中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

前面幾篇文章介紹了TSV中硅轉(zhuǎn)接板的作用，這一篇將介紹硅轉(zhuǎn)接板的制備工藝：

根據(jù)TSV打孔工藝在整個工藝流程中時序的不同，TSV有源芯片制備分為先通孔、中通孔、后通孔和鍵合后通孔等幾種方式（分別以制備晶體管、制備互連線和晶圓鍵合工藝為節(jié)點(diǎn)）。

而硅轉(zhuǎn)接板上不需要制備晶體管，也不會在鍵合后再打孔，因此通常只有打孔-布線-減薄這樣的制備方式。

其工藝流程如下圖所示：

其制備流程包含的主要工藝如下：

(1)在晶圓上制備盲孔

目前，在晶圓上制備TSV孔通常有兩種方法，一種是激光打孔，另一種是DRIE。

激光打孔是單點(diǎn)操作，打孔形成的孔壁十分粗糙，且對TSV的孔徑和節(jié)距有所限制，因此，適用于孔的數(shù)量和密度較小、精度要求不高的情況。

DRIE工藝針對一整片晶圓，精度高，適用范圍廣，是目前最主要的TSV打孔工藝。

據(jù)統(tǒng)計，目前超過95%的TSV孔都采用DRIE博世（Bosch）工藝制作。

Bosch工藝采用刻蝕-鈍化-刻蝕-鈍化交替進(jìn)行的方法在晶圓上打孔。

在反應(yīng)室中通入SF6氣體對硅進(jìn)行物理和化學(xué)刻蝕，采用C4F8氣體通過化學(xué)反應(yīng)沉積聚合物保護(hù)膜來保護(hù)側(cè)壁，避免橫向刻蝕。這樣的方法能保證刻蝕主要發(fā)生在孔的深度方向，獲得高深寬比的TSV孔。

由于這種刻蝕和鈍化交替進(jìn)行的機(jī)制，使得Bosch工藝刻蝕得到的TSV孔側(cè)壁會形成扇貝紋。

下圖展示了Bosch工藝鈍化和刻蝕的工藝過程以及刻蝕形成的扇貝紋：

DRIE工藝除了可以制備垂直通孔外，還能通過三個工藝步驟來制作高深寬比的錐形孔，如圖所示。

首先，使用Bosch工藝制作垂直通孔。然后，利用可控各向同性刻蝕工將垂直孔刻蝕成錐形。最后，對晶圓整體進(jìn)行慢速的各向同性刻蝕，以獲得光滑的孔壁和頂部。

錐形孔相比垂直孔的優(yōu)點(diǎn)在于錐形孔可以更容易獲得無孔隙的填充。

(2)制備絕緣層

在盲孔刻蝕完以后，需要在孔內(nèi)制備一層絕緣層，以阻隔TSV銅和硅基底的接觸避免漏電。絕緣層的制備可以采用熱氧化法在TSV側(cè)壁氧化形成 SiO2層，也可以采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）、低溫感應(yīng)耦合等離子體-化學(xué)氣相沉積（ICP-CVD）等來沉積絕緣層。

通常來說，熱氧化法制備的SiO2層比較致密，且均勻性好，TSV頂端、側(cè)壁和底部厚度相差不大。缺點(diǎn)是熱氧化法工藝溫度較高（1100°C左右），會破壞CMOS、RDL、微凸塊等結(jié)構(gòu)，因此只適用于先通孔的TSV工藝，此時，打好孔的硅基底上也不能有金屬或者有機(jī)物材料。

PECVD和低溫ICP-CVD所需溫度小于250°C，適用性好，但是工藝成本高，均勻性不夠好，絕緣層在TSV頂端、側(cè)壁和底部的厚度有不小的差別，下圖展示了ICP-CVD制備的絕緣層在TSV各處的厚度差別。

(3) 制備阻擋層和種子層

為了防止TSV中的Cu金屬離子向硅基底擴(kuò)散，造成TSV絕緣性能下降，在TSV與絕緣層之間需要沉積一層阻擋層。

最常用的阻擋層材料為Ti和Ta。沉積阻擋層后，再沉積電鍍填充TSV所需要的Cu種子層。阻擋層和種子層通常采用物理氣相沉積（PVD，Physical Vapor Deposition）來制備。

通過調(diào)整調(diào)整PVD功率參數(shù)，包括DC靶電源功率、基板偏壓電源功率等，可以獲得較好的TSV階梯覆蓋率，實(shí)現(xiàn)高深寬比TSV孔的均勻覆蓋。

下圖為應(yīng)用材料公司的Diehl等人通過PVD在直徑5μm、深寬比5:1的TSV孔內(nèi)制備的Ti阻擋層和Cu種子層。

阻擋層和種子層在孔側(cè)壁的厚度分別為0.1μm和0.3μm，在下隅角處（PVD沉積時最難覆蓋的地方）的臺階覆蓋率達(dá)到30%左右,保證了阻擋層和種子層的均勻性和連續(xù)性。

(4)TSV盲孔填充

TSV盲孔填充最常見的方式是電鍍銅，也有使用濺射、真空印刷等方式填充其它材料（包括金屬、多晶硅、碳納米管或者石墨烯等）的研究。

Cu電鍍填充工藝對于TSV三維封裝來說是至關(guān)重要的。TSV孔的填充質(zhì)量（主要是孔隙問題）直接影響整個系統(tǒng)的性能，且填充工藝的限制（包括孔徑和深寬比）也會影響三維集成封裝的設(shè)計。

深孔和高深寬比TSV電鍍常用硫酸銅或氰化物電鍍液，典型成分通常包括CuSO4、H2SO4和Cl。

電鍍液中的添加劑通常包括加速劑（accelerator）、抑制劑（suppressor）和整平劑（leveler）。加速劑一般為小分子，具有較小的吸附速率以及較大的擴(kuò)散系數(shù)，容易擴(kuò)散和分布在孔的底部，加速銅在孔底部的沉積作用；

抑制劑一般是大分子，具有較大的吸附速率和較小擴(kuò)散系數(shù)，容易吸附在TSV開口部，抑制銅在開口部位的沉積；

整平劑通過帶正電荷的有機(jī)大分子，聚集在高電勢區(qū)域，抑制銅的沉積，達(dá)到整平的目的。

為了保證TSV的無孔隙填充，業(yè)內(nèi)開發(fā)了多種電鍍系統(tǒng)，通過不同電鍍技術(shù)以及調(diào)整電鍍液添加劑的配比，實(shí)現(xiàn)了等壁生長、自底向上（Bottom-up）生長、“V”字型生長等填充模式，這幾種模式的TSV電鍍截面如下圖所示。

從圖中可以看出，等壁生長模式容易在TSV中心形成孔隙，而自底向上模式和“V”字型模式可比較好的實(shí)現(xiàn)無孔隙填充。

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接板上TSV盲孔的無孔隙填充，可以使用TSV多步填充工藝對盲孔進(jìn)行了填充。該工藝首先將待填充的晶圓放置在真空環(huán)境，排除TSV孔內(nèi)空氣。然后注入預(yù)浸潤的電解質(zhì)溶液，使TSV孔得到充分的預(yù)浸潤。

預(yù)浸潤電解液中添加過量的加速劑，這樣使得加速劑在電鍍開始之前就進(jìn)入到盲孔當(dāng)中并吸附在內(nèi)壁上。再將預(yù)浸潤過的晶圓放入只有抑制劑的電鍍液中電鍍，實(shí)現(xiàn)高效率的“Bottom Up”填充。

電鍍時，以含磷銅作為陽極，陰陽極平行放置，鍍槽中采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌以促進(jìn)電解液內(nèi)的物質(zhì)流動。

下圖展示了孔徑50μm，深度200 μm的TSV孔的多步填充電鍍過程，圖（a）為填充了一半時TSV的截面圖，圖（b）為完全填充時的截面圖。此電鍍過程是比較理想的“Bottom Up”填充。

TSV孔填充的方式除了同質(zhì)的完全填充以外，還有多層異質(zhì)填充的模式。多層異質(zhì)填充通常是在TSV側(cè)壁電鍍或者濺射一層導(dǎo)電層，再將中間的孔隙用聚合物填充。這樣做的好處在于可以減少電鍍時間，避免TSV孔隙，另外，減少TSV銅的體積也有助于減少TSV的應(yīng)力。

新工藝對銅導(dǎo)電側(cè)壁加PI填充，其工藝流程和孔正面顯微鏡圖如下圖所示。

(5)多余銅覆蓋的去除

盲孔電鍍后，TSV孔內(nèi)會填滿Cu，同樣晶圓表面也會覆蓋上一層較厚的Cu， 如下圖所示。

此時，需要對晶圓進(jìn)行研磨拋光，以去除表面銅覆蓋，露出表面絕緣層和TSV。

此過程一般分為兩步，第一步，使用研磨工藝對Cu進(jìn)行快速去除。

第二步，使用對Cu選擇比較高的CMP工藝對表面進(jìn)行拋光，完全去除殘余的Cu。

CMP即化學(xué)機(jī)械拋光，是一種表面全局平坦化技術(shù)，如下圖所示。

在晶圓和拋光墊之間有磨料，并同時施加壓力，通過晶圓和拋光墊之間的相對運(yùn)動可對晶圓表面進(jìn)行全局平坦化。

CMP去除高處圖形的速度快而去除低處圖形的速度慢，以此獲得均勻的晶圓表面。不同類型的拋光液都有相對應(yīng)的選擇比，對不同材料有不同的去除速度。

目前，多余銅覆蓋CMP通常使用的是酸性拋光液，其拋光機(jī)理如下：

首先Cu表面在氧化劑的作用下形成氧化膜，然后，銅離子與鈍化劑或者絡(luò)合劑反應(yīng)形成鈍化膜，凸起的鈍化膜被機(jī)械作用下被去除，繼續(xù)被氧化，而低處的鈍化膜依然存在，并阻止氧化劑對深層Cu的進(jìn)一步腐蝕。由于拋光液與SiO2不發(fā)生反應(yīng)，只靠機(jī)械作用拋光，去除率很低。如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)晶圓表面的全局平坦化。

(6) TSV 背面露銅

TSV轉(zhuǎn)接基板背面減薄之后，TSV柱子上面仍然覆蓋著一定厚度的殘余硅體，且表面會有一層硅損傷層，一般工藝上都是利用硅刻蝕工藝的高選擇性，從背面露出TSV銅柱。露出TSV銅柱以進(jìn)行后續(xù)的電氣連接，使用絕緣層將背面的Si覆蓋，以實(shí)現(xiàn)基底與布線的隔離。

背露一般采用有兩種方法，干法工藝和濕法工藝。干法工藝為物理轟擊結(jié)合化學(xué)的刻蝕工藝。濕法工藝為純化學(xué)腐蝕方法，采用濕法工藝流程為Si刻蝕，PI背面絕緣，其工藝步驟如圖所示。

先使用研磨工藝進(jìn)行背面減薄，拋光處理；然后使用濕法刻蝕將Si向下刻蝕一小段距離；旋涂PI，將轉(zhuǎn)接板背面覆蓋并固化；對背面進(jìn)行拋光，露出銅柱。背面露銅后的TSV如圖為示。

(7)薄晶圓持拿技術(shù)（鍵合與解鍵）

在轉(zhuǎn)接板的制造流程中，由于需要對晶圓進(jìn)行減薄，且減薄后的晶圓還需進(jìn)行PECVD濺射 SiO2、RDL/Pad制備等工藝，在這一系列操作中，很容易造成晶圓的損壞。因此，在晶圓減薄前，需將其臨時鍵合到一個支撐基片上，完成后續(xù)工藝后，再將支撐基片移除。

對于薄晶圓持拿技術(shù)來說，最關(guān)鍵的是粘合材料，它需要滿足以下要求：

1）臨時鍵合后，粘合材料需能承受后續(xù)工藝條件帶來的考驗(yàn)，如溫度、壓力、真空環(huán)境等；

2）解鍵合時，粘合材料能被溶解或者在特定條件下失去粘性，容易被清理干凈無殘留。

此外，鍵合和解鍵合速度也是一個重要參數(shù)。

整個過程如下：先將鍵合膠旋涂在支撐基片上，并預(yù)固化，預(yù)固化溫度為160°C；再使用臨時鍵合機(jī)將晶圓壓在支撐基片上，壓力為400mbar，鍵合溫度為250°C，時間為10 min。轉(zhuǎn)接板制備完成后，將晶圓劃片成單顆轉(zhuǎn)接板，在解鍵合容易中浸泡6小時，可將芯片與玻璃支撐基片解鍵合，芯片表面無殘留鍵合膠。

關(guān)于先進(jìn)封裝TSV制備工藝就介紹到這兒，對半導(dǎo)體感興趣的同學(xué)歡迎訂閱《半導(dǎo)體全解》公眾號，了解更多半導(dǎo)體知識！

 

參考文獻(xiàn)：

(1)羅江波 高性能硅轉(zhuǎn)接板的系統(tǒng)設(shè)計及集成制造方法研究[D].

(2)吳道偉 高密度2.5D_TSV轉(zhuǎn)接板關(guān)鍵技術(shù)研究[D].

(3)©Yole Intelligence 2024 High End Performance Packaging 2024

www.yolegroup.com[C].

(4)閔球 三維封裝集成電路中的電熱特性分析研究[D].

(5)龍致遠(yuǎn) 電子互連微孔金屬化方法及機(jī)理研究[D].