3D 集成电路(IC)是半导体微型化的重要路径,而 TSV(硅通孔)的铜填充质量直接决定了 3D 封装的可靠性。在此项目之前,高性能的 TSV 铜电镀液主要依赖进口,国内缺乏具有竞争力的自主配方。
开发出适用于 TSV 高纵横比孔结构的铜电镀添加剂体系,确保铜在孔内实现自底向上(Bottom-up)的填充,避免出现空洞(Void)或缝隙(Seam)。
通过对电镀液中抑制剂、加速剂和整平剂的配比优化,成功开发出了可商用的铜电镀添加剂系统,并在实际的 TSV 工艺验证中达到了技术目标,实现了工艺国产化替代。
核心难题: TSV 是高深宽比(High Aspect Ratio)的孔结构。如果孔口电镀速率过快,会导致孔口“封死”,使内部留下空洞。
解决方案: 通过特定添加剂的协同效应,实现孔内沉积速度快于孔口:
加速剂(Accelerator): 优先在孔底吸附,促进底部铜离子的沉积。
抑制剂(Suppressor): 在孔口和侧壁形成保护膜,抑制铜的过早沉积。
整平剂(Leveler): 确保镀层表面的平整性,减少多余沉积。
文档详细对比了用于 PCB(印刷电路板) 的通用铜电镀液与 TSV 专用 铜电镀液的区别。TSV 电镀对添加剂的纯度、化学稳定性及在窄孔内的扩散特性要求极高。
该项目通过大量的实验设计(DOE),确立了各组分在不同电流密度下的最优配比,实现了对铜晶粒生长的有效控制。
电学性能: 确保填充后的铜柱具有良好的导电率和极低的电阻率。
可靠性测试: 通过热循环及后续的化学机械抛光(CMP)验证,确保电镀后的铜层与硅基底之间没有分层或剥离。