[发明专利]一种芯片3D异质集成封装的TSV电镀溶液

说明书

本发明涉及半导体晶圆级封装技术领域，具体涉及一种芯片3D异质集成封装的TSV电镀溶液，该电镀液由硫酸铜、硫酸、以及氯离子配合CZ609A、CZ609B、CZ609C三种添加剂按一定比例混合均匀形成该TSV电镀溶液；该电镀溶液需在稳定的温度22‑28℃之间使用，并配合合适设备以及设定合适的电流密度参数最终实现孔内的无空洞填充即TSV完全填充。本发明该TSV电镀溶液具有性能稳定，使用寿命超长、适合多种孔型，最大使用深径比达15:1孔型并且特别对异质集成导致孔口收窄TSV孔型仍能实现完美填充等特点。

技术领域

本发明涉及半导体晶圆级封装技术领域，具体涉及一种芯片3D异质集成封装的TSV电镀溶液。

背景技术

目前晶圆级先进封装的铜互联材料应用包括：3D封装的铜硅通孔(TSV)、铜柱(Pillar)、铜凸块(bump)铜重布线制程(RDL)等工艺等领域。超纯铜互连涂覆液及添加剂是8英寸以上晶圆、130纳米以下的高端芯片制造的大马士革铜互连(Damascene铜互连工艺)工艺的重要材料。

其中，TSV铜相对于传统二维的引线键合型芯片封装技术，贯穿硅晶圆通孔(Through Silicon Via-TSV)能够进行三维堆栈式封装方式，也就是将多个芯片朝上相互堆栈以形成降低空间阻碍之三维结构。此三维堆栈的芯片与短式含铜之TSV相互连接，因而产生更高的装置速度以及较低的功耗。对于目前消费类电子产品而言，三维堆栈之TSV提供了更高之功能密度，以及更小的封装机台占地面积。TSV被许多半导体厂和研究机构认为是最有前途的封装方法，世界上50％以上的厂商都参与3D TSV互连相关方面的研究。

TSV电镀填充是整个TSV工艺的难点，晶圆级3D封装中，一般会采用先曝光再用干法刻蚀在硅片上刻蚀出不同深度孔型、在进行阻挡层生长后进行PVD一层钛用于阻挡铜原子与硅片之间的迁移，最后PVD上一层铜钟子层后进入电镀填孔，在电镀制程完成TSV孔内的无空洞填充后进入下一道CMP减薄制程，由于在某些高频领域，例如5G由于其频率非常高，如果只用硅其抗击穿性能无法满足高频使用要求，因此在硅片上还会CVD生长一些抗冲击性能材料对芯片进行改性，例如在硅的表面生长一层二氧化硅或者氮化硅阻挡层用以提高芯片在高频条件下的使用寿命，由于此前说到TSV孔是采用干法蚀刻，不同材料之间由于蚀刻速率的差异，在干法刻蚀中会出现，阻挡层蚀刻速率小于硅单质层导致孔口收窄，这对于TSV电镀填充来说是致命的影响。目前国外一些芯片材料供应商已开发出适用于超级TSV填孔方面的电镀药水，例如罗门哈斯等，但其目前仅能实现100um深左右且深径比小于10:1的孔型并无法解决由于异质集成导致TSV孔口收窄仍能实现无空洞填充的问题。本专利的目的就是开发一种芯片3D异质集成封装的TSV电镀溶液实现深径比高达15:1并且孔口有收窄仍能实现孔内的无空洞填充。

发明内容

本发明要解决的问题是提供了一种芯片3D异质集成封装的TSV电镀溶液，本电镀溶液可实现深径比高达15:1并且孔口有收窄仍能实现孔内的无空洞填充的并具有性能稳定，使用寿命超长、适合多种孔型等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种芯片3D异质集成封装的TSV电镀溶液，包括以下组成成分：

硫酸铜：200-250g/L；

硫酸：50-100g/L；

氯离子：80-110ppm；

CZ609A：8-15ml/L；

CZ609B：20-40ml/L；

CZ609C：8-15ml/L。

进一步的，包括以下组成成分：

硫酸铜：210-230g/L；

硫酸：60-80g/L；

氯离子：90-100ppm；