The Effects of Current Types on Through Via Hole Filling for 3D-SiP Application

전류인가 방법이 3D-SiP용 Through Via Hole의 Filling에 미치는 영향

Copper via filling is the important factor in 3-D stacking interconnection of SiP (system in package). As the packaging density is getting higher, the size of via is getting smaller. When DC electroplating is applied, a defect-free hole cannot be obtained in a small size via hole. To prevent the defects in holes, pulse and pulse reverse current was applied in copper via filling. The holes, $20\and\;50{\mu}m$ in diameter and $100{\sim}190\;{\mu}m$ in height. The holes were prepared by DRIE method. Ta was sputtered for copper diffusion barrier followed by copper seed layer IMP sputtering. Via specimen were filled by DC, pulse and pulse-reverse current electroplating methods. The effects of additives and current types on copper deposits were investigated. Vertical and horizontal cross section of via were observed by SEM to find the defects in via. When pulse-reverse electroplating method was used, defect free via were successfully obtained.

3D package의 SiP에서 구리의 via filling은 매우 중요한 사항으로 package밀도가 높아짐에 따라 via의 크기가 줄어들며 전기도금법을 이용한 via filling이 연구되어왔다. Via filling시 via 내부에 결함이 발생하기 쉬운데 전해액 내에 억제제, 가속제등 첨가제를 첨가하고 펄스-역펄스(PRC)의 전류파형을 인가하여 결함이 없는 via의 filling이 가능하다. 본 연구에서는 건식 식각 방법 중 하나인 DRIE법을 이용하여 깊이 $100{\sim}190\;{\mu}m$, 직경이 각각 $50{\mu}m,\;20{\mu}m$인 2가지 형태의 via을 형성하였다. DRIE로 via가 형성된 Si wafer위에 IMP System으로 Cu의 Si으로 확산을 막기 위한 Ta층과 전해도금의 씨앗층인 Cu층을 형성하였다. Via시편은 직류, 펄스-역펄스의 전류 파형과 억제제, 가속제, 억제제의 첨가제를 모두 사용하여 filling을 시도하였고, 공정 후 via의 단면을 경면 가공하여 SEM으로 관찰하였다.