淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-0702201211382200
中文論文名稱 電化學技術分析於矽通孔中之銅電沉積行為
英文論文名稱 Electrochemical Analysis of Copper Electrodeposition for Through-SiliconVia Filling
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 100
學期 1
出版年 101
研究生中文姓名 呂宛儒
研究生英文姓名 Wan-Ru Lu
學號 697400173
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-01-05
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-蔡子萱
共同指導教授-張裕祺
委員-林正嵐
委員-周偉龍
委員-吳永富
中文關鍵字   矽通孔  電化學沉積  交流阻抗  極化曲線 
英文關鍵字 copper  through-silicon via  electrodeposition  impedance, polarization curve 
學科別分類
中文摘要 矽通孔的製作是目前三維晶片製程中的關鍵技術,本研究主要是利用旋轉盤電極電化學技術預測矽通孔的鍍銅程序。實驗上,控制旋轉盤電極的轉速以產生不同邊界層厚度來代表孔洞表面、孔洞淺處、孔洞深處的鍍銅情形,並利用極化曲線與交流阻抗分析等方法,探討溫度、鍍液組成、超音波震盪等對銅沉積行為的影響。實驗結果發現,適當的銅離子濃度或硫酸濃度較有利於底填鍍銅;具抑制鍍銅作用的中聚乙二醇(PEG)和具促進鍍銅作用的聚二硫二丙烷磺酸鈉(SPS)均會吸附在電極表面,其中PEG的吸附作用對邊界層較厚的表面,吸附效果差,但是SPS則無對邊界層厚度的敏感性。另外,溫度升高或輔以超音波震盪並無法促進底填鍍銅的效果,反而會使添加劑不易吸附於表面,而造成孔洞產生。最後,以本系統研究預浸泡和鍍液壽命對鍍銅的影響,發現預浸泡的時間增加或鍍液久置均對矽通孔鍍銅的填孔能力有不利的影響。
英文摘要 Copper electrodeposition in through silicon via (TSV) is the key technology for the development of three-dimensional integrated circuits. This study uses rotating disk electrode (RDE) to predict the copper electrodeposition in TSV. For this experiment, potentiodynamic scans and impedance plots of RDE are applied to simulate the different mass-transfer environments within the via, and the effects of temperature, the composition of plating bath, and ultrasonic agitation etc. on copper electrodeposition are investigated. The experimental results indicate that only at the optimum concentrations of Cu2+and sulfuric acid would be helpful for bottom-up filling. The organic additives would adsorb on the electrode surface. The adsorption of polyethylene glycol decreased with the thickness of boundary layer increasing, but bis(3-sulfopropyl) disulfide was not sensitive to the boundary layer. In addition, the increased temperature or the application of ultrasonic agitation destroyed the adsorption of the organic additives and would be unfavorable to TSV filling. The experimental results about the predip time and bath life show the increased predip time would not improve TSV filling and the bath would decay to weaken the action of the additives on TSV filling.
論文目次 目錄 III
圖表目錄 IV
第一章 緒論 1
1-1三維晶片簡介 1
1-2三維晶片技術的發展 5
1-3研究目的 7
第二章 文獻回顧 8
2-1銅鍍液的類型 8
2-2深孔鍍銅技術 10
2-3旋轉電極於深孔鍍銅的應用 12
第三章 基本原理 13
3-1旋轉圓盤電極 13
3-2填充能力的指標 14
3-3電極動力學 14
3-4極化原理 15
3-5交流阻抗分析原理 17
第四章 實驗設備與方法 22
4-1儀器設備與藥品 22
4-2實驗系統與方法 23
第五章 結果與討論 25
5-1基本鍍液的電鍍特性效應 25
5-2銅離子濃度效應 29
5-3添加劑效應 37
5-4硫酸濃度效應 48
5-5溫度效應 56
5-6其他因素的影響 68
第六章 結論 72
參考文獻 73

圖表目錄
圖1-1 3D-IC市場趨勢 3
圖1-2 2D-IC與3D-IC之架構差異 3
圖1-3 3D-TSV技術應用預測時程 4
圖1-4 3D-IC技術產品應用發展趨勢 4
圖1-5 3D- IC技術堆疊20層晶片架構 6
圖1-6堆疊式記憶體 7
圖1-7矽通孔製作流程圖 7
圖2-1不同酸濃度下銅離子濃度與銅沉積速率的關係 9
圖3-1不可逆電極反應之能量關係 15
圖3-2完整的i-E曲線 17
圖3-3典型的電阻元件 20
圖3-4等效電路示意圖 21
圖5-1基本鍍液中所測得的極化曲線圖 25
圖5-2基本鍍液中極限電流對轉速平方根作圖 26
圖5-3基本鍍液中的填充能力圖 27
圖5-4基本鍍液中的交流阻抗圖 28
圖5-5不同銅離子濃度的極化曲線 29
圖5-6不同銅離子濃度的極化曲線 30
圖5-7不同銅離子濃度的極化曲線 32
圖5-8不同銅離子濃度的填充能力圖 34
圖5-9不同銅離子濃度的填充能力圖 34
圖5-10不同銅離子濃度的填充能力圖 35
圖5-11不同銅離子濃度中的交流阻抗圖 36
圖5-12添加PEG的極化曲線圖 37
圖5-13添加PEG的交流阻抗圖 39
圖5-14添加PEG的填充能力圖 40
圖5-15添加SPS的極化曲線圖 41
圖5-16添加SPS對銅電極極化曲線的影響 42
圖5-17添加SPS的交流阻抗圖 43
圖5-18添加SPS對銅電極交流阻抗圖的影響 44
圖5-19添加SPS的填充能力圖 45
圖5-20添加PEG和SPS的極化曲線圖 46
圖5-21添加PEG和SPS的交流阻抗圖 47
圖5-22添加PEG和SPS的填充能力圖 48
圖5-23不同硫酸濃度的極化曲線 49
圖5-24不同硫酸濃度的極化曲線 50
圖5-25不同硫酸濃度的極化曲線 51
圖5-26不同硫酸濃度的填充能力圖 53
圖5-27不同硫酸濃度的填充能力圖 53
圖5-28不同硫酸濃度的填充能力圖 54
圖5-29不同硫酸濃度的交流阻抗圖 55
圖5-30不同硫酸濃度的交流阻抗圖 55
圖5-31不同硫酸濃度的交流阻抗圖 55
圖5-32不同溫度的極化曲線圖 57
圖5-33不同電位的動力學關係 59
圖5-34不同銅離子濃度於不同溫度的極化曲線圖 61
圖5-35不同銅離子濃度於不同溫度的極化曲線圖 62
圖5-36不同銅離子濃度於不同溫度的極化曲線圖 63
圖5-37不同硫酸濃度於不同溫度的極化曲線圖 65
圖5-38不同硫酸濃度於不同溫度的極化曲線圖 66
圖5-39不同硫酸濃度於不同溫度的極化曲線圖 67
圖5-40不同溫度下加入超音波震盪的極化曲線圖 69
圖5-41電極預浸泡於鍍液中不同時間的極化曲線圖 70
圖5-42鍍銅液靜置於不同天數的極化曲線圖 71

表2-1 TSV銅鍍液之不同陽極種類比較 10










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