KS劈刀

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。
前30 min顶部沉积速率的异常下降是由于预处理后时间过
长造成的。在电化学反应之前铜离⼦和添加剂分⼦的充分扩
散导致在初始阶段相对较快的沉积。随着反应的进⾏，电解
液中的铜离⼦从阴极接受电⼦并不断转化为铜。随着纵横比
的增加，铜离⼦向底部的扩散速率降低。铜离⼦的传质限制
降低了沉积到底部的速率。同时，铜离⼦在顶部的积累提⾼
了沉积速率。逐渐地，顶部的电沉积速率超过底部的电沉积
速率，终导致接缝缺陷。
在电沉积⼯艺之前，对 TSV 芯片进⾏预处理以排除通孔中的
空⽓并润湿种⼦层。，将 TSV 芯片放⼊吸瓶中并浸⼊去
离⼦⽔中。然后，使用⽔循环泵将抽吸瓶抽空⾄负⽓氛。在
负压下，通孔中的空⽓被推⼊样品片表面。此外，应用间歇
性超声振动去除表面⽓泡，直⾄⽆⽓泡出现，表明预处理完
成。因此，TSV芯片迅速移动到电镀槽中并保持静⽌⾜够长
的时间以确保电镀溶液在通孔内充分扩散。
电沉积程序
预处理后，在不同的电流密度（4 mA/cm 2、5 mA/cm 2、7
mA/cm 2、10 mA/cm 2和15 mA/cm 2 ）下进⾏电化学沉积
（ECD）⼯艺) 在的时间段内。低电流密度条件（4 mA/cm 2）
和中等电流密度条件（7 mA/cm 2 ）的电沉积间隔分别为30
min和10 min。
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。
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。