电镀铜是TSV技术的一个关键制程，本部分将重点介绍TSV电镀铜工艺。一般来说，在电镀前，孔内和表面需要导电的种子层覆盖，一般会以钛和铜为种子层，超高深径比或特殊结构可能需要采用金种子层。种子层是电镀的基本保障，有提供导电性使电镀顺利进行的功能。

判断孔内种子层质量的优劣，用厚度难以测量，一般通过切片观察孔内金属层的颜色，如果是正常的红色，则认为种子层达到要求，但如果孔壁发黑则可能容易导致空洞、断层、夹缝等风险。一般钛种子层厚度为0.1～0.5微米，铜种子层为1.0～2.0微米，深径比高的还需要用金代替铜以增强导电性。在完成种子层沉积后，进入电镀工序。

电镀工序主要包括两道工艺。第一步为前处理，利用物理方式排出腔体内的空气，如用超声波、喷淋、抽真空等方式使电镀液顺利进入腔体内部。前处理完毕后，开始进行电镀铜的超级填充。在一个待镀产品上，电镀受产品与阳极的相对位置、产品形状、物理阻隔等因素影响，会导致产品待镀表面的电流密度分布不同，TSV的这种效应尤为明显。

受TSV的孔型影响，孔内部很容易出现空洞异常。电镀添加剂、电流密度、深径比等参数都会影响铜的填充。TSV电镀铜一般采用硫酸铜体系，也有部分厂商采用甲基磺酸铜体系，但以硫酸铜体系为主。采取高铜低酸体系，镀液中较高的铜离子使孔底能及时补充铜离子，再利用添加剂的作用在合适直流电条件下完成填孔。

电镀温度一般在23℃～28℃，温度太低容易造成铜离子扩散慢，温度太高则添加剂消耗快。电镀时，槽液需要搅拌，药液的流动会让孔底铜离子得到及时补充，采用不同的添加剂可使铜离子按需要进行沉积完成TSV电镀铜。（1）光亮剂，又称加速剂。一般为含硫化合物，有利于较大电流密度区的铜离子有序沉积，在一定范围内，其浓度越高越利于电流密度高的区域铜厚增长。

（2）运载剂，又称辅助剂或润湿剂。运载剂属于初级光亮剂，具有降低溶液表面张力的能力，且有利于孔底润湿，也是一种比较弱的抑制剂。（3）整平剂，为大分子有机物，容易在TSV表面或孔口吸附，阻止铜离子的沉积，使铜离子在整平剂较少的孔底生长。通过三种添加剂的配合，以合适的电流密度，实现高深径比填充，填充过程不允许产生空洞、夹缝现象。

通过整平剂在表面的吸附，形成一层电化学绝缘层，阻止铜离子的沉积。在孔底电位低且吸附的整平剂少，所以孔底铜层生长快。超级TSV镀铜的典型生长方式是底部向上进行填孔。如果添加剂对面铜、孔角甚至孔壁镀铜的能力抑制不足，会导致面铜或者孔壁过厚，容易在孔内出现夹缝、空洞等不良现象。从铜的初期生长结构就可以判断超级TSV填铜可能面临的缺陷。

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