[发明专利]改进铜电沉积的添加剂效果快速判定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进铜电沉积的添加剂效果快速判定方法，它是一种快速检测添加剂对铜电沉积效果的方法。

背景技术

三维芯片制备中，垂直通孔铜填充是关键工艺，要求无孔洞填充，电镀后芯片表面的铜层尽可能薄。

但是由于铜优先沉积在孔的浅层部位，会导致填充缺陷，如TSV（硅通孔）填充过程中产生孔洞等，一般采用向电解液中添加添加剂的办法，改进电沉积效果。这涉及到对添加剂的效果的评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易的判断添加剂对铜电沉积影响效果的方法，快速评价添加剂对铜电沉积影响效果。

按照本发明提供的技术方案，所述改进铜电沉积的添加剂效果快速判定方法是：在镀液表面水平设置一个阳极板，使镀液刚好浸没所述阳极板，在阳极板下方与阳极板平行正对的硅基板浸没在镀液中，与阴极相连，所述硅基板上有一个盲孔，在盲孔的中心轴线上选取两个点，第一点和第二点距离孔口的距离分别为1/3孔深和2/3孔深；在阳极板和阴极通电的时候，镀液中会产生电场，两点存在相对电位关系；当镀液中加入有效的添加剂时，添加剂会影响镀液中两点的相对电位关系，如果加入添加剂后，第一点与第二点的电势差比无任何添加剂情况下的电势差上升，则认为添加剂是有效的，可以促进孔底部的优先电沉积。

在不同添加剂有效的情况下，第一点与第二点的电势差越大者，判定该添加剂促进效果越明显。

所述阳极板和阴极通电电压推荐值为0.1V~0.3V。

本发明的优点是：传统判断添加剂效果的方法，都是在铜沉积以后再分析沉积层的微结构。采用本发明提出的方法，只要在通上电流以后，根据不同位置的电位关系就可以立即直接判断添加剂的效果，无需再等到镀完以后再进行理化分析。具有简易、快速、准确等优点。

附图说明

图1是本发明的操作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，电镀槽中盛有镀液2，在电镀槽上方设一个阳极板1，阳极板1水平放置，刚好浸没在镀液2中，与阳极板1平行正对的硅基板3也浸没在镀液2中，与阴极相连，硅基板3上有一个盲孔4，在盲孔4的中心轴线上有两个点A、B，A和B距离孔口的距离分别为1/3孔深和2/3孔深。在阳极板1和阴极通电的时候，镀液2中会产生电场，图中A，B两点存在相对电位关系。

当加入有效的添加剂（可为一种添加剂的作用或几种的添加剂的协同作用）时，添加剂会影响镀液中两点的相对电位关系，根据加上添加剂后两点相对电位关系的变化，就可以快速判断添加剂的正负效应。

只要添加剂是逆着A点与B点无任何添加剂情况下的相对电位关系，那么就可以认为添加剂是有效的，可以促进孔底部的优先电沉积，且在不同添加剂有效的情况下，A点与B点电势差越大者，其促进效果就越明显。

实施例中，镀液为硫酸铜电镀液，添加剂有加速剂SPS（聚二硫二丙烷磺酸钠）、MPS(3-硫醇基-1-丙烷磺酸)、ZPS(3-（苯并噻唑基-2-硫醇）-丙基磺酸钠)、抑制剂PEG（聚乙二醇）和整平剂JGB（烟鲁绿）等。

实际测试中，通电电压为0.1V（推荐值范围为0.1V~0.3V），不加添加剂时，A、B电位分别为0.0035V和-0.0186V，AB电位差为0.0221V。

1、以下是加入不同种类的添加剂的效果。

当只添加1mL/L的PEG，A、B电位分别变为0.0699V和0.0298V，AB电位差为0.0401V。

当只添加2mL/L的SPS，A、B电位分别变为0.0379V和0.0068V，AB电位差为0.0311V。

当只添加1.5mL/L的JGB，A、B电位分别变为0.0585V和0.0109V，AB电位差为0.0476V。

可见加入添加剂后，AB电位差都上升了，这样孔里的电流密度会增加，同时孔口的电流密度会减小，有利于TSV的无孔填充，可见3种添加剂均有效。

2、以下比较在加入不同加速剂下的促进效果。

当只添加2mL/L的MPS，A、B电位分别变为0.0496V和0.0098V，AB电位差为0.0398V。

当只添加2mL/L的ZPS，A、B电位分别变为0.0581V和0.0130V，AB电位差为0.0451V。

比较3种加速剂的促进效果，发现加入ZPS时AB电位差最大，说明ZPS效果最好。

3、以下是比较同种添加剂不同浓度的促进效果。