專(zhuān)利名稱(chēng)：用于填充通孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于填充通孔(導(dǎo)通孔)的方法，更具體地說(shuō)，涉及一種用電鍍金屬通過(guò)電解電鍍填充通孔的通孔填充方法，該電解電鍍使用覆蓋形成通孔的基板的整個(gè)表面的金屬薄膜作為供電層。
背景技術(shù)：
在用于半導(dǎo)體器件等電子元件中的基板中，形成貫穿該基板的導(dǎo)通部(via)，并且在該基板的兩個(gè)表面上形成的導(dǎo)電圖案電連接。
這種導(dǎo)通部的形成方法包括例如用電鍍金屬通過(guò)電解電鍍填充貫穿基板的通孔來(lái)形成導(dǎo)通部的方法。此方法在圖4中示出。在圖4所示的方法中，如圖4A所示，首先在由絕緣材料制成的基板100中形成圓柱形通孔102之后，如圖4B所示，通過(guò)無(wú)電解電鍍?cè)诎ㄍ?02的內(nèi)壁面的基板100的表面上形成薄膜金屬層104。
此外，執(zhí)行使用薄膜金屬層104作為供電層的電解電鍍，并在通孔102的內(nèi)壁面和薄膜金屬層104的露出表面上形成電鍍金屬層106。如圖4C所示，首先進(jìn)行此電解電鍍，以便使通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度(tin)等于其中通孔102所敞開(kāi)的基板表面上形成的電鍍金屬層的厚度(tout)。
如圖4D所示，當(dāng)進(jìn)行這種電解電鍍時(shí)，達(dá)到縫隙直徑(seamdiameter)，即，即使在進(jìn)一步執(zhí)行所述電解電鍍的情況下，通孔102的內(nèi)徑也不會(huì)減小。這里，在說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“縫隙直徑”指的是在通孔的電解電鍍過(guò)程中，無(wú)法再用電鍍金屬填充該通孔(或通孔的內(nèi)徑不再減小)的極限值(或在通孔的中心部分保留/形成的空間)。
如圖4E所示，盡管即使在通孔102的內(nèi)徑這樣達(dá)到縫隙直徑之后，當(dāng)在相同條件下繼續(xù)電解電鍍時(shí)，通孔102的內(nèi)徑也不會(huì)減小，但是電流密度集中在通孔102的開(kāi)口的角部附近，并且用電鍍金屬填充通孔102的開(kāi)口的角部附近，從而在導(dǎo)通部的中心部分附近形成空隙108。
這種縫隙直徑傾向于隨著電解電鍍的電流密度變高而變大，因此為了形成沒(méi)有現(xiàn)有技術(shù)的例如空隙等缺陷的通孔，用電鍍金屬通過(guò)低電流密度的電解電鍍填充通孔。
然而，當(dāng)以低電流密度執(zhí)行利用電解電鍍的通孔的電鍍填充時(shí)，完成填充需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。
此外，通過(guò)近年來(lái)的半導(dǎo)體器件的大規(guī)模集成等，導(dǎo)通部因配線(xiàn)圖案的精細(xì)度而變得更精細(xì)。因此，形成導(dǎo)通部的通孔也變得更精細(xì)，并且當(dāng)用電鍍金屬通過(guò)電解電鍍填充變得更精細(xì)的通孔時(shí)，必須采用低電流密度，而完成該通孔的填充需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。
對(duì)于這種用于填充現(xiàn)有技術(shù)通孔的方法，在專(zhuān)利參考文獻(xiàn)1(國(guó)際公開(kāi)No.03/033775小冊(cè)子)中提出用于通過(guò)圖5所示的周期性使電極極性反轉(zhuǎn)的電解電鍍填充通孔的方法。
在此電解電鍍過(guò)程中，通過(guò)以預(yù)定間隔短時(shí)間施加反向電解，剝離吸附到通孔的開(kāi)口附近的薄膜金屬層上的成分，并使正向電解時(shí)的通孔內(nèi)部的極化電阻小于該開(kāi)口附近的極化電阻，以試圖在通孔內(nèi)部形成具有均勻厚度的電鍍金屬層。
根據(jù)專(zhuān)利參考文獻(xiàn)1中提出的電解電鍍，即使正向電解時(shí)的電流密度相對(duì)增加，也可以形成其中用電鍍金屬完全填充通孔內(nèi)部的導(dǎo)通部。
然而，在此電解電鍍過(guò)程中，施加反向電解并剝離一部分電鍍金屬層，并且有必要使正向電解時(shí)的通孔內(nèi)部的極化電阻小于開(kāi)口附近的極化電阻，因此有必要精妙地控制施加反向電解的時(shí)間和時(shí)刻(或時(shí)機(jī))。
因此，用電鍍金屬通過(guò)這種電解電鍍填充通孔的方法由于其復(fù)雜性，實(shí)際上難以作為電解電鍍裝置在工業(yè)上應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種填充通孔的方法，該方法可以縮短完成用電鍍金屬填充通孔需要花費(fèi)的時(shí)間，并容易在工業(yè)上應(yīng)用。
作為解決以上問(wèn)題而進(jìn)行研究的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，即與以低電流密度繼續(xù)電解電鍍的情況相比較，即使在開(kāi)始電鍍的時(shí)刻，在其中形成通孔的基板上執(zhí)行高電流密度的電解電鍍，也可以通過(guò)在通孔的直徑達(dá)到縫隙直徑之前切換到低電流密度的電解電鍍，來(lái)縮短完成用電鍍金屬填充通孔需要花費(fèi)的時(shí)間。
也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的一種用于填充通孔的方法，所述方法特征在于，在通過(guò)電解電鍍用電鍍金屬填充在基板中形成的通孔的情況下，當(dāng)以保持恒定的電流密度作為所述電解電鍍的電流密度的執(zhí)行所述電解電鍍時(shí)，以高于能夠完全填充所述通孔的恒定電流密度的高電流密度開(kāi)始所述電解電鍍；以及在以所述高電流密度開(kāi)始所述電解電鍍之后，通過(guò)在達(dá)到形成縫隙直徑之前將電流密度變?yōu)榈陀谒龈唠娏髅芏鹊碾娏髅芏?，繼續(xù)所述電解電鍍，一旦達(dá)到所述縫隙直徑，即使繼續(xù)所述電解電鍍內(nèi)徑也不會(huì)減小。
在本發(fā)明中，采用以下高電流密度作為所述高電流密度，即在此高電流密度下，用通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度(tin)和其中所述通孔所敞開(kāi)的基板表面上形成的電鍍金屬層的厚度(tout)之間的比值[(tin/tout)×100]表示的深鍍能力的初始值是90％或更大，從而可以可靠地用電鍍金屬填充所述通孔。
此外，將電流密度從初始高電流密度階梯狀地變?yōu)楹愣娏髅芏然蚋‰娏髅芏?，從而可以容易地改變電流密度?br> 特別優(yōu)選的是，所述通孔設(shè)為具有60到70μm內(nèi)徑的通孔，并且當(dāng)所述內(nèi)徑由于在所述通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層而達(dá)到約10μm時(shí)，電流密度設(shè)為0.9A/cm2或更小。
此外，使用其中形成具有相同內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板作為所述基板，并依次將電流密度從初始高電流密度階梯狀地變?yōu)楹愣娏髅芏然蚋‰娏髅芏?，從而可以容易地用電鍍金屬填充所述通孔?br> 另一方面，使用其中形成具有不同內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板作為所述基板，并且在完成用電鍍金屬填充所述基板的由具有較小內(nèi)徑的通孔組成的小內(nèi)徑通孔組之后，完成用電鍍金屬填充由具有較大內(nèi)徑的通孔組成的大內(nèi)徑通孔組，從而也可以用電鍍金屬填充具有不同內(nèi)徑的多個(gè)通孔。
在這種情況下，在將電流密度從高電流密度依次減小的同時(shí)，執(zhí)行小內(nèi)徑通孔組的電解電鍍，并且在完成用電鍍金屬填充小內(nèi)徑通孔組之后，將電流密度變?yōu)楦哂谕瓿尚?nèi)徑通孔組填充時(shí)的填充電流密度的電流密度，隨后，在將電流密度從高電流密度依次減小的同時(shí)，執(zhí)行大內(nèi)徑通孔組的電解電鍍，并完成用電鍍金屬填充大內(nèi)徑通孔組，從而可以用電鍍金屬充分填充具有不同內(nèi)徑的多個(gè)通孔。此外，可以縮短電鍍時(shí)間。
這里，將形成相同通孔組的通孔的內(nèi)徑之間的差設(shè)為小于10μm，這樣可以在將電流密度從高電流密度依次減小的同時(shí)執(zhí)行電解電鍍，從而用電鍍金屬充分填充所述相同通孔組的所有通孔。
此外，將所述小內(nèi)徑通孔組中具有最大內(nèi)徑的通孔的內(nèi)徑和所述大內(nèi)徑通孔組中具有最小內(nèi)徑的通孔的內(nèi)徑之間的差設(shè)為10μm或更大，這樣可以通過(guò)在將電流密度變?yōu)楦哂谕瓿尚?nèi)徑通孔組的填充的填充電流密度的電流密度之后，將電流密度從高電流密度依次減小的同時(shí)執(zhí)行電解電鍍，從而用電鍍金屬充分填充大內(nèi)徑通孔組的通孔。
在本發(fā)明中，在將電鍍?nèi)芤簢娚湓谒龌宓碾婂兡繕?biāo)表面上的同時(shí)執(zhí)行電解電鍍的情況下，從第二供給管中設(shè)置為與所述電鍍目標(biāo)表面平行的平行部分中形成的多個(gè)噴射口噴射所述電鍍?nèi)芤?，所述第二供給管在用于供給所述電鍍?nèi)芤旱牡谝还┙o管中設(shè)置成U形，從而可以從各個(gè)噴射口均勻噴射所述電鍍?nèi)芤骸?br> 在這種情況下，將形成多個(gè)噴射口的第二供給管的平行部分設(shè)置在所述基板兩側(cè)，以便電鍍?nèi)芤嚎梢試娚湓谒龌鍍蓚?cè)的電鍍目標(biāo)表面上，并且將各個(gè)所述平行部分設(shè)置在從所述噴射口噴射的所述電鍍?nèi)芤旱纳淞鞑粫?huì)相互抵消的位置，從而所述電鍍?nèi)芤嚎梢跃鶆虻貒娚湓谒龌逯行纬傻耐咨稀?br> 一般來(lái)說(shuō)，在通過(guò)在其中形成通孔的基板上執(zhí)行電解電鍍用電鍍金屬填充通孔的情況下，即使當(dāng)繼續(xù)電解電鍍時(shí)內(nèi)徑也不會(huì)減小的縫隙直徑傾向于隨著電流密度的增加而增大。
可以如下考慮出現(xiàn)此縫隙直徑的原因。也就是說(shuō)，通過(guò)電鍍金屬的沉淀，通孔中的電鍍?nèi)芤旱难h(huán)量隨著該通孔的內(nèi)徑的減小而減少，并且出現(xiàn)以下情況，即該通孔內(nèi)部的電鍍?nèi)芤褐械慕饘匐x子每單位時(shí)間沉淀在內(nèi)表面上的沉淀量大于每單位時(shí)間在通孔中循環(huán)的電鍍?nèi)芤毫?。因此，在通孔中循環(huán)的電鍍?nèi)芤褐械慕饘匐x子最終在通孔的開(kāi)口的周?chē)吘壐浇谋M，并且在通孔內(nèi)部的電鍍?nèi)芤褐谢旧喜淮嬖诮饘匐x子，這樣便可能達(dá)到即使當(dāng)繼續(xù)電解電鍍時(shí)內(nèi)徑也不會(huì)減小的縫隙直徑。
縫隙直徑傾向于隨著電流密度的增加而增大的事實(shí)是由于電鍍?nèi)芤褐械慕饘匐x子的消耗量增加的緣故。因此，隨著電流密度的增加，可能自開(kāi)始電解電鍍起較早地出現(xiàn)以下情況，即該通孔內(nèi)部的電鍍?nèi)芤褐械慕饘匐x子每單位時(shí)間沉淀在內(nèi)表面上的沉淀量大于每單位時(shí)間在通孔中循環(huán)的電鍍?nèi)芤毫俊?br> 關(guān)于這一點(diǎn)，在本發(fā)明中，當(dāng)以保持恒定的電流密度執(zhí)行電解電鍍時(shí)，以高于能夠完全填充通孔的恒定電流密度的高電流密度開(kāi)始該電解電鍍，并且在開(kāi)始該高電流密度處的電解電鍍之后，在達(dá)到形成縫隙直徑之前將電流密度變?yōu)榈陀谠摳唠娏髅芏鹊碾娏髅芏?。因此，可以依次減小電解電鍍中的縫隙直徑，并且可以用電鍍金屬填充通孔。
此外，在本發(fā)明中，通過(guò)高于恒定電流密度的高電流密度的電解電鍍，開(kāi)始用電鍍金屬填充通孔，因此，與通過(guò)連續(xù)執(zhí)行恒定電流密度的電解電鍍用電鍍金屬填充通孔的情況相比較，可以縮短完成用電鍍金屬填充通孔需要花費(fèi)的時(shí)間。
此外，可以容易地預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得電解電鍍的恒定電流密度和高電流密度，并且如果預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了從高電流密度變?yōu)榈碗娏髅芏鹊臅r(shí)刻，則可以容易地以自開(kāi)始電解電鍍起經(jīng)過(guò)的時(shí)間管理該時(shí)刻。
因此，根據(jù)本發(fā)明，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的電解電鍍裝置適合作為電解電鍍裝置的事實(shí)，可以縮短完成用電鍍金屬填充通孔需要花費(fèi)的時(shí)間，并容易在工業(yè)上應(yīng)用。


圖1A～1D是示出在用于使用電鍍銅填充在基板中形成的具有相同內(nèi)徑的通孔的電解鍍銅過(guò)程中電流密度隨時(shí)間的變化的曲線(xiàn)圖。
圖2是示出在用于使用電鍍銅填充在基板中形成的具有不同內(nèi)徑的通孔的電解鍍銅過(guò)程中電流密度隨時(shí)間的變化的曲線(xiàn)圖。
圖3A～3B是說(shuō)明在基板上執(zhí)行具有圖1和圖2所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅的電鍍裝置的說(shuō)明圖。
圖4A～4E是說(shuō)明用于填充通孔的現(xiàn)有技術(shù)方法的過(guò)程圖。
圖5是說(shuō)明用于改進(jìn)圖4所示的用于填充通孔的方法的改進(jìn)方法的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，當(dāng)以保持恒定的電流密度執(zhí)行電解電鍍時(shí)，有必要由高于能夠完全填充通孔的恒定電流密度的高電流密度開(kāi)始電解電鍍。
當(dāng)在基板中形成具有相同直徑的多個(gè)通孔時(shí)，此恒定電流密度最好是考慮內(nèi)徑的變化等的電流密度。
此外，最好采用以下高電流密度作為高于這種恒定電流密度的高電流密度，即在該高電流密度處，用通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度(tin)和其中此通孔所敞開(kāi)的基板表面上形成的電鍍金屬層的厚度(tout)之間的比值[(tin/tout)×100]表示的深鍍能力(throwing power)的初始值是90％或更大。在這樣的高電流密度的電解電鍍中，從電解電鍍一開(kāi)始，可以使通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度幾乎與該通孔的開(kāi)口周?chē)吘壐浇幕灞砻嫔闲纬傻碾婂兘饘賹拥暮穸认嗟龋瑥亩梢钥煽康赜秒婂兘饘偬畛湓撏住?br> 此外，在本發(fā)明中，在開(kāi)始高電流密度的電解電鍍之后，到達(dá)到形成縫隙直徑之前，通過(guò)將電流密度變?yōu)榈陀诖烁唠娏髅芏鹊碾娏髅芏壤^續(xù)電解電鍍是重要的，在該縫隙直徑下，即使當(dāng)繼續(xù)電解電鍍時(shí)內(nèi)徑也不會(huì)減小。這是由于下述緣故即，通過(guò)這樣的電流密度的變化可以減小縫隙直徑，以繼續(xù)進(jìn)行電解電鍍。當(dāng)在基板中形成具有相同直徑的多個(gè)通孔時(shí)，最好考慮內(nèi)徑的變化等來(lái)確定此電流密度的變化時(shí)刻，并且該時(shí)刻可以由自開(kāi)始電解電鍍起所經(jīng)過(guò)的時(shí)間來(lái)管理。
此外，可以使電流密度連續(xù)或階梯狀變化，并且容易實(shí)現(xiàn)從初始高電流密度到恒定電流密度或更小的電流密度的階梯狀變化。
另外，通過(guò)在以保持恒定的電流密度形成填充的通孔的基板上執(zhí)行電解電鍍，從而用實(shí)驗(yàn)方法獲得此縫隙直徑。
當(dāng)在其中形成具有相同直徑的多個(gè)通孔的基板上執(zhí)行電解電鍍并且用例如電鍍金屬填充該通孔時(shí)，在具有300μm厚度的基板中形成的通孔設(shè)為具有60到70μm內(nèi)徑的通孔，并且當(dāng)該內(nèi)徑由于在此通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層而達(dá)到約10μm時(shí)，電流密度設(shè)為0.9A/cm2或更小，從而可以可靠地用電鍍金屬填充該通孔。
圖3A～3B所示的電鍍裝置可以?xún)?yōu)選用作實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的通孔填充方法的電鍍裝置。
在圖3(圖3A和3B)所示的電鍍裝置中，如圖3A所示，其中形成具有相同直徑的多個(gè)通孔14、14…的基板12浸入容納在電鍍槽10中的電鍍?nèi)芤褐?。此基?2的包括通孔14的內(nèi)壁面的表面覆蓋有通過(guò)無(wú)電解電鍍形成的金屬薄膜層(未示出)并與DC電源(未示出)的陰極電連接。
陽(yáng)極16，16設(shè)置在這種基板12兩側(cè)，并且沿陽(yáng)極16和基板12的一側(cè)之間及陽(yáng)極16和基板12的另一側(cè)之間的基板12的每一電鍍目標(biāo)表面形成多個(gè)噴射口18、18…，這些噴射口用于在基板12的每一電鍍目標(biāo)表面上噴射電鍍?nèi)芤骸?br> 如圖3B所示，在第二供給管22中設(shè)置為與基板12的電鍍目標(biāo)表面平行的平行部分22a中形成多個(gè)噴射口18、18…，該第二供給管在用于供給電鍍?nèi)芤旱牡谝还┙o管20中設(shè)置成U形。因此，可以使施加于在第二供給管22的平行部分22a中形成的各個(gè)噴射口18、18…的電鍍?nèi)芤旱膲毫缀跸嗟龋⑶铱梢詮母鱾€(gè)噴射口18噴射幾乎等量的電鍍?nèi)芤骸?br> 此外，如圖3A所示，設(shè)置在基板12兩側(cè)的第二供給管22的平行部分22a設(shè)置在以下位置，即在該位置處，從噴射口18、18…噴射的電鍍?nèi)芤旱纳淞鞑粫?huì)相互抵消，并且基板12還如箭頭A所示擺動(dòng)。
因此，根據(jù)圖3(圖3A和3B)所示的電鍍裝置，電鍍?nèi)芤嚎梢跃鶆虻貒娚湓诨?2兩側(cè)的電鍍目標(biāo)表面上。
利用圖3(圖3A和3B)所示的電鍍裝置，通過(guò)圖1A至圖1D的電流密度隨時(shí)間的變化，在其中形成具有60μm內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板12上執(zhí)行電解鍍銅，并用電鍍銅填充各個(gè)通孔。
如圖1D所示，當(dāng)在此通孔中以保持恒定的電流密度執(zhí)行電解電鍍時(shí)，能夠完全填充該通孔的恒定電流密度是0.7A/cm2(以下“A/cm2”可以稱(chēng)為ASD)。在以圖1D所示的恒定電流密度實(shí)施的電解鍍銅中，完成用電鍍銅填充通孔所需要的時(shí)間是4.75小時(shí)。
另一方面，在具有圖1A所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中，在開(kāi)始電解鍍銅時(shí)的電流密度設(shè)為1.84ASD，并且在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)1.75小時(shí)的時(shí)刻，電流密度減小為0.7ASD，并且電解鍍銅持續(xù)0.25小時(shí)而結(jié)束。
在圖1A所示的電解鍍銅中，結(jié)束電解鍍銅需要花費(fèi)的時(shí)間可以縮短為2小時(shí)，但是在用電鍍銅填充的通孔內(nèi)部形成空隙。
在圖1A所示的電流密度隨時(shí)間的變化中，在減小電流密度的時(shí)刻，通孔的內(nèi)徑形成為小于具有1.84ASD電流密度的通孔的縫隙直徑，因此，即使當(dāng)電流密度減小并執(zhí)行電解鍍銅時(shí)，也無(wú)法完全消除此縫隙直徑，并且有可能留下空隙。
在具有相對(duì)于圖1A所示的電流密度隨時(shí)間的變化的圖1B所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中，在開(kāi)始電解鍍銅時(shí)的電流密度設(shè)為1.84ASD，并且在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)0.5小時(shí)的時(shí)刻，電流密度減小到1.5ASD，然后依次減小為1.25ASD和1.0ASD兩級(jí)，并在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2小時(shí)的時(shí)刻，設(shè)為作為恒定電流密度的0.7ASD。此外，在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2.25小時(shí)的時(shí)刻，電流密度設(shè)為作為低于恒定電流密度的電流密度的0.5ASD。在具有圖1B所示電流密度隨時(shí)間變化的電解鍍銅中，電解鍍銅時(shí)間是3小時(shí)。與圖1D所示電解鍍銅時(shí)間相比較，電解鍍銅時(shí)間可以縮短約37％。
檢查結(jié)束電解鍍銅時(shí)在基板中用電鍍銅填充通孔的狀態(tài)，通孔已由電鍍銅充分填充，而不會(huì)檢測(cè)到例如空隙等缺陷。
接下來(lái)，相對(duì)于圖1B所示電流密度隨時(shí)間的變化，在具有圖1C所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中，在開(kāi)始電解鍍銅時(shí)的電流密度減小為1.2ASD。在開(kāi)始電解鍍銅時(shí)的此電流密度依次減小為1.0ASD和0.9ASD兩級(jí)，并在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2.25小時(shí)的時(shí)刻設(shè)為作為恒定電流密度的0.7ASD。
在具有圖1C所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中，在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2.75小時(shí)的時(shí)刻，電流密度進(jìn)一步設(shè)為作為低于恒定電流密度的電流密度的0.5ASD。在具有圖1C所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中，電解鍍銅時(shí)間是4小時(shí)。與圖1D所示的電解鍍銅時(shí)間相比較，電解鍍銅時(shí)間可以縮短約16％。
檢查結(jié)束電解鍍銅時(shí)在基板中用電鍍銅填充通孔的狀態(tài)，通孔已由電鍍銅充分填充，而沒(méi)有檢測(cè)到例如空隙等缺陷。
相對(duì)于其中形成具有40μm內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板12，在具有圖1B和1C所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中，通孔已由電鍍銅充分填充，而不會(huì)檢測(cè)到例如空隙等缺陷。
作為在具有圖1B和1C所示電流密度隨時(shí)間的變化的電解鍍銅中檢查初始深鍍能力的結(jié)果，當(dāng)圖1B所示的初始高電流密度是1.84ASD時(shí)，通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度(tin)和其中此通孔所敞開(kāi)的基板表面上形成的電鍍金屬層的厚度(tout)之間的比值[(tin/tout)×100]是接近90％的值。
另一方面，當(dāng)圖1C所示的初始高電流密度是1.2ASD時(shí)，通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度(tin)和其中此通孔所敞開(kāi)的基板表面上形成的電鍍金屬層的厚度(tout)之間的比值[(tin/tout)×100]是95％或更大。
另外，相對(duì)于其中形成具有40μm內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板12，根據(jù)在具有圖1D所示恒定電流密度的電解鍍銅，可以通過(guò)連續(xù)執(zhí)行電解鍍銅4.75小時(shí)，充分用電鍍銅填充該通孔，而不會(huì)檢測(cè)到例如空隙等缺陷。
在上述說(shuō)明中，在其中形成具有相同內(nèi)徑的基板12上執(zhí)行電解電鍍，但是類(lèi)似地，可以通過(guò)在其中形成具有不同內(nèi)徑的通孔的基板12上的電解電鍍，用電鍍金屬填充通孔。
然而，在完成用電鍍金屬填充由在基板12中形成的具有較小內(nèi)徑的通孔組成的小內(nèi)徑通孔組之后，可以通過(guò)完成用電鍍金屬填充由具有較大內(nèi)徑的通孔組成的大內(nèi)徑通孔組，從而可靠地用電鍍金屬填充具有不同內(nèi)徑的各個(gè)通孔。
也就是說(shuō)，在用電鍍金屬填充小內(nèi)徑通孔組的同時(shí)，也用電鍍金屬填充大內(nèi)徑通孔組的通孔。然而，小內(nèi)徑通孔組的電鍍金屬的電流密度通常低于大內(nèi)徑通孔組的電鍍金屬的恒定電流密度。因此，在完成用電鍍金屬填充小內(nèi)徑通孔組的時(shí)刻，未完成用電鍍金屬填充大內(nèi)徑通孔組，并且大內(nèi)徑通孔組的通孔內(nèi)徑減小。
在完成用電鍍金屬填充小內(nèi)徑通孔組之后，可以在用電鍍金屬填充大內(nèi)徑通孔組的情況下，設(shè)定最適合于用電鍍金屬填充大內(nèi)徑通孔組的電流密度。
在這種情況下，在將電流密度從高電流密度依次降低的同時(shí)，執(zhí)行小內(nèi)徑通孔組的電解電鍍，并且在完成用電鍍金屬填充小內(nèi)徑通孔組之后，將電流密度變?yōu)楦哂谕瓿尚?nèi)徑通孔組的填充的填充電流密度的電流密度，隨后，在將電流密度從高電流密度依次降低的同時(shí)，執(zhí)行大內(nèi)徑通孔組的電解電鍍，并且完成用電鍍金屬填充大內(nèi)徑通孔組，從而，可以縮短電解電鍍時(shí)間。
這里，形成相同通孔組的通孔的內(nèi)徑之間的差設(shè)為小于10μm，從而，可以完成用電鍍金屬填充形成相同通孔組的所有通孔。
這樣，可以使用圖3(圖3A和3B)所示的電鍍裝置，實(shí)施在其中形成具有不同內(nèi)徑的通孔基板12上執(zhí)行的電解電鍍。
利用圖3(圖3A和3B)所示的電鍍裝置在基板12上執(zhí)行電解鍍銅，在基板12中，小內(nèi)徑通孔組由具有30μm和40μm內(nèi)徑的通孔形成，并且大內(nèi)徑通孔組由具有60μm和70μm內(nèi)徑的通孔形成。
在基板12中形成的具有30μm、40μm、60μm和70μm內(nèi)徑的通孔的恒定電流密度是0.7ASD。
在圖2中示出此電解鍍銅的電流密度隨時(shí)間的變化。在圖2所示電流密度隨時(shí)間的變化中，在開(kāi)始電解鍍銅時(shí)的高電流密度設(shè)為1.2ASD，并且在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)0.5小時(shí)的時(shí)刻，電流密度設(shè)為0.9ASD，并且進(jìn)一步在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)1小時(shí)的時(shí)刻，電流密度設(shè)為0.7ASD，并一直持續(xù)到自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2.25小時(shí)。通過(guò)電流密度隨時(shí)間的一系列變化，完成用電鍍銅填充小內(nèi)徑通孔組。小內(nèi)徑通孔組的填充電流密度是0.7ASD。
在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2.25小時(shí)的時(shí)刻，電流密度再次增加到高于小內(nèi)徑通孔組的填充電流密度的1.2ASD，并且在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)2.75小時(shí)的時(shí)刻，電流密度減小為0.9ASD，然后在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)3小時(shí)的時(shí)刻，電流密度減小為0.7ASD，并且在自開(kāi)始電解鍍銅起經(jīng)過(guò)4小時(shí)的時(shí)刻，結(jié)束電解鍍銅。通過(guò)從再次增加此電流密度的時(shí)刻到結(jié)束電解鍍銅的電流密度隨時(shí)間的一系列變化，完成用電鍍銅填充大內(nèi)徑通孔組。
檢查結(jié)束電解鍍銅時(shí)在基板中用電鍍銅填充通孔的狀態(tài)，通孔已由電鍍銅充分填充，而不會(huì)檢測(cè)到例如空隙等缺陷。
權(quán)利要求
1.一種用電鍍金屬通過(guò)電解電鍍填充在基板中形成的通孔的方法，所述方法包括以下步驟當(dāng)以保持恒定的電流密度作為所述電解電鍍的電流密度執(zhí)行所述電解電鍍時(shí)，以高于能夠完全填充所述通孔的恒定電流密度的高電流密度開(kāi)始所述電解電鍍；以及在以所述高電流密度開(kāi)始所述電解電鍍之后，通過(guò)在達(dá)到形成縫隙直徑之前將電流密度變?yōu)榈陀谒龈唠娏髅芏鹊碾娏髅芏?，繼續(xù)所述電解電鍍，一旦達(dá)到所述縫隙直徑，即使繼續(xù)所述電解電鍍內(nèi)徑也不會(huì)減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于填充通孔的方法，其中，采用以下高電流密度作為所述高電流密度，即在此高電流密度下，用通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層的厚度(tin)和其中所述通孔所敞開(kāi)的基板表面上形成的電鍍金屬層的厚度(tout)之間的比值[(tin/tout)×100]表示的深鍍能力的初始值是90％或更大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于填充通孔的方法，其中，將電流密度從初始高電流密度階梯狀地變?yōu)楹愣娏髅芏然蚋‰娏髅芏取?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于填充通孔的方法，其中，所述通孔設(shè)為具有60到70μm內(nèi)徑的通孔，并且當(dāng)所述內(nèi)徑由于在所述通孔的內(nèi)壁面上形成的電鍍金屬層而達(dá)到約10μm時(shí)，電流密度設(shè)為0.9A/cm2或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于填充通孔的方法，其中，采用其中形成具有相同內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板作為所述基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于填充通孔的方法，其中，采用其中形成具有不同內(nèi)徑的多個(gè)通孔的基板作為所述基板，并且在完成用電鍍金屬填充所述基板的由具有較小內(nèi)徑的通孔組成的小內(nèi)徑通孔組之后，完成用電鍍金屬填充由具有較大內(nèi)徑的通孔組成的大內(nèi)徑通孔組。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于填充通孔的方法，其中，在將電流密度從高電流密度依次減小的同時(shí)，執(zhí)行小內(nèi)徑通孔組的電解電鍍，并且在完成用電鍍金屬填充所述小內(nèi)徑通孔組之后，將電流密度變?yōu)楦哂谕瓿伤鲂?nèi)徑通孔組填充時(shí)的填充電流密度的電流密度，隨后，在將電流密度從高電流密度依次減小的同時(shí)，執(zhí)行大內(nèi)徑通孔組的電解電鍍，從而完成用電鍍金屬填充所述大內(nèi)徑通孔組。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于填充通孔的方法，其中，將形成相同通孔組的通孔的內(nèi)徑之間的差設(shè)為小于10μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于填充通孔的方法，其中，將所述小內(nèi)徑通孔組中具有最大內(nèi)徑的通孔的內(nèi)徑和所述大內(nèi)徑通孔組中具有最小內(nèi)徑的通孔的內(nèi)徑之間的差設(shè)為10μm或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于填充通孔的方法，其中，在將電鍍?nèi)芤簢娚湓谒龌宓碾婂兡繕?biāo)表面上的同時(shí)執(zhí)行電解電鍍的情況下，從第二供給管中設(shè)置為與所述電鍍目標(biāo)表面平行的平行部分中形成的多個(gè)噴射口噴射所述電鍍?nèi)芤?，所述第二供給管在用于供給所述電鍍?nèi)芤旱牡谝还┙o管中設(shè)置成U形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于填充通孔的方法，其中，將形成多個(gè)噴射口的第二供給管的平行部分設(shè)置在所述基板兩側(cè)，以便電鍍?nèi)芤嚎梢試娚湓谒龌鍍蓚?cè)的電鍍目標(biāo)表面上，并且將各個(gè)所述平行部分設(shè)置在從所述噴射口噴射的所述電鍍?nèi)芤旱纳淞鞑粫?huì)相互抵消的位置處。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種填充通孔的方法，其特征在于在通過(guò)電解電鍍用電鍍金屬填充在基板中形成的通孔的情況下，當(dāng)以保持恒定的電流密度作為所述電解電鍍的電流密度執(zhí)行所述電解電鍍時(shí)，以高于能夠完全填充所述通孔的恒定電流密度的高電流密度開(kāi)始所述電解電鍍；以及在以高電流密度開(kāi)始所述電解電鍍之后，通過(guò)在達(dá)到形成縫隙直徑之前將電流密度變?yōu)榈陀谒龈唠娏髅芏鹊碾娏髅芏?，繼續(xù)所述電解電鍍，在所述縫隙直徑下，即使當(dāng)繼續(xù)所述電解電鍍時(shí)內(nèi)徑也不會(huì)減小。
文檔編號(hào)H05K3/18GK1993024SQ200610170309
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者真筱直寬 申請(qǐng)人:新光電氣工業(yè)株式會(huì)社