《炬丰科技-半导体工艺》硅和玻璃中介层的电镀技术
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：硅和玻璃中介层的电镀技术
编号：JFKJ-21-1121
作者：华林科纳
为了在作为半导体的硅上形成布线，需要在基板和孔壁的表面形成绝缘层。TSV的高频特性依赖于该绝缘层。图1显示的是在博世工艺中形成的通孔壁上成膜的溅射膜的截面。 为了解决在孔壁上形成的溅射膜由于扇形的影响而断开并且不能获得足够的覆盖性的问题。
图1
由于上述因素，当种子金属不能适当地在通孔内成膜时，在随后的铜填充电镀中会出现导电不良，通孔内部不会析出镀层。 针对这个问题，人们设计了各种各样的对策法。 例如，存在通过溅射后进行无电镀镍来弥补通孔内溅射覆盖不足的方法。
在铜填充镀覆中，在含有用于通孔填充的添加剂（抑制剂、促进剂和平滑剂）的硫酸铜镀覆浴中进行电解镀覆。 通孔填充用的电镀液已被众多的化学供应商产品化，加工厂商购买或自行调配使用。 添加剂的管理是非常重要的因素，一般采用循环伏安剥离（cyclic voltammetry stripping:CVS）法进行管理。 如果管理不到位，就会成为空隙等不良发生的原因。 我们通过电镀条件的最优化，成功填充了孔径50μm、厚度400μm的TSV。
到这里，叙述了一直以来对通孔进行的最基本的填充电镀方法。 通过该方法，虽然可以对TSV·TGV进行完全镀铜填充，但由于无法进行高速镀覆，镀覆所需时间变得非常长，在成本方面成为大问题。 再者，在镀层的析出机制上，通孔的形状依赖性较高，特别是通孔为桶型形状的情况下，在开口部附近很难控制镀层，容易产生空隙。
图7(a)显示的是用本方法制作的孔径80μm、厚度400μm的TSV填充电镀的X射线CT图像的透过图像，图7(b)显示的是三维CT图像。 另外，对于孔径为40、50、60、90、100μm的通孔规格（基板厚度均为400μm）的TSV，实现了无空隙填充电镀。 此时所需时间为以往的1/4左右，也成功地大幅缩短了电镀时间。
图7
该方法由于不对玻璃进行蚀刻，在保持玻璃透明性的同时，可以在光滑的基板上形成细微的布线。 关东学院大学的研究小组成功绘制了线宽1.5μm的微细镍网格图案，另外，还成功绘制了线宽0.4μm、间隙0.4μm的铜超微细布线15）。本公司利用量产用曝光机，在加工成6英寸晶圆形状的Tenpax浮法®上形成金属络合物图案，确认了可以绘制10μm的镀镍正方形微细图案。
图10显示的是镀膜厚度与剥离质量数的关系。 另外，图中的虚线箭头标记为eye guide。 在感光性金属络合物工艺中，当膜厚超过5μm时，可以看到膜的剥离。 另一方面，利用表面调理剂在玻璃基板上承载钯催化剂的方法，当膜厚超过1μm时，观察到了剥离。 以上结果表明，感光性金属络合物工艺与使用表面调理剂的工艺相比，可以电镀至5倍的膜厚。
由于本工艺为湿法法，从原理上看，在通孔壁面上形成均匀的底层金属层的难易度比溅射要低。 而且，可以全部采用湿法工艺进行填充电镀，由于不需要准备昂贵的溅射装置，因此也可以降低初期引进成本。这样，硅玻璃内插器的电镀技术，开发出了通过TSV积累起来的技术、从TSV向TGV分离的技术、以及充分利用玻璃特有化学性质的技术等各种新技术。 今后，随着对高密度安装基板的需求不断提高，可以认为，随着内插器的薄板化的对应，满足高速传输要求的高质量填充电镀，以及通过缩短电镀所需时间等实现低成本化等的需求也将不断被追求。
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