tsv電鍍原理

電鍍銅是TSV技術的一個關鍵製程，本部分將重點介紹TSV電鍍銅工藝。一般來說，在電鍍前，孔內和表面需要導電的種子層覆蓋，一般會以鈦和銅為種子層，超高深徑比或特殊結構可能需要採用金種子層。種子層是電鍍的基本保障，有提供導電性使電鍍順利進行的功能。

判斷孔內種子層質量的優劣，用厚度難以測量，一般通過切片觀察孔內金屬層的顏色，如果是正常的紅色，則認為種子層達到要求，但如果孔壁發黑則可能容易導致空洞、斷層、夾縫等風險。一般鈦種子層厚度為0.1～0.5微米，銅種子層為1.0～2.0微米，深徑比高的還需要用金代替銅以增強導電性。在完成種子層沉積後，進入電鍍工序。

電鍍工序主要包括兩道工藝。第一步為前處理，利用物理方式排出腔體內的空氣，如用超聲波、噴淋、抽真空等方式使電鍍液順利進入腔體內部。前處理完畢後，開始進行電鍍銅的超級填充。在一個待鍍產品上，電鍍受產品與陽極的相對位置、產品形狀、物理阻隔等因素影響，會導致產品待鍍表面的電流密度分佈不同，TSV的這種效應尤為明顯。

受TSV的孔型影響，孔內部很容易出現空洞異常。電鍍新增劑、電流密度、深徑比等引數都會影響銅的填充。TSV電鍍銅一般採用硫酸銅體系，也有部分廠商採用甲基磺酸銅體系，但以硫酸銅體系為主。採取高銅低酸體系，鍍液中較高的銅離子使孔底能及時補充銅離子，再利用新增劑的作用在合適直流電條件下完成填孔。

電鍍溫度一般在23℃～28℃，溫度太低容易造成銅離子擴散慢，溫度太高則新增劑消耗快。電鍍時，槽液需要攪拌，藥液的流動會讓孔底銅離子得到及時補充，採用不同的新增劑可使銅離子按需要進行沉積完成TSV電鍍銅。（1）光亮劑，又稱加速劑。一般為含硫化合物，有利於較大電流密度區的銅離子有序沉積，在一定範圍內，其濃度越高越利於電流密度高的區域銅厚增長。

（2）運載劑，又稱輔助劑或潤溼劑。運載劑屬於初級光亮劑，具有降低溶液表面張力的能力，且有利於孔底潤溼，也是一種比較弱的抑制劑。（3）整平劑，為大分子有機物，容易在TSV表面或孔口吸附，阻止銅離子的沉積，使銅離子在整平劑較少的孔底生長。通過三種新增劑的配合，以合適的電流密度，實現高深徑比填充，填充過程不允許產生空洞、夾縫現象。

通過整平劑在表面的吸附，形成一層電化學絕緣層，阻止銅離子的沉積。在孔底電位低且吸附的整平劑少，所以孔底銅層生長快。超級TSV鍍銅的典型生長方式是底部向上進行填孔。如果新增劑對面銅、孔角甚至孔壁鍍銅的能力抑制不足，會導致面銅或者孔壁過厚，容易在孔內出現夾縫、空洞等不良現象。從銅的初期生長結構就可以判斷超級TSV填銅可能面臨的缺陷。