리콘 관통전극의 충전을 수행하고, 실리콘 관통전극의 비아의 단면을 도 2에 도시하였다: The silicon through electrode was immersed in the electrolytic copper plating solution prepared in Comparative Example 1 and Example 1, respectively, and the silicon through electrode was charged under the current application condition according to Table 1 below, and the cross section of the via of the silicon through electrode was performed. is shown in Figure 2:
(ASD= Ampere per Square Deci-meter, A/dm2)(ASD= Ampere per Square Deci-meter, A/dm 2 )
상기 표 1 및 도 2를 참조하면, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 전해 구리 도금액을 이용하여 실리콘 관통전극을 충전하는 경우, 두 경우 모두 실리콘 관통 전극에 결함 없이 비아의 충전이 이루어 지는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1 and FIG. 2, when the electrolytic copper plating solution prepared in Example 1 and Comparative Example 1 is used to charge the silicon through-electrode, in both cases, the vias are filled without defects in the silicon through-electrode. could check
실험예 2. Experimental Example 2.
상기 실험예 1에서, 상기 표 1에 따른 전류인가 조건 대신 하기의 표 2에 따른 전류인가 조건, 구체적으로, 상기 실험예 1과 비교하여 제 3 전류 인가 시, 더 높은 전류밀도에서 더 짧은 전류인가시간의 조건으로 수행하고, 실리콘 관통전극의 비아의 단면을 도 3에 도시하였다:In Experimental Example 1, the current application conditions according to Table 2 below instead of the current application conditions according to Table 1, specifically, when the third current is applied compared to Experimental Example 1, a shorter current is applied at a higher current density Conducted under the condition of time, the cross section of the via of the silicon through-electrode is shown in Fig. 3 :
(ASD= Ampere per Square Deci-meter, A/dm2)(ASD= Ampere per Square Deci-meter, A/dm 2 )
상기 표 2 및 도 3을 참조하면, 실시예 1에서 제조한 전해 구리 도금액을 이용하여 실리콘 관통전극을 충전하는 경우, 관통전극에 결함 없이 비아의 충전이 이루어지는 반면, 비교예 1에서 제조한 전해 구리 도금액을 이용하여 실리콘 관통전극을 충전하는 경우, 관통전극의 비아 내부에 도금이 완료되기 전에 비아의 측면 상부에 도금이 되어, 입구가 막히므로 관통전극의 충전이 제대로 이루어지지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Table 2 and FIG. 3, when the through-silicon electrode is charged using the electrolytic copper plating solution prepared in Example 1, the vias are filled without defects in the through electrode, whereas the electrolytic copper prepared in Comparative Example 1 In the case of charging the silicon through-electrode using the plating solution, it was confirmed that the through-electrode was not properly charged because the inside of the through-electrode was plated on the upper side of the via before plating was completed, and the entrance was blocked.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (11)
하기의 화학식 1로 표시되는 평탄제;
를 포함하는 전해 구리 도금액:
[화학식 1]
이때,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다. a copper electrolyte containing copper ions; and
A leveling agent represented by the following Chemical Formula 1;
Electrolytic copper plating solution comprising:
[Formula 1]
At this time,
A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
상기 A1 및 A2는 각각 독립적으로 아지리딘, 옥시란, 티이란, 디아지리딘, 옥사지리딘, 디옥시란, 아제티딘, 옥세탄, 티에탄, 디아제티딘, 디옥세탄, 디티에탄, 피롤리딘, 티올란, 포스포란, 이미다졸리딘, 피라졸리딘, 옥사졸리딘, 이소옥사졸리딘, 티아졸리딘, 이소티 아졸리딘, 디옥솔란, 디티올란, 피페리딘, 옥산, 티안, 포스피난, 피페라진, 모르폴린, 티오모르폴린, 디옥산, 디티안, 아제판, 옥세판, 티에판, 호모피레라진, 아조칸, 옥소칸, 티오칸, 아조난, 옥소난, 티오난 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 구리 도금액. The method of claim 1,
A 1 and A 2 are each independently aziridine, oxirane, thiirane, diaziridine, oxaziridine, dioxirane, azetidine, oxetane, thietane, diazetidine, dioxetane, dithietane, Pyrrolidine, thiolane, phosphorane, imidazolidine, pyrazolidine, oxazolidine, isoxazolidine, thiazolidine, isothiazolidine, dioxolane, dithiolane, piperidine, oxane, thiane , phosphinan, piperazine, morpholine, thiomorpholine, dioxane, dithiane, azepan, oxepan, thiepane, homopyrerazine, azocan, oxokane, thiocane, azonan, oxonane, thionane and any one or more saturated heterocyclic compounds selected from the group consisting of combinations thereof.
상기 A3는 아지린, 옥시린, 티이린, 디아지린, 아제트, 옥세트, 티에트, 디옥트, 다이티에트, 피롤, 퓨란, 티오펜, 포스폴, 이미다졸, 피라 졸, 옥소졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이소티아졸, 피리딘, 피란, 티오피란, 포스피닌, 디아진, 옥사진, 티아진, 디 옥신, 다이티인, 아제핀, 옥세핀, 티에핀, 디아제핀, 티아제핀, 아조신, 옥소신, 티오신, 아조닌, 옥소닌, 티오닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 구리 도금액. The method of claim 1,
A 3 is azirine, oxyrine, thiirin, diazirine, azet, oxet, thiet, dioct, dithiet, pyrrole, furan, thiophene, phosphole, imidazole, pyrazole, oxoazole , isoxazole, thiazole, isothiazole, pyridine, pyran, thiopyran, phosphinine, diazine, oxazine, thiazine, dioxin, dithiin, azepine, oxepin, thiepin, diazepine, An electrolytic copper plating solution comprising at least one unsaturated heterocyclic compound selected from the group consisting of thiazepine, azosine, oxosine, thiosine, azonine, oxonine, thionine, and combinations thereof.
상기 m, n, 및 o의 합은 3,500 내지 6,000의 정수인 것을 특징으로 하는 전해 구리 도금액. The method of claim 1,
The electrolytic copper plating solution, characterized in that the sum of m, n, and o is an integer of 3,500 to 6,000.
억제제 및 가속제 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 구리 도금액. The method of claim 1,
Electrolytic copper plating solution, characterized in that it further comprises any one or more of an inhibitor and an accelerator.
상기 억제제는 폴리옥시알킬렌 글리콜, 카복시메틸셀룰로스, N-노닐페놀 폴리 글리콜 에테르, 옥탄디올 비스 글리콜 에테르, 올레산 폴리 글리콜 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 폴리에틸렌 글리콜-블록-폴리프로필렌 글리콜-블록-폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 스테아릴 알코올 폴리글리콜 에테르, 스테아린산 폴리 글리콜 에스테르, 3-메틸-1-뷰타인-3-올, 3-메틸-펜텐-3-올, L-에틴닐사이클로헥사놀, 페닐 프로피놀, 3- 페닐-1-뷰타인-3-올, 프로파길 알코올, 메틸 뷰타이놀-에틸렌 옥사이드, 2-메틸-4-클로로 -3-뷰타인-2-올, 디메틸 헥사인디올, 디메틸헥사인디올-에틸렌 옥사이드, 디메틸옥타인디올, 페닐뷰타이놀, 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 구리 도금액. 6. The method of claim 5,
The inhibitor is polyoxyalkylene glycol, carboxymethylcellulose, N-nonylphenol poly glycol ether, octanediol bis glycol ether, oleic acid poly glycol ester, polyethylene glycol, polyethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol-block-polypropylene glycol-block -Polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, stearyl alcohol polyglycol ether, stearic acid poly glycol ester, 3-methyl-1-butane-3-ol, 3-methyl-penten-3-ol, L-ethyne Nylcyclohexanol, phenyl propynol, 3-phenyl-1-butyn-3-ol, propargyl alcohol, methyl butynol-ethylene oxide, 2-methyl-4-chloro-3-butain-2-ol , dimethylhexaindiol, dimethylhexaindiol-ethylene oxide, dimethyloctaindiol, phenylbutinol, 1,4-butanediol diglycidyl ether, and combinations thereof comprising any one or more selected from the group consisting of Electrolytic copper plating solution characterized in that.
상기 가속제는 O-에틸디티오카보네이토)-S-(3-설포프로필)-에스테르, 3 - [(아미노-이미노메틸)-티올]-1-프로판 술폰산, 3-(벤조티아졸-2-머캅토)-프로필 술폰산, 소디움 비스-(술포프로필)-디설파이드, N, N-디메틸 디티오카바마일 프로필 술폰산, 3,3-티오비스(1-프로판 술폰산), 2-히드록시-3-[트리스(히드록시메틸)메틸아미노]-1-프로판 술폰산, 소디움 2,3-디머캡토프로판 술폰산, 3-머캅토 -1-프로판 설폰산, N,N-비스(4-설포부틸)-3,5-디메틸아닐린, 소디움 2-머캅토-5- 벤지이미다졸 술폰산, 5,5'-디티오비스(2-니트로 벤조산), DL-시스테인, 4-머캅토-벤젠 설폰산, 5-머캅토-1H-테트라졸-1-메탄 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 구리 도금액. 6. The method of claim 5,
The accelerator is O-ethyldithiocarbonato)-S-(3-sulfopropyl)-ester, 3-[(amino-iminomethyl)-thiol]-1-propane sulfonic acid, 3-(benzothiazole- 2-Mercapto)-propyl sulfonic acid, sodium bis-(sulfopropyl)-disulfide, N,N-dimethyl dithiocarbamile propyl sulfonic acid, 3,3-thiobis(1-propane sulfonic acid), 2-hydroxy-3 -[tris(hydroxymethyl)methylamino]-1-propane sulfonic acid, sodium 2,3-dimercaptopropane sulfonic acid, 3-mercapto-1-propane sulfonic acid, N,N-bis(4-sulfobutyl)- 3,5-Dimethylaniline, sodium 2-mercapto-5-benzimidazole sulfonic acid, 5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid), DL-cysteine, 4-mercapto-benzenesulfonic acid, 5-mer An electrolytic copper plating solution comprising at least one selected from the group consisting of capto-1H-tetrazole-1-methane sulfonic acid and combinations thereof.
상기 평탄제가 상기 실리콘 관통전극의 비아의 측면 상부에 코팅되도록 제 1 전류를 인가하는 제 1 전류 인가단계;
상기 제 1 전류보다 낮은 제 2 전류를 인가하여, 상기 비아의 바닥에 상기 구리 전해질의 도금막을 형성하는 제 2 전류 인가단계; 및
상기 제 1 전류보다 높은 제 3 전류를 인가하여, 상기 구리 전해질의 도금막 위에서부터, 상기 비아의 입구까지 상기 구리 전해질이 충전되는 제 3 전류 인가단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 관통전극의 충전방법:
[화학식 1]
이때,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
A3는 질소, 산소, 황, 인 중 하나 또는 두 개의 원소를 포함하는 불포화 헤테로 고리 화합물을 포함하고,
X 는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3), 인산염(PO4), 메틸황산염(CH3SO4) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함하고,
m, n 및 o는 각각 300 내지 3,000의 정수이다.immersing the silicon through-electrode having vias in a copper plating solution including a copper electrolyte including copper ions and a planarizer represented by the following Chemical Formula 1;
a first current application step of applying a first current so that the planarizer is coated on the upper side of the via of the silicon through-electrode;
a second current applying step of applying a second current lower than the first current to form a plating film of the copper electrolyte on the bottom of the via; and
a third current applying step in which the copper electrolyte is charged from the plating film of the copper electrolyte to the inlet of the via by applying a third current higher than the first current;
A charging method of a silicon through-electrode comprising:
[Formula 1]
At this time,
A 1 and A 2 each independently includes a saturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
A 3 includes an unsaturated heterocyclic compound containing one or two elements of nitrogen, oxygen, sulfur, and phosphorus,
X is chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ), carbonate (CO 3 ), phosphate (PO 4 ), methyl sulfate (CH 3 SO 4 ) and It contains at least one of the ion group consisting of a hydroxyl group (OH),
m, n and o are each an integer from 300 to 3,000.
상기 제 1 전류 인가단계에서,
인가되는 제 1 전류의 전류밀도는 0.5 ASD 내지 2.0 ASD인 것을 특징으로 하는 실리콘 관통전극의 충전방법. 9. The method of claim 8,
In the first current application step,
The charging method of the silicon through-electrode, characterized in that the current density of the first applied current is 0.5 ASD to 2.0 ASD.
상기 제 2 전류 인가단계에서,
인가되는 제 2 전류의 전류밀도는 0.1 ASD 내지 0.5 ASD인 것을 특징으로 하는 실리콘 관통전극의 충전방법. 9. The method of claim 8,
In the second current application step,
The charging method of the silicon through-electrode, characterized in that the current density of the applied second current is 0.1 ASD to 0.5 ASD.
상기 제 3 전류 인가단계에서,
인가되는 제 3 전류의 전류 밀도는 1 ASD 내지 8 ASD인 것을 특징으로 하는 실리콘 관통전극의 충전방법. 9. The method of claim 8,
In the third current application step,
The charging method of the silicon through-electrode, characterized in that the current density of the applied third current is 1 ASD to 8 ASD.
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