海南TSV小型晶圆喷镀台环氧,晶圆电镀机

TSV 互连具有缩短路径和更薄的封装尺⼨等优点，被认为是三维集成的核
术。 TSV 结构如下图所示，在硅板上面有加⼯完成的通孔;在通孔内由内到外
依次为电镀铜柱、绝缘层和阻挡层。绝缘层的作用是将硅板和填充的导电 材料
之间进⾏隔离绝缘，材料通常选用⼆氧化硅。由于铜原⼦在 TSV 制 造⼯艺流
程中可能会穿透⼆氧化硅绝缘层，导致封装器件产品性能的下降 甚⾄失效，⼀
般用化学稳定性较⾼的⾦属材料在电镀铜和绝缘层之间加⼯ 阻挡层。后是用
于信号导通的电镀铜。

在不同电流密度下的分阶段电沉积实验展示了动态的硅通孔
(TSV) 填充过程。通过控制外加电流密度，可以获得对应于
TSV填充结果的不同形貌。具体来说，低电流密度 (4 mA/
cm 2 ) 会导致接缝缺陷填充，中等电流密度 (7 mA/cm 2 ) 会导
致⽆缺陷填充，⽽⾼电流密度 (10 mA/cm 2 )) 导致空洞缺陷填
充。填充系数分析表明，电流密度对TSV填充模型的影响是
由添加剂和铜离⼦的消耗和扩散的耦合效应触发的。此外，
镀层的形态演变表明局部沉积速率受镀层⼏何特征的影响。
硅通孔 (TSV) 是⼀种很有前途的三维 (3D) 封装技术，具有
⾼性能、减小封装体积、低功耗和多功能等优点。在 TSV ⼯
艺中，通常使用铜电化学沉积 (ECD) 进⾏的通孔填充步骤占
总成本的近 40% 。作为 TSV 的核⼼和关键技术，以小化⼯
艺时间和成本的⽆缺陷填充备受关注。
目

TSV制程关键⼯艺设备
TSV制作⼯艺包括以下⼏步:通孔制作;绝缘层、阻挡层和种⼦层的 沉积;铜填充;
通过化学机械抛光去除多余的⾦属;晶圆减薄;晶圆键合 等。 每⼀步⼯艺都有相
当的技术难度，在通孔制作步骤，保持孔的形状和控制 ⻆度非常重要，通过
Bosch⼯艺来实现深孔刻蚀;在沉积绝缘层、阻挡层 和种⼦层时，需要考虑各层
的均匀性和粘附性;铜填充时避免空洞等 缺陷，这样填充的铜可以在叠层
器件较⾼的温度下保持正常的电性能;⼀ 旦完成了铜填充，则需要对晶圆进⾏
减薄;后是进⾏晶圆键合。

深硅刻蚀设备
通常情况下，制造硅通孔(经常穿透多层⾦属和绝缘材料)采用深反 应离⼦刻蚀
技术(DRIE)，常用的深硅刻蚀技术又称为“Bosch(博⽒)” ⼯艺，有初发明该项
技术的公司命名。 如下图所示，⼀个标准Bosch⼯艺循环包括选择性刻蚀和钝
化两个步 骤，其中选择性刻蚀过程采用的是SF6和O2两种⽓体，钝化过程采用
的是 C4F8⽓体。在Bosch⼯艺过程中，利用SF6等离⼦体刻蚀硅衬底，接
着利用C4F8等离⼦体作为钝化物沉积在硅衬底上，在这些⽓体中加⼊O2 等离
⼦体，能够有效控制刻蚀速率与选择性。因此，在Bosch刻蚀过程中 很自然地
形成了⻉壳状的刻蚀侧壁。

电镀铜填充设备
很多成本模型显示，TSV填充⼯艺是整个⼯艺流程中昂贵的步骤之⼀。 TSV
的主要成品率损耗之⼀是未填满的空洞。电镀铜⼯艺作为合适的硅 通孔填充
技术受到业内的普遍关注，其关键技术在于TSV⾼深宽比(通常 ⼤于10:1)通孔的
全填充电镀技术。
国内外研究现状
2011年，瑞⼠的微纳系统研究部提出了如下图所示的基于TSV技术圆片级 真空
封装⽅案。该⽅案由TSV封帽与器件层两部分构成，TSV封帽垂直导 通柱是填
充在硅通孔中的铜柱。器件层上制作有⾦锡电极与铜柱相连，从 ⽽把电信号从
空腔内部的引到空腔外部，后通过硅-硅直接键合实现密 封。该⽅案⽓密性
很好，但是TSV封帽制作⼯艺复杂，热应⼒⼤(铜柱与 硅热失配⼤)，且硅硅键
合对键合表面要求质量很⾼，⼀般加⼯过的硅片 很难达到此要求。