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技術 ウェハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極の銅配線材に用いる銅電気めっき液及び電気めっき方法

出願人 深せん市創智成功科技有限公司
発明者 姚成姚吉豪
出願日 2020年5月23日 (1年3ヶ月経過) 出願番号 2020-090161
公開日 2021年4月1日 (4ヶ月経過) 公開番号 2021-050413
状態 特許登録済
技術分野 半導体の電極 電気メッキ方法,物品 半導体集積回路装置の内部配線 電気鍍金;そのための鍍金浴
主要キーワード 真空負圧 バキューム処理 ブラインドホール内 充填不可 三次元体積 二水和塩 外観形態 電場領域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年4月1日)のものです。
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図面 (9)

課題

ウエハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極充填における空隙や隙間の信号伝送の不安定、大抵抗電力消費過大などの欠陥を有効的に防止することができ、付き回り性がよく、表面の光沢と均一性も良好な銅配線材に用いる銅電めっき液を提供する。

解決手段

銅電気めっき液であって、硫酸銅五水和物濃硫酸塩素イオン、3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナートポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルフェナジン染料、DI純水、を含み、ウェハチップに対して電気めっきを行う前に、予処理液により真空処理を行うことと、予処理液はDI純水として、ウェハチップを電気めっきハンガーにより取り付けて、真空装置内でDI純水によってバキュームすることと、バキュームした後、該銅電気めっき液中において電気めっきを行うことと、を含むものである、銅電気めっき液。

概要

背景

集積回路製造技術が数十ナノ段階に入ると,より細い金属相互接続配線の容量抵抗遅延
無視できなくなった。電気抵抗率がより低い銅と誘電率がより低い低誘電率媒質を採用す
ることにより、相互接続配線RC遅延を低減させることが業界では一般的である。IB
Mは1997年に相互接続技術の重大な変-銅とダマスカスのプロセス-を発表しました
。現在では国際的な銅配線技術の配線に採用されている組み込み技術に応用されている。
このプロセスはブラインドホールの中に空洞がなく亀裂がない銅充填堆積でき、チップ
が三次元方向に積層され密度が最も大きく、チップの相互接続配線が最も短く、外形寸法
が最小で、チップ速度低消費電力の性能を改善できる。

電気めっきはスーパーSV銅の相互接続配線を完成させる主なプロセスである。超TS
電気めっき銅は、ウエハ面の銅の厚さの均一性電流密度の不均一な微小局部領域が、
差の極めて大きい電流密度を同時に伝送することができることを要求しており、さらに集
回路の特徴的なサイズの継続的な縮小と、アスペクト比が増大し、ブラインドホールの
充填効果めっき層品質電気めっき液化学性能に大きく依存する。有機添加剤は電
めっき液の性能を改善する上で非常に重要な要素であり、充填性能添加剤の成分と濃
度と密接に関係しており、添加剤に関する研究は銅電気めっきプロセスの重点の一つであ
る。

現在では、スーパーTSV銅の相互接続材料研究開発技術の難点は、ブラインドホール
内の銅電気めっきは、ホールの壁とホールの底の厚さが一致するなどの壁成長を示すこと
であり、時間が長くなるにつれて、ブラインドホール内銅材料が徐々に閉じていき、ブ
ラインドホール内に空洞ができ、隙間などの欠陥が生じ、高周波信号伝送性能に深刻な影
響を与え、この問題を解決するための最良の方法はスーパーTSV銅相互接続材が、ホー
ルの底から下から上の方向に成長させ、時間と電流密度を調節することによって銅電気め
っきの相互接続材料の高さを制御し、最終的に高い効率の密封導通の銅材料に達すること
である。

概要

ウエハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極の充填における空隙や隙間の信号伝送の不安定、大抵抗、電力消費過大などの欠陥を有効的に防止することができ、付き回り性がよく、表面の光沢と均一性も良好な銅配線材に用いる銅電気めっき液を提供する。銅電気めっき液であって、硫酸銅五水和物濃硫酸塩素イオン、3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナートポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルフェナジン染料、DI純水、を含み、ウェハチップに対して電気めっきを行う前に、予処理液により真空処理を行うことと、予処理液はDI純水として、ウェハチップを電気めっきハンガーにより取り付けて、真空装置内でDI純水によってバキュームすることと、バキュームした後、該銅電気めっき液中において電気めっきを行うことと、を含むものである、銅電気めっき液。なし

目的

本発明は、ウエハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電
極(Super−TSV)の銅配線材に用いる銅電気めっき液であって、下記濃度の成分:
硫酸銅五水和物:100〜250g/L
濃硫酸:40〜80g/L
塩素イオン:30〜50mg/L
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:1〜5mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:50〜100mg/L
フェナジン染料:40〜80mg/L
DI純水:残量
を含むものであり、
上記成分を均一に混合することにより制作され、
ウェハチップに対して電気めっきを行う前に、予処理液により真空処理を行うことと、前
記予処理液はDI純水として、ウェハチップを電気めっきハンガーにより取り付けて、真
空装置内でDI純水によって5〜10minバキュームすることと、バキュームした後、
該銅電気めっき液中において電気めっきを行うことと、を含むものである、
ことを特徴とする銅電気めっき液を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ウエハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極(Super−TSV)の銅配線材に用いる銅電めっき液であって、下記濃度の成分:硫酸銅五水和物:100〜250g/L濃硫酸:40〜80g/L塩素イオン:30〜50mg/L3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:1〜5mg/Lポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:50〜100mg/Lフェナジン染料:40〜80mg/LDI純水:残量を含むものであり、上記成分を均一に混合することにより制作され、ウェハチップに対して電気めっきを行う前に、予処理液により真空処理を行うことと、前記予処理液はDI純水として、ウェハチップを電気めっきハンガーにより取り付けて、真空装置内でDI純水によって5〜10minバキュームすることと、バキュームした後、該銅電気めっき液中において電気めっきを行うことと、を含むものである、ことを特徴とする銅電気めっき液。

請求項2

前記ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルは、濃度が60〜80mg/Lとするものであり、溝液表面張力を低減させ、湿潤効果を向上させ、Super−TSVのブランドビア内シード層に整然と銅層を電気めっきする機能を発揮するものとすることを特徴とする請求項1に記載の銅電気めっき液。

請求項3

前記フェナジン染料は濃度が60〜80mg/Lとするものであり、該フェナジン染料は添加剤系において重要なものであり、電流密度が大きい領域に付着することで、Super−TSVのブランドビア孔口における電位を低減させ、電流密度がより低いブランドビアの孔底に銅を電気めっきするようにでき、ボトムアップ成長形態を構成する機能を発揮するものとすることを特徴とする請求項1に記載の銅電気めっき液。

請求項4

前記硫酸銅五水和物は濃度が200〜240g/Lとするものであり、電気めっき液銅イオンの主なソースであり、前記濃硫酸は濃度が40〜60g/Lとするものであり、電気めっき液の導電性を向上できる、ことを特徴とする請求項1に記載の銅電気めっき液。

請求項5

前記塩素イオンは濃度が40〜50mg/Lとするものであり、塩素イオンは、二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または複数種から提供され、ウェハ表面の光沢と平坦性を向上でき、銅層の質を改善することができ、前記3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナートは濃度が2〜4mg/Lとするものであり、銅電気めっきを加速させる効果があり、銅層表面を明るくさせる機能を発揮させるものとする、ことを特徴とする請求項1に記載の銅電気めっき液

請求項6

請求項1〜4のいずれか1項に記載の銅電気めっき液のウエハレベルパッケージSuper−TSV銅配線材に用いる電気めっき方法であって、ウェハチップを陰極電気めっき用ハンガーに掛け、予処理液であるDI純水によりバキューム処理を行うことであって、予処理液による処理は、DI純水をブランドビア内に進入させ、真空負圧によってウェハチップのブランドビア内の空気を排出させることにより、ブランドビアの底部に気泡が引っ掛かった現象によって電気めっきの効果に影響を与えることを防止することと、バキューム処理後のウェハチップを銅電気めっき液溝中に配置して攪拌して、循環させて、揺れることにより、銅電気めっき液の流動を加速させ、電気めっき液における銅イオンおよびSuper−TSVのブランドビア中の電気めっき液を絶えず交換させることにより、電気めっき液をスルーホール孔壁に十分な銅イオンを供給させることと、電気めっき交換が終わると、電源オンにさせて電気めっきを行うことであって、Super−TSVのブランドビアのアスペクトに基づいて電流密度および時間を調整することと、ことを含むことを特徴とする電気めっき方法。

請求項7

バキューム処理の時間は5〜10minとし、電気めっきの交換時間は5〜10minとし、電気めっき際における電流密度は0.1〜0.3A/dm2とし、その温度は15〜35℃とし、攪拌速率は100〜200r/minとすることを特徴とする請求項6に記載の電気めっき方法。

請求項8

電気めっきの交換時間は5〜10minとして、電気めっき液における主要成分をSuper−TSVのブランドビア内に進入させるためであり、攪拌速率が電気めっき液におけるイオン交換速度に影響を与えることを特徴とする請求項7に記載の電気めっき方法。

請求項9

前記電流密度は0.1〜0.3A/dm2として、ボトムアップ成長形態を呈するためであり、電流密度は、Super−TSVの充填効果を左右するものであり、電流密度が過小であれば充填不可能となり、電流密度が過大であればSuper−TSVの孔口が塞がれるので、ブランドビアのアスペクトに基づいて電流密度を決めることを特徴とする請求項7に記載の電気めっき方法。

請求項10

前記予処理は、さらに噴出処理および超音波処理を含むことを特徴とする請求項6に記載の電気めっき方法。

技術分野

0001

本発明は、材料領域に属し、特にウェハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極の銅配
線材に用いる銅電めっき液及び電気めっき方法に関する。

背景技術

0002

集積回路製造技術が数十ナノ段階に入ると,より細い金属相互接続配線の容量抵抗遅延
無視できなくなった。電気抵抗率がより低い銅と誘電率がより低い低誘電率媒質を採用す
ることにより、相互接続配線RC遅延を低減させることが業界では一般的である。IB
Mは1997年に相互接続技術の重大な変-銅とダマスカスのプロセス-を発表しました
。現在では国際的な銅配線技術の配線に採用されている組み込み技術に応用されている。
このプロセスはブラインドホールの中に空洞がなく亀裂がない銅充填堆積でき、チップ
が三次元方向に積層され密度が最も大きく、チップの相互接続配線が最も短く、外形寸法
が最小で、チップ速度低消費電力の性能を改善できる。

0003

電気めっきはスーパーSV銅の相互接続配線を完成させる主なプロセスである。超TS
電気めっき銅は、ウエハ面の銅の厚さの均一性電流密度の不均一な微小局部領域が、
差の極めて大きい電流密度を同時に伝送することができることを要求しており、さらに集
回路の特徴的なサイズの継続的な縮小と、アスペクト比が増大し、ブラインドホールの
充填効果めっき層品質電気めっき液化学性能に大きく依存する。有機添加剤は電
気めっき液の性能を改善する上で非常に重要な要素であり、充填性能添加剤の成分と濃
度と密接に関係しており、添加剤に関する研究は銅電気めっきプロセスの重点の一つであ
る。

0004

現在では、スーパーTSV銅の相互接続材料研究開発技術の難点は、ブラインドホール
内の銅電気めっきは、ホールの壁とホールの底の厚さが一致するなどの壁成長を示すこと
であり、時間が長くなるにつれて、ブラインドホール内銅材料が徐々に閉じていき、ブ
ラインドホール内に空洞ができ、隙間などの欠陥が生じ、高周波信号伝送性能に深刻な影
響を与え、この問題を解決するための最良の方法はスーパーTSV銅相互接続材が、ホー
ルの底から下から上の方向に成長させ、時間と電流密度を調節することによって銅電気め
っきの相互接続材料の高さを制御し、最終的に高い効率の密封導通の銅材料に達すること
である。

0005

上記の技術の不足に対して、本発明は、ウェハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極
銅配線材に用いる銅電気めっき液及び電気めっき方法を提供し、従来のSuper−T
SVの充填における空隙や隙間等の問題を解決できた。有効的に空隙による信号伝送の不
安定、大抵抗、電力消費過大などの欠陥を有効的に防止することができ、付き回り性がよ
く、表面の光沢と均一性も良好などの特徴を有することができ、より確実的な電子製品
製造できる。

0006

上記の目的を実現するために、本発明は、ウエハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電
極(Super−TSV)の銅配線材に用いる銅電気めっき液であって、下記濃度の成分:
硫酸銅五水和物:100〜250g/L
濃硫酸:40〜80g/L
塩素イオン:30〜50mg/L
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:1〜5mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:50〜100mg/L
フェナジン染料:40〜80mg/L
DI純水:残量
を含むものであり、
上記成分を均一に混合することにより制作され、
ウェハチップに対して電気めっきを行う前に、予処理液により真空処理を行うことと、前
記予処理液はDI純水として、ウェハチップを電気めっきハンガーにより取り付けて、真
空装置内でDI純水によって5〜10minバキュームすることと、バキュームした後、
該銅電気めっき液中において電気めっきを行うことと、を含むものである、
ことを特徴とする銅電気めっき液を提供する。

0007

好ましくは、前記ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルは、濃度が60〜80mg
/Lとするものであり、溝液表面張力を低減させ、湿潤効果を向上させ、Super−T
SVのブランドビア内シード層に整然と銅層を電気めっきする機能を発揮するものとす
る。

0008

好ましくは、前記フェナジン染料は濃度が60〜80mg/Lとするものであり、該フェ
ジン染料は添加剤系において重要なものであり、電流密度が大きい領域に付着すること
で、Super−TSVのブランドビア孔口における電位を低減させ、電流密度がより
低いブランドビアの孔底に銅を電気めっきするようにでき、ボトムアップ成長形態を構成
する機能を発揮するものとする。

0009

好ましくは、前記硫酸銅五水和物は濃度が200〜240g/Lとするものであり、電気
めっき液の銅イオンの主なソースであり、前記濃硫酸は濃度が40〜60g/Lとするも
のであり、電気めっき液の導電性を向上できる。

0010

好ましくは、前記塩素イオンは濃度が40〜50mg/Lとするものであり、塩素イオン
は、二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または複数種から提供され、ウ
ェハ表面の光沢と平坦性を向上でき、銅層の質を改善することができ、前記3−S−イソ
チオ尿素プロパンスルホナートは濃度が2〜4mg/Lとするものであり、銅電気めっき
加速させる効果があり、銅層表面を明るくさせる機能を発揮させるものとする。

0011

上記の目的を実現するために、本発明は、銅電気めっき液のウエハレベルパッケージSu
per−TSV銅配線材に用いる電気めっき方法であって、
ウェハチップを陰極電気めっき用ハンガーに掛け、予処理液であるDI純水によりバキュ
ーム処理を行うことであって、予処理液による処理は、DI純水をブランドビア内に進入
させ、真空負圧によってウェハチップのブランドビア内の空気を排出させることにより、
ブランドビアの底部に気泡が引っ掛かった現象によって電気めっきの効果に影響を与える
ことを防止することと、
バキューム処理後のウェハチップを銅電気めっき液溝中に配置して攪拌して、循環させて
揺れることにより、銅電気めっき液の流動を加速させ、電気めっき液における銅イオン
およびSuper−TSVのブランドビア中の電気めっき液を絶えず交換させることに
より、電気めっき液をスルーホール孔壁に十分な銅イオンを供給させることと、
電気めっき交換が終わると、電源オンにさせて電気めっきを行うことであって、Sup
er−TSVのブランドビアのアスペクトに基づいて電流密度および時間を調整すること
と、
ことを含むことを特徴とする電気めっき方法を提供する。

0012

好ましくは、バキューム処理の時間は5〜10minとし、電気めっきの交換時間は5〜
10minとし、電気めっき際における電流密度は0.1〜0.3A/dm2とし、その
温度は15〜35℃とし、攪拌速率は100〜200r/minとする。

0013

好ましくは、電気めっきの交換時間は5〜10minとして、電気めっき液における主要
成分をSuper−TSVのブランドビア内に進入させるためであり、攪拌速率が電気め
っき液におけるイオン交換速度に影響を与える。

0014

好ましくは、前記電流密度は0.1〜0.3A/dm2として、ボトムアップ成長形態を
呈するためであり、電流密度は、Super−TSVの充填効果を左右するものであり、
電流密度が過小であれば充填不可能となり、電流密度が過大であればSuper−TSV
の孔口が塞がれるので、ブランドビアのアスペクトに基づいて電流密度を決める。

0015

好ましくは、前記予処理は、さらに噴出処理および超音波処理を含む。

0016

本発明の有利な効果に関して、従来の技術と比較して、本発明に係るウェハレベルパッケ
ージにおけるシリカ貫通電極の銅配線材に用いる銅電気めっき液及び電気めっき方法は下
記の有利な効果がある。

0017

1)該銅電気めっき液は、硫酸銅五水和物、濃硫酸、塩素イオン、3−S−イソチオ尿素
プロパンスルホナート(3−S−isothiuronium propanesulf
onic acid sodium salt)、ポリオキシエチレンノニルフェニル
テル、フェナジン染料を含む。銅電気めっき液は、その交換時間は5〜10minとし
、電流密度は0.1〜0.3A/dm2とし、温度は15〜35℃とし、攪拌速率は10
0〜200r/minとする。上記成分によりウエハレベルパッケージSuper−TS
V銅配線材に用いる銅電気めっき液を形成する。小さい電流密度だけで、Super−T
SV(Through−Silicon Via:シリカ貫通電極)がボトムアップ成長
するようにでき、従来のSuper−TSVの充填における空隙や隙間等の問題を解決で
きた。有効的に空隙による信号伝送の不安定、大抵抗、電力消費過大などの欠陥を有効的
に防止することができ、付き回り性がよく、表面の光沢と均一性も良好などの特徴を有す
ることができ、より確実的な電子製品を製造できる。
2)ウェハチップを電気めっき前に予処理液によるバキューム処理の時間が、5〜10m
inとすることにより、DI純水をブランドビア内に進入させ、真空負圧によってウェハ
チップのブランドビア内の空気を排出させることにより、ブランドビアの底部に気泡が引
っ掛かった現象によって電気めっきの効果に影響を与えることを防止することができる。
3)本開示にかかるSuper−TSVに用いる銅電気めっき液は、アスペクト比が5:
1〜10:1のビアを充填でき、ボトムアップ形態成長が可能となる。例えばブランドビ
アの直径・孔深は、それぞれ30×200μm、30×150μm、20×200μm、
20×150μm、10×100μmなどとできている。ウエハレベルパッケージSup
er−TSV材は、3Dパッケージ異形構成による集積適応することができる。Su
per−TSV銅配線材とポチにより上下積層チップ間の垂直導通が可能であって、導電
ワイヤによる三次元体積の代わりとなっている。それにより、マイクロエレクトロニクス
チップのパッケージは、三次元サイズで最小限までの封止や接続を実現することができる
。TSV技術を利用することにより、チップの相互接続の長さを減少させ、配線プロセス
の遅延を大きく低減させ、それにより、さらに演算速度を向上し、配線プロセスの抵抗も
低下させて、回路の電力消費も大幅に低減させた。

図面の簡単な説明

0018

本発明の第1の実施例におけるめっき時間が60minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第1の実施例におけるめっき時間が150minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第2の実施例におけるめっき時間が80minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第2の実施例におけるめっき時間が150minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第3の実施例におけるめっき時間が30minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第3の実施例におけるめっき時間が180minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第4の実施例におけるめっき時間が90minの時のめっき断面の外観形態図である。
本発明の第4の実施例におけるめっき時間が150minのときのめっき断面の外観形態図である。
本発明の第5の実施例におけるめっき時間が120minのときのめっき断面の外観形態図である。

実施例

0019

本発明をより明確に説明するために、以下に図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する

0020

ウエハレベルパッケージにおけるシリカ貫通電極(Super−TSV)の銅配線材に用い
る銅電気めっき液であって、下記濃度の成分:
硫酸銅五水和物:100〜250g/L
濃硫酸:40〜80g/L
塩素イオン:30〜50mg/L
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:1〜5mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:50〜100mg/L
フェナジン染料:40〜80mg/L
DI純水:残量
を含むものであり、
上記成分を均一に混合することにより制作され、
ウェハチップに対して電気めっきを行う前に、予処理液により真空処理を行うことと、前
記予処理液はDI純水として、ウェハチップを電気めっきハンガーにより取り付けて、真
空装置内でDI純水によって5〜10minバキュームすることと、バキュームした後、
該銅電気めっき液中において電気めっきを行うことと、を含むものである、
ことを特徴とする銅電気めっき液である。これ以外にも前処理の操作には噴射シャワー
)、超音波などのプロセスが含まれるが、これに限られない。

0021

本実施例において、前記ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルは、濃度が60〜8
0mg/Lとするものであり、溝液表面張力を低減させ、湿潤効果を向上させ、Supe
r−TSVのブランドビア内のシード層に整然と銅層を電気めっきする機能を発揮するも
のとする。

0022

本実施例において、前記フェナジン染料は濃度が60〜80mg/Lとするものであり、
チアジン染料(アジメチルブルー(Methylene Blue))、ジフェニルメタ
ン染料(オーラミンO(Auramine O))、フタロシアニン染料アルシンブル
ー(Alcian Blue))の中の一種またはそれらの組み合わせで使用されてもよ
く、該フェナジン染料は、添加剤系において最も重要なものであり、電流密度が大きい領
域に付着することで、Super−TSVのブランドビアの孔口における電位を低減させ
、電流密度がより低いブランドビアの孔底に銅を電気めっきするようにでき、ボトムアッ
成長形態を構成する機能を発揮するものとする。

0023

本実施例において、前記硫酸銅五水和物は濃度が200〜240g/Lとするものであり
、電気めっき液の銅イオンの主なソースであり、前記濃硫酸は濃度が40〜60g/Lと
するものであり、電気めっき液の導電性を向上できる。

0024

本実施例において、前記塩素イオンは濃度が40〜50mg/Lとするものであり、塩素
イオンは、二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または複数種から提供さ
れ、ウェハ表面の光沢と平坦性を向上でき、銅層の質を改善することができ、前記3−S
−イソチオ尿素プロパンスルホナートは濃度が2〜4mg/Lとするものであり、銅電気
めっきを加速させる効果があり、銅層表面を明るくさせる機能を発揮させるものとする。

0025

三次元積層技術の接続(導電)能力を高めるために、本発明は、ウェハレベルパッケージ
におけるシリカ貫通電極の銅配線材に用いる銅電気めっき液を提供し、従来のSuper
−TSVの充填における空隙や隙間等の問題を解決できた。有効的に空隙による信号伝送
の不安定、大抵抗、電力消費過大などの欠陥を有効的に防止することができ、付き回り性
がよく、表面の光沢と均一性も良好などの特徴を有することができ、より確実的な電子
品を製造できる。

0026

本発明において、濃硫酸は、酸性環境を提供するもので、電気めっき液の付きまわり性
分散性にとっては必要不可欠である。銅イオンは、めっき層銅堆積の主なソースである。
塩素イオンは、二水和塩化銅から提供されてもよく、銅堆積の均一性を向上できる。3−
S−イソチオ尿素プロパンスルホナートは、光沢剤であり、銅電気めっき層表面の光沢度
を増加できるとともに、電気銅電気めっきの堆積速度を上げることもできる。ポリオキシ
エチレンノニルフェニルエーテルは、湿潤剤であり、表面張力を低減でき、Super−
TSVブランドビアの孔底の湿潤に寄与する。フェナジン染料は、抑制剤であり、ある範
囲内でその濃度が高いほど、より低い電流密度の領域へ電場領域が移るので、孔底が肉厚
くなり、それでSuper−TSVが典型的ボトムアップ成長を呈することができる。

0027

上記の目的を実現するために、本発明は、銅電気めっき液のウエハレベルパッケージSu
per−TSV銅配線材に用いる電気めっき方法であって、
ウェハチップを陰極電気めっき用ハンガーに掛け、予処理液であるDI純水によりバキュ
ーム処理を行うことであって、予処理液による処理は、DI純水をブランドビア内に進入
させ、真空負圧によってウェハチップのブランドビア内の空気を排出させることにより、
ブランドビアの底部に気泡が引っ掛かった現象によって電気めっきの効果に影響を与える
ことを防止することと、
バキューム処理後のウェハチップを銅電気めっき液溝中に配置して攪拌して、循環させて
、揺れることにより、銅電気めっき液の流動を加速させ、電気めっき液における銅イオン
およびSuper−TSVのブランドビア中の電気めっき液を絶えずに交換させることに
より、電気めっき液をスルーホールの孔壁に十分な銅イオンを供給させることと、めっき
交換の過程銅めっき溶液中の銅イオン、添加剤とシリカ貫通電極のブラインドホールが
水溶液において分子が自由拡散すること、
電気めっき交換が終わると、電源をオンにさせて電気めっきを行うことであって、Sup
er−TSVのブランドビアのアスペクトに基づいて電流密度および時間を調整すること
と、
ことを含むことを特徴とする電気めっき方法を提供する。

0028

本実施例において、バキューム処理の時間は5〜10minとし、電気めっきの交換時間
は5〜10minとし、電気めっき際における電流密度は0.1〜0.3A/dm2とし
、その温度は15〜35℃とし、攪拌速率は100〜200r/minとする。

0029

本実施例において、電気めっきの交換時間は5〜10minとして、電気めっき液におけ
る主要成分をSuper−TSVのブランドビア内に進入させるためであり、攪拌速率が
電気めっき液におけるイオンの交換速度に影響を与える。

0030

本実施例において、前記電流密度は0.1〜0.3A/dm2として、ボトムアップ成長
形態を呈するためであり、電流密度は、Super−TSVの充填効果を左右するもので
あり、電流密度が過小であれば充填不可能となり、電流密度が過大であればSuper−
TSVの孔口が塞がれるので、ブランドビアのアスペクトに基づいて電流密度を決める。

0031

本発明の有利な効果に関して、従来の技術と比較して、本発明に係るウェハレベルパッケ
ージにおけるシリカ貫通電極の銅配線材に用いる銅電気めっき液及び電気めっき方法は下
記の有利な効果がある。

0032

1)該銅電気めっき液は、硫酸銅五水和物、濃硫酸、塩素イオン、3−S−イソチオ尿素
プロパンスルホナート(3−S−isothiuronium propanesulf
onic acid sodium salt)、ポリオキシエチレンノニルフェニルエ
ーテル、フェナジン染料を含む。銅電気めっき液は、その交換時間は5〜10minとし
、電流密度は0.1〜0.3A/dm2とし、温度は15〜35℃とし、攪拌速率は10
0〜200r/minとする。上記成分によりウエハレベルパッケージSuper−TS
V銅配線材に用いる銅電気めっき液を形成する。小さい電流密度だけで、Super−T
SV(Through−Silicon Via:シリカ貫通電極)がボトムアップ成長
するようにでき、従来のSuper−TSVの充填における空隙や隙間等の問題を解決で
きた。有効的に空隙による信号伝送の不安定、大抵抗、電力消費過大などの欠陥を有効的
に防止することができ、付き回り性がよく、表面の光沢と均一性も良好などの特徴を有す
ることができ、より確実的な電子製品を製造できる。
2)ウェハチップを電気めっき前に予処理液によるバキューム処理の時間が、5〜10m
inとすることにより、DI純水をブランドビア内に進入させ、真空負圧によってウェハ
チップのブランドビア内の空気を排出させることにより、ブランドビアの底部に気泡が引
っ掛かった現象によって電気めっきの効果に影響を与えることを防止することができる。
3)本開示にかかるSuper−TSVに用いる銅電気めっき液は、アスペクト比が5:
1〜10:1のビアを充填でき、ボトムアップ形態成長が可能となる。例えばブランドビ
アの直径・孔深は、それぞれ30×200μm、30×150μm、20×200μm、
20×150μm、10×100μmなどとできている。ウエハレベルパッケージSup
er−TSV材は、3Dパッケージの異形構成による集積に適応することができる。Su
per−TSV銅配線材とポチにより上下積層チップ間の垂直導通が可能であって、導電
ワイヤによる三次元体積の代わりとなっている。それにより、マイクロエレクトロニクス
チップのパッケージは、三次元サイズで最小限までの封止や接続を実現することができる
。TSV技術を利用することにより、チップの相互接続の長さを減少させ、配線プロセス
の遅延を大きく低減させ、それにより、さらに演算速度を向上し、配線プロセスの抵抗も
低下させて、回路の電力消費も大幅に低減させた。

0033

以下、本発明に係る実施例を説明する。
実施例1
下記濃度の成分を含む。
硫酸銅五水和物:200g/L;
濃硫酸:50g/L
塩素イオン:50mg/L(二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または
複数種から提供される)
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:4mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:60mg/L
フェナジン染料:80mg/L
電気めっき液の調整過程は下記の通りである。
1Lの電気めっき液を例とするが、水300mlに、順に、硫酸銅五水和物200g、濃
硫酸50g、二水和塩素化銅(塩化銅二水和物)0.114g、3−S−イソチオ尿素プ
パンスルホナート0.004g、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル0.06
g、フェナジン染料0.08gを添加して、攪拌して溶解させて、それから再び液位1L
となるように水を補充する。
本実施例の銅電気めっき液による電気めっきのプロセスパラメータは下記の通りである。
予処理のバキューム処理:10min
電気めっき液の交換時間:10min
温度:25±2℃
電流密度:0.3A/dm2
攪拌速率:200r/min
また、電気めっき交換がおわると、電源をオンにさせて電気めっきを行う。電気めっき時
間が60minまたは150minとする。
これによって、ブランドビアの直径が30μm、ブランドビアの深さが200μmのSu
per−TSV銅配線材が得られる。ウェハの切断面の模様は、図1図2に示される。
図1は60minとする場合の電気めっきを示す図である。図2は150minとする場
合の電気めっきを示す図である。図1図2に示す模様によれば、Super−TSVは
、ボトムアップ成長形態を呈する電気めっきのものとなり、孔内が完全に充填され、孔内
に空隙や隙間がなかったと分かった。チップ積層際の信号伝送性を向上できると考えられ
る。

0034

実施例2
下記濃度の成分を含む。
硫酸銅五水和物:220g/L;
濃硫酸:60g/L
塩素イオン:50mg/L(二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または
複数種から提供される)
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:2mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:60mg/L
ジフェニルメタン染料:60mg/L
電気めっき液の調整過程は下記の通りである。
1Lの電気めっき液を例とするが、水300mlに、順に、硫酸銅五水和物220g、濃
硫酸60g、二水和塩素化銅(塩化銅二水和物)0.114g、3−S−イソチオ尿素プ
ロパンスルホナート0.002g、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル0.06
g、ジフェニルメタン染料0.06gを添加して、攪拌して溶解させて、それから再び液
位1Lとなるように水を補充する。
本実施例の銅電気めっき液による電気めっきのプロセスパラメータは下記の通りである。
予処理のバキューム処理:10min
電気めっき液の交換時間:10min
温度:25±2℃
電流密度:0.25A/dm2
攪拌速率:150r/min
また、電気めっき交換がおわると、電源をオンにさせて電気めっきを行う。電気めっき時
間が80minまたは150minとする。
これによって、ブランドビアの直径が35μm、ブランドビアの深さが175μmのSu
per−TSV銅配線材が得られる。ウェハの切断面の模様は、図3図4に示される。
図3図4に示す模様によれば、Super−TSVは、孔内が完全に充填され、孔内に
空隙や隙間がなかったと分かった。チップ積層際の信号伝送性を向上できると考えられる

0035

実施例3
下記濃度の成分を含む。
硫酸銅五水和物:240g/L;
濃硫酸:50g/L
塩素イオン:40mg/L(二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または
複数種から提供される)
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:4mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:60mg/L
フェナジン染料:70mg/L
電気めっき液の調整過程は下記の通りである。
1Lの電気めっき液を例とするが、水300mlに、順に、硫酸銅五水和物240g、濃
硫酸50g、二水和塩素化銅(塩化銅二水和物)0.091g、3−S−イソチオ尿素プ
ロパンスルホナート0.004g、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル0.06
g、フェナジン染料0.07gを添加して、攪拌して溶解させて、それから再び液位1L
となるように水を補充する。
本実施例の銅電気めっき液による電気めっきのプロセスパラメータは下記の通りである。
予処理のバキューム処理:10min
電気めっき液の交換時間:10min
温度:25±2℃
電流密度:0.18A/dm2
攪拌速率:200r/min
また、電気めっき交換がおわると、電源をオンにさせて電気めっきを行う。電気めっき時
間が30minまたは180minとする。
これによって、ブランドビアの直径が20μm、ブランドビアの深さが200μmのSu
per−TSV銅配線材が得られる。ウェハの切断面の模様は、図5図6に示される。
図5図6に示す模様によれば、Super−TSVは、ボトムアップ成長形態を呈する
電気めっきのものとなり、孔内が完全に充填され、孔内に空隙や隙間がなかったと分かっ
た。チップ積層際の信号伝送性を向上できると考えられる。

0036

実施例4
下記濃度の成分を含む。
硫酸銅五水和物:240g/L;
濃硫酸:50g/L
塩素イオン:40mg/L(二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または
複数種から提供される)
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:2mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:60mg/L
フェナジン染料:60mg/L
電気めっき液の調整過程は下記の通りである。
1Lの電気めっき液を例とするが、水300mlに、順に、硫酸銅五水和物240g、濃
硫酸50g、二水和塩素化銅(塩化銅二水和物)0.091g、3−S−イソチオ尿素プ
ロパンスルホナート0.002g、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル0.06
g、フェナジン染料0.06gを添加して、攪拌して溶解させて、それから再び液位1L
となるように水を補充する。
本実施例の銅電気めっき液による電気めっきのプロセスパラメータは下記の通りである。
予処理のバキューム処理:10min
電気めっき液の交換時間:10min
温度:25±2℃
電流密度:0.2A/dm2
攪拌速率:150r/min
また、電気めっき交換がおわると、電源をオンにさせて電気めっきを行う。電気めっき時
間が90minまたは150minとする。
これによって、ブランドビアの直径が20μm、ブランドビアの深さが150μmのSu
per−TSV銅配線材が得られる。ウェハの切断面の模様は、図7図8に示される。
図7図8に示す模様によれば、Super−TSVは、ボトムアップ成長形態を呈する
電気めっきのものとなり、孔内が完全に充填され、孔内に空隙や隙間がなかったと分かっ
た。チップ積層際の信号伝送性を向上できると考えられる。

0037

実施例5
下記濃度の成分を含む。
硫酸銅五水和物:220g/L;
濃硫酸:60g/L
塩素イオン:45mg/L(二水和塩化銅、塩化ナトリウムまたは塩酸の中の一種または
複数種から提供される)
3−S−イソチオ尿素プロパンスルホナート:4mg/L
ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:80mg/L
フタロシアニン染料:60mg/L
電気めっき液の調整過程は下記の通りである。
1Lの電気めっき液を例とするが、水300mlに、順に、硫酸銅五水和物220g、濃
硫酸60g、二水和塩素化銅(塩化銅二水和物)0.102g、3−S−イソチオ尿素プ
ロパンスルホナート0.004g、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル0.08
g、フタロシアニン染料0.06gを添加して、攪拌して溶解させて、それから再び液位
1Lとなるように水を補充する。
本実施例の銅電気めっき液による電気めっきのプロセスパラメータは下記の通りである。
予処理のバキューム処理:10min
電気めっき液の交換時間:10min
温度:25±2℃
電流密度:0.15A/dm2
攪拌速率:200r/min
また、電気めっき交換がおわると、電源をオンにさせて電気めっきを行う。電気めっき時
間が120minとする。
これによって、ブランドビアの直径が10μm、ブランドビアの深さが100μmのSu
per−TSV銅配線材が得られる。ウェハの切断面の模様は、図9に示される。図9
示す模様によれば、Super−TSVは、ボトムアップ成長形態を呈する電気めっきの
ものとなり、孔内が完全に充填され、孔内に空隙や隙間がなかったと分かった。チップ積
層際の信号伝送性を向上できると考えられる。

0038

スーパーTSV(Super−TSV)めっき時には、めっき時間によって、スーパーTSVの
ブラインドホール内の銅層の厚さが一致しないため、時間を調整して厚さを制御する必要
があり、上記の具体的な実施例においてめっき時間が異なる。

0039

上記5つの実施例を総合すると、Super−TSVは、ボトムアップ成長形態を呈する
電気めっきのものとなり、従来のSuper−TSVの充填における空隙や隙間等の問題
を解決できた。有効的に空隙による信号伝送の不安定、大抵抗、電力消費過大などの欠陥
を有効的に防止することができ、付き回り性がよく、表面の光沢と均一性も良好などの特
徴を有することができ、より確実的な電子製品を製造できる。この5枚の図は5つの異なる
奥行き比のホール型を表している。ホール型によって必要な添加物濃度、電流密度及び時
間が異なるので、ここではホール型毎の最適な実験パラメータを列挙して実証した。前の
5つの実施例では、各データは2つの時間に分けられている。その目的は、Super−T
SV電気めっきの過程において、ボトムアップ成長形態を呈して、底から上に成長し、同
時にSuper−TSV電気めっきが完了した後、隙間がないことを証明するためである

0040

以上の開示は、本発明の発明者のサンプルに係る実施例に過ぎず、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、いかなる分野の技術者も考えることができる変化は、本発明の保護範
囲に含まれるべきである。

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