吉林TSV小型晶圆喷镀台晶圆,晶圆电镀台

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。

在三维集成中 TSV 技术可分为三种类型:在 CMOS ⼯艺过程之前在硅片 上完成
通孔制作和导电材料填充的是先通孔技术;⽽中通孔，在CMOS制 程之后和后端
制程(BEOL)之前制作通孔。后⼀种后通孔技术是在 CMOS ⼯艺完成后但未
进⾏减薄处理时制作通孔。终技术⽅案的选择要 根据不同的⽣产需求。

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。

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。

玻璃通孔⾼密度布线
线路转移(CTT)和光敏介质嵌⼊法，是比较常用的⽅式。 CTT主要 包括两个过
程。⼀是精细RDL线预制，每⼀RDL层可以在可移动载体上单 制造⼀层薄导
电层，并在转移到基板上之前测试或检查细线成品率。精 细线路的形成采用细
线光刻和电解镀铜的⽅法，并且以薄铜箔作为镀层的 种⼦层
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。