基于环形振荡器的TSV故障非接触测试方法

为避免传统的探针检测对硅通孔(TSV)造成损伤的风险,提出了一种非损伤的TSV测试方法.用TSV作为负载,通过环形振荡器测量振荡周期.TSV缺陷造成电阻电容参数的变化,导致振荡周期的变化.通过测量这些变化可以检测TSV故障,同时对TSV故障的不同位置引起的周期变化进行了研究与分析,利用最小二乘法拟合出通过周期来判断故障位置的曲线,同时提出预测模型推断故障电阻范围.测试结构是基于45 nm PTM COMS工艺的HSPICE进行设计与模拟,模拟结果表明,与同类方法相比,此方法在测试分辨故障的基础上对TSV不同位置的故障进行分析和判断,并能推断故障电阻范围.     

一种三维立体传输结构的分段式设计方法

随着信号频率以及芯片集成密度的持续增长,三维集成系统内部面临严重的耦合噪声问题。针对三维集成技术中广泛使用的硅通孔(TSV)和水平重布线层(RDL)构成的三维互连结构,提出了一种基于分段传输线(STL)的三维互连结构优化设计方案。通过将三维互连结构传输线按STL模式划分为数个传输线片段生成复数反射波,并运用基因算法(GA)筛选片段特征信息,从而优化反射波叠加效果,实现对传输过程中产生的信号损失进行补偿。仿真结果表明,该方法可以有效改善三维互连结构中由于耦合噪声造成的信号反射问题,提升系统传输性能。     

硅通孔抛光液的研究进展

硅通孔(TSV)技术是一种先进的封装技术,化学机械抛光(CMP)是集成电路TSV制作过程中的重要步骤之一,是可兼顾材料表面局部和全局平坦化的技术。抛光液是影响抛光表面质量和加工效率的关键因素,是CMP工艺中消耗品成本最大的部分。TSV抛光液主要包括铜膜抛光液和阻挡层抛光液,依据抛光速率和抛光质量(表面粗糙度、碟形坑修正等)的要求对其进行了分类讨论,概述了近年来TSV抛光液的研究进展,对其今后的研究重点和发展趋势进行了分析和预测,认为TSV抛光液应朝着抛光速率和抛光质量的优化、低成本、环境友好的方向发展。     

3DIC集成与硅通孔（TSV）互连

介绍了3维封装及其互连技术的研究与开发现状,重点讨论了垂直互连的硅通孔（TSV）互连工艺的关键技术及其加工设备面临的挑战．提出了工艺和设备开发商的应对措施并探讨了3DTSV封装技术的应用前景。     

PECVD在TSV领域的应用

PECVD设备及工艺技术已在半导体前道互连工艺及TSV领域展现了其广阔的应用前景,介绍了拓荆PECVD在TSV领域的应用,展现其良好的工艺表现。     

新型同轴型混合碳纳米管填充的硅通孔

针对碳纳米管填充的硅通孔(TSV)的信号传输性能优化问题,提出一种新型的基于同轴型混合碳纳米管填充的硅通孔结构.在内外层管束交界处的耦合电容的基础上,提出新型TSV结构的可变参数等效电路模型,并基于TSV在三种不同应用层次上的尺寸参数,通过此电路模型分析新型TSV中的信号传输性能.分析结果表明,在0～40 GHz内与单一类型碳纳米管填充的TSV相比,所提出TSV结构具有更小的插入损耗与更短的上升时延,并随TSV的尺寸增大优势更加显著.最后,对所提出TSV结构进行时域眼图仿真,仿真结果表明其在高速集成电路中可以满足对信号完整性的要求.     

硅通孔互连技术的可靠性研究

随着电子封装持续向小型化、高性能的方向发展,基于硅通孔的三维互连技术已经开始应用到闪存、图像传感器的制造中,硅通孔互连技术的可靠性问题越来越受到人们的关注。将硅通孔互连器件组装到PCB基板上,参照JEDEC电子封装可靠性试验的相关标准,通过温度循环试验、跌落试验和三个不同等级的湿度敏感性测试研究了硅通孔互连器件的可靠性。互连器件在温度循环试验和二、三级湿度敏感试验中表现出很好的可靠性,但部分样品在跌落试验和一级湿度敏感性测试中出现了失效。通过切片试验和扫描电子显微镜分析了器件失效机理并讨论了底部填充料对硅通孔互连器件可靠性的影响。     

TSV硅衬底CMP后表面微粗糙度分析与优化

为实现TSV硅衬底表面微粗糙度及去除速率的优化,对影响TSV硅衬底精抛后表面微粗糙度的关键因素——抛光液组分的作用进行分析。采用正交实验方法进行精抛液组分(包括有机胺碱、螯合剂、磨料和活性剂)配比控制的组合实验。实验结果表明,抛光液组分中活性剂体积分数对CMP过程中硅衬底片表面微粗糙度及去除速率的影响最为显著。优化抛光液组分配比条件下,CMP后硅衬底表面微粗糙度可有效降到0.272 nm(10μm×10μm),去除速率仍可达到0.538μm/min。将优化后的抛光液与生产线上普遍采用的某国际商用抛光液进行对比,在抛光速率基本一致的条件下,粗糙度有效降低50%。     

基于TSV的三维集成螺旋电感等效电路模型

基于硅通孔(TSV)技术,可以实现微米级三维无源电感的片上集成,可应用于微波/射频电路及系统的微型化、一体化三维集成。考虑到三维集成电路及系统中复杂、高密度的电磁环境,在TSV电感的设计和使用中,必须对其电路性能及各项参数指标进行精确评估及建模。采用解析方法对电感进行等效电路构建和寄生参数建模,并通过流片测试对模型进行了验证。结果表明,模型的S参数结果与三维仿真结果吻合良好,证实了等效电路构建的精确性。采用所建立的等效电路模型可以提高TSV电感的设计精度和仿真效率,解决微波电路设计及三维电磁场仿真过程中硬件配置要求高、仿真速度慢等问题。     

用于3D封装的带TSV的超薄芯片新型制作方法

提出了一种应用于3D封装的带有硅通孔(TSV)的超薄芯片的制作方法。具体方法为通过刻蚀对硅晶圆打孔和局部减薄,然后进行表面微加工,最后从硅晶圆上分离出超薄芯片。利用两种不同的工艺实现了TSV的制作和硅晶圆局部减薄,一种是利用深反应离子刻蚀(DRIE)依次打孔和背面减薄,另一种是先利用KOH溶液湿法腐蚀局部减薄,再利用DRIE刻蚀打孔。通过实验优化了KOH和异丙醇(IPA)的质量分数分别为40%和10%。这种方法的优点在于制作出的超薄芯片翘曲度相较于CMP减薄的小,而且两个表面都可以进行表面微加工,使集成度提高。利用这种方法已经在实验室制作出了厚50μm的带TSV的超薄芯片,表面粗糙度达到0.02μm,并无孔洞地电镀填满TSV,然后在两面都制作了凸点,在表面进行了光刻、溅射和剥离等表面微加工工艺。实验结果证实了该方法的可行性。     

2.5D转接板封装高频互连结构设计、分析与测试

An interposer test vehicle with TSVs(through-silicon vias) and two redistribute layers(RDLs) on the top side for 2.5D integration was fabricated and high-frequency interconnections were designed in the form of coplanar waveguide(CPW) and micro strip line(MSL) structures. The signal transmission structures were modeled and simulated in a 3D EM tool to estimate the S-parameters. The measurements were carried out using the vector network analyzer(VNA). The simulated results of the transmission lines on the surface of the interposer without TSVs showed good agreement with the simulated results, while the transmission structures with TSVs showed significant offset between simulation and test results. The parameters of the transmission structures were changed,and the results were also presented and discussed in this paper.     

基于两步刻蚀工艺的锥形TSV制备方法

以硅通孔(TSV)为核心的2.5D/3D封装技术可以实现芯片之间的高速、低功耗和高带宽的信号传输。常见的垂直TSV的制造工艺复杂,容易造成填充缺陷。锥形TSV的侧壁倾斜,开口较大,有利于膜层沉积和铜电镀填充,可降低工艺难度和提高填充质量。在相对易于实现的刻蚀条件下制备了锥形TSV,并通过增加第二步刻蚀来改善锥形TSV形貌。成功制备了直径为10～40μm、孔口为喇叭形的锥形TSV。通过溅射膜层和铜电镀填充,成功实现了直径为15μm、深度为60μm的锥形TSV的连续膜层沉积和完全填充,验证了两步刻蚀工艺的可行性和锥形TSV在提高膜层质量和填充效果方面的优势。为未来高密度封装领域提供了一种新的TSV制备工艺,在降低成本的同时提高了2.5D/3D封装技术的性能。     

基于TSV转接板的3D SRAM单粒子多位翻转效应

为了研究硅通孔(TSV)转接板及重离子种类和能量对3D静态随机存储器(SRAM)单粒子多位翻转(MBU)效应的影响,建立了基于TSV转接板的2层堆叠3D封装SRAM模型,并选取6组相同线性能量传递(LET)值、不同能量的离子(¹¹B与^4He、²⁸Si与¹⁹F、⁵⁸Ni与²⁷Si、⁸⁶Kr与⁴⁰Ca、¹⁰⁷Ag与⁷⁴Ge、¹⁸¹Ta与¹³²Xe)进行蒙特卡洛仿真。结果表明,对于2层堆叠的TSV 3D封装SRAM,低能离子入射时,在Si路径下,下堆叠层SRAM多位翻转率比上堆叠层高,在TSV(Cu)路径下,下堆叠层SRAM多位翻转率比Si路径下更大;具有相同LET值的高能离子产生的影响较小。相比2D SRAM,在空间辐射环境中使用基于TSV转接板技术的3D封装SRAM时,需要进行更严格的评估。     

基于双面TSV互连技术的超厚硅转接板制备

为了满足异质集成应用中对转接板机械性能方面的需求,提出了一种基于双面硅通孔(TSV)互连技术的超厚硅转接板的制备工艺方案。该方案采用Bosch工艺在转接板正面形成300μm深的TSV,通过结合保型性电镀工艺和底部填充电镀工艺进行TSV填充。在转接板背面工艺中首先通过光刻将双面TSV的重叠部分控制在一个理想的范围内,然后经深反应离子刻蚀(DRIE)工艺形成深度为20μm的TSV并完成绝缘层开窗,最后使用保型性电镀完成TSV互连。通过解决TSV刻蚀中侧壁形貌粗糙、TSV底部金属层过薄和光刻胶显影不洁等关键问题,最终得到了双面互连电阻约为20Ω、厚度约为323μm的硅转接板。     

应用于MEMS封装的TSV工艺研究

开展了应用于微机电系统(MEMS)封装的硅通孔(TSV)工艺研究,分析了典型TSV的工艺,使用Bosch工艺干法刻蚀形成通孔,气体SF6和气体C4F8的流量分别为450和190 cm3/min,一个刻蚀周期内的刻蚀和保护时长分别为8和3 s;热氧化形成绝缘层;溅射50 nm Ti黏附阻挡层和1μm Cu种子层;使用硫酸铜和甲基磺酸铜体系电镀液电镀填充通孔,比较了双面电镀和自下而上电镀工艺;最终获得了硅片厚度370μm、通孔直径60μm TSV加工工艺。测试结果证明:样品TSV无孔隙;其TSV电阻值小于0.01Ω;样品气密性良好。     

毫米波硅基SiP模块设计

设计了一款采用硅基板作为载体的毫米波上变频微系统系统级封装(System in Package, SiP)模块。该模块利用类同轴硅通孔(Through-Silicon-Via, TSV)结构解决了毫米波频段信号在转接板层间低损耗垂直传输的问题。该结构整体采用四层硅基板封装,并在封装完成后对硅基射频SiP模块进行了测试。测试结果显示,在工作频段29～31 GHz之间,其增益大于27 dB,端口驻波小于1.4,且带外杂散抑制大于55 dB。该毫米波硅基SiP模块具有结构简单、集成度高、射频性能良好等优点,其体积不到传统二维集成结构的5%,实现了毫米波频段模块的微系统化,可广泛运用于射频微系统。     

空心硅通孔的设计及其传输性能

硅通孔(TSV)能够实现信号的垂直传输,是微系统三维集成中的关键技术,在微波毫米波领域,硅通孔的高频传输特性成为研究的重点。针对微系统三维集成中,无源集成的硅基转接板的空心TSV垂直传输结构低损耗的传输要求,进行硅通孔的互连设计和传输性能分析。采用传输线校准方式,首先在硅基转接板上设计TSV阵列接地的共面波导(CPW)传输线和带TSV过孔的传输结构,并分别进行仿真分析,计算得出带TSV过孔的传输结构的插入损耗;然后通过后道TSV工艺,在硅基转接板上制作传输线和带TSV过孔的传输结构,用矢量网络分析仪法测试传输线和带TSV过孔的传输结构的插入损耗;最后计算得到单个TSV过孔的插入损耗,结果显示在0.1～30 GHz频段内其插入损耗S21≤0.1 dB,实现了基于TSV的低损耗信号传输。     

T字型硅通孔不同位置界面裂纹扩展研究

硅通孔(TSV)技术是实现三维封装的关键技术.随着技术发展,TSV被设计成多种不同结构.以T字型TSV为研究对象,仿真分析了两种温度载荷下T字型TSV中产生的热应力及其分布情况.以此为基础,通过计算裂纹尖端能量释放率,研究了T字型TSV中3个不同位置的界面裂纹失效扩展.结果 表明,T字型TSV中钉头的存在改变了铜/硅/钉头三重连接处和硅材料顶部钉头外周边界条件,在这两处易产生应力集中现象.与完全填充TSV结构相同位置的垂直裂纹相比,T字型TSV中垂直裂纹能量释放率明显下降.另外,T字型TSV中水平向外开裂的界面裂纹扩展时裂纹尖端能量释放率最小,水平向里开裂的界面裂纹扩展时裂纹尖端能量释放率最大,更易发生失稳扩展.     

界面粗糙度对硅通孔结构界面分层的影响

硅通孔(TSV)结构是三维互连封装的核心,针对其热可靠性问题,基于ANSYS有限元分析软件分别构建光滑和粗糙两种界面形貌的TSV结构分析模型,模拟计算了两种界面下TSV结构的热应力和界面分层裂纹尖端能量释放率,通过对比分析研究了界面粗糙度对TSV结构界面分层的影响。结果表明,温度载荷下粗糙界面上热应力呈现出明显的周期性非连续应力极值分布,且极值点位于粗糙界面尖端点。界面分层裂纹尖端能量释放率也呈周期性振荡变化。降温下,粗糙界面尖端点附近能量释放率明显大于光滑界面稳态能量释放率;升温下,粗糙界面能量释放率总体上呈现出先增大后减小的变化趋势。