硅通孔技术(Through Silicon Via,TSV)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通,实现芯片之间互连的最新技术。该技术能够使芯片在三维方向的堆叠密度最大,外形尺寸最小,并且能大大改善芯片速度,同时实现低功耗,因此成为目前最热门的三维封装技术之一,其中硅通孔的填充是TSV工艺流程中关键的技术。本论文采用有限元仿真法,针对硅通孔直流镀铜技术,分别基于添加剂积聚效应和竞争吸附机理,模拟添加剂辅助作用下的铜填充过程,研究添加剂配比、浓度分布、电势分布等因素对填孔形貌的影响,试图找出添加剂的最佳用量和电镀最优参数。针对电镀前通孔预处理过程,首先根据电化学实测极化曲线建立仿真模型,获得通孔内部理想的初始覆盖率分布规律;其后建立铜界面吸附模型,模拟不同添加剂浸润中铜阴极的吸附情况,据此优选适宜的浸润预处理方法。添加剂积聚效应仿真表明,通孔底部加速剂覆盖率随着局部界面面积的收缩而升高,达到电镀速率反转效果,能够保证深宽比3:1通孔的超级填充。而对于高深宽比的硅通孔,需要整平剂发挥取代加速剂的作用,有效抑制孔口铜沉积,促进无缺陷填充。竞争吸附模拟表明,对于孔径为50μm、孔深为300μm通孔,最有利于获得超级填充的添加剂配比为SPS 10ppm、PEG 300ppm和JGB 10 ppm。仿真显示,孔径为30μm、孔深为300μm通孔理想的初始覆盖率应满足孔底部0.25左右,孔口0~0.1。为达到理想的初始覆盖率,可选用的预处理方法包括:SPS+JGB水溶液浸润法,先SPS后JGB水溶液浸润法,以及先SPS+PEG后JGB水溶液浸润法。本论文通过仿真手段为硅通孔电镀铜填充的工艺优化以及新添加剂研制提供了理论分析。与实验相结合,该仿真研究可用于预测硅通孔填充结果,对TSV无缺陷填充的实现进行指导。