[发明专利]抑制TSV中铜热胀出的方法

权利要求书

1.一种抑制TSV中铜热胀出的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：超声波调控TSV沉积铜晶粒尺寸工艺参数优化设计，具体包括以下步骤：

步骤S101：建立超声波作用下TSV孔道内声场和流场的分布模型，计算铜离子和添加剂分子的局部浓度；

步骤S102：建立超声波作用下TSV镀铜填充动力学模型，计算阴极表面局部电流密度和铜离子局部浓度的时变分布，确定实现TSV无缺陷、快速填充的工艺参数范围；

步骤S103：建立超声波作用下TSV镀铜填充电结晶动力学模型，计算TSV沉积铜晶粒尺寸与阴极局部电流密度的定量关系，设计获得最小晶粒尺寸的超声电沉积工艺参数,具体为，

首先，假设阴极表面每一个晶核都能长成一个晶粒，则t时刻阴极表面的晶粒个数N如以下公式所示：

N＝JAt

t时刻电沉积铜的平均晶粒体积VG如以下公式所示：

其中，J表示成核速率，A表示阴极表面积，V表示t时刻阴极表面沉积铜的总体积；

然后，根据电结晶经典热力学和动力学理论，建立成核速率和过电位的函数关系，如以下公式所示：

其中，K₁和K₂表示成核系数，η表示过电位，过电位的计算如以下公式所示：

最后，基于上述模型求解TSV沉积铜晶粒尺寸V_G与超声工艺参数的定量关系，在保证TSV无缺陷填充的基础上优化设计获得最小晶粒尺寸的超声工艺参数；

步骤S2：采用步骤S1设计的使TSV沉积铜晶粒尺寸最小化的超声工艺参数电镀填充TSV，具体包括以下步骤：

步骤S201：预处理；

步骤S202：电镀填充；

步骤S203：清洗；

步骤S204：观测；

步骤S3：进行实验验证。

2.根据权利要求1所述的抑制TSV中铜热胀出的方法，其特征在于，所述步骤S101具体包括以下步骤：首先根据液体介质中的谐波方程建立声场分布模型，然后根据运动方程和连续性方程建立超声作用下流场分布模型，最后使用稳态速度场对描述单个物质稳态扩散和对流输运的守恒方程进行数值求解，具体为，首先，根据液体介质中的谐波方程建立声场分布模型，如下公式所示：

z_c＝ρ₀c₀

其中，p代表声压，ω代表角频率，ρ_c代表TSV电镀液的复密度，c_c代表TSV电镀液中的复声速，k_c代表复波数，z_c代表阻抗，α代表吸收数，c₀代表TSV电镀液中的声速，ρ₀代表TSV电镀液密度；

然后，根据运动方程和连续性方程，建立超声作用下流场分布模型，如以下公式所示：

其中，代表单位矩阵，p代表TSV电镀液压力，μ代表TSV电镀液粘度，u代表TSV电镀液流速；

最后，使用稳态速度场对描述单个物质稳态扩散和对流输运的守恒方程进行数值求解，如以下公式所示：

其中，D代表物质的扩散系数，代表物质的浓度梯度，u代表超声诱导流场的速度场，Rc代表物质的消耗。