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。     

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。     

基于双面盲孔电镀的硅通孔工艺研究

针对当前微机电系统(MEMS)发展对小型化封装的需求,设计了 一种高可靠性、低成本、高深宽比的硅通孔(TSV)结构工艺流程.该工艺流程的核心是双面盲孔电镀,将TSV结构的金属填充分为正、反两次填充,最后获得了深度为155 μm、直径为41μm的TSV结构.使用功率器件分析仪对TSV结构的电学性能进行了测试,使用X光检测...     

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。     

新型的3D堆叠封装制备工艺及其实验测试

为了满足超大规模集成电路(VLSI)芯片高性能、多功能、小尺寸和低功耗的需求,采用了一种基于贯穿硅通孔(TSV)技术的3D堆叠式封装模型.先用深反应离子刻蚀法(DRIE)形成通孔,然后利用离子化金属电浆(IMP)溅镀法填充通孔,最后用Cu/Sn混合凸点互连芯片和基板,从而形成了3D堆叠式封装的制备工艺样本.对该样本的接触电阻进行了实验测试,结果表明,100 μm2Cu/Sn混合凸点接触电阻约为6.7 mΩ高90 μm的斜通孔电阻在20～30mΩ该模型在高达10 GHz的频率下具有良好的机械和电气性能.     

多种结构硅通孔热应力仿真分析

硅通孔(TSV)技术是实现三维封装的一种关键技术。通过有限元分析方法,研究了三种结构硅通孔的热应力,提出聚对二甲苯填充结构在热应力方面的优越性。为了进一步研究聚对二甲苯填充结构的TSV热应力,选用不同聚对二甲苯直径、高度、硅通孔的尺寸和深宽比进行仿真,得出一系列优化结论:随着聚对二甲苯直径的增大,等效应力先增大后减小;增大聚对二甲苯的高度、减小硅通孔的直径和深宽比,有利于优化热应力;深宽比大于4时,三种结构的热应力均趋于平稳。     

TSV的工艺缺陷诊断与分析

随着3D集成封装的发展,硅通孔(TSV)成为实现3D堆叠中最有前景的技术之一.通过通孔和微凸点实现上下堆叠IC之间的垂直电连接,先进的TSV技术能够满足3D SIP异构集成、高速宽带、小尺寸及高性能等要求.然而,作为新型互连技术,TSV技术面临许多工艺上的困难和挑战,其可靠性没有得到充分的研究和保证.识别缺陷、分析失效机理对TSV三维集成器件的设计、生产和使用等各环节的优化和改进具有重要作用.对不同形状、不同深宽比的TSV通孔边界层进行了微观物理分析,对通孔形状、边界层均匀性等方面进行了评价,分析了各种工艺缺陷形成的物理机制以及可能带来的失效影响.最后根据其产生的原因提出了相应的改进措施.     

高深宽比的TSV镀铜工艺技术研究

镀铜填充时,形成空洞或缝隙都将导致芯片严重的可靠性问题,从设备能力和电镀药液两个方面分析了对镀铜填充效果的影响,并在孔径10μm、深宽比10∶1的硅通孔内进行工艺验证。结果表明：镀前预湿处理、镀液快速搅拌、电场均匀分布、镀液添加剂的浓度及配比等4个方面对实现硅通孔无缺陷填充起了决定性作用。     

一种金属填充硅通孔工艺的研究

硅通孔(Through silicon via)的互连技术是3D IC集成中的一种重要工艺。报道了一种高深宽比的垂直互连穿透硅通孔工艺,其通孔的深宽比达到50以上;研究了利用钨填充硅通孔的一些关键工艺,包括阻挡层淀积工艺和钨填充工艺,分析了不同填充工艺所造成的应力的变化。最后获得了一种深宽比达到58∶1的深硅通孔无缝填充。     

TSV结构热机械可靠性研究综述

硅通孔(TSV)结构是三维电路集成和器件封装的关键结构单元。TSV结构是由电镀铜填充的Cu-Si复合结构,该结构具有Cu/Ta/SiO2/Si多层界面,而且界面具有一定工艺粗糙度。TSV结构中,由于Cu和Si的热膨胀系数相差6倍,致使TSV器件热应力水平较高,引发严重的热机械可靠性问题。这些可靠性问题严重影响TSV技术的发展和应用,也制约了基于TSV技术封装产品的市场化进程。针对TSV结构的热机械可靠性问题,综述了国内外研究进展,提出了亟需解决的若干问题:电镀填充及退火工艺过程残余应力测量、TSV界面完整性的量化评价方法、热载荷和电流作用下TSV-Cu的胀出变形计算模型问题等。     

基于多种添加剂的TSV镀铜工艺研究

穿透硅通孔技术(TSV)是3D集成电路中芯片实现互连的一种新的技术解决方案,是半导体集成电路产业迈向3D封装时代的关键技术。在TSV制作主要工艺流程中,电镀铜填充是其中重要的一环。基于COMSOL Multiphysics平台,建立了考虑加速剂和抑制剂作用的硅通孔电镀铜仿真模型,仿真研究得到了基于硫酸铜工艺的最优电镀药水配方,并实验验证了该配方的准确性。     

通孔内镀金工艺研究

针对化合物半导体芯片通孔内镀金层薄导致通孔接地电阻大的问题,优化了喷液电镀台和挂镀电镀台的通孔镀金工艺条件,研究了两者在电镀过程中的镀液流场的差异,分析了两种电镀方式的工艺结果有显著差异的原因。喷液电镀台最佳工艺条件:直流电镀,电流积为15 A·min,电流密度为0.4 A/dm2,镀液体积流量为20 L/min时,对深宽比约为2∶1的通孔样品进行电镀,得到孔内外镀层厚度比接近1∶1的良好电镀效果。实验结果表明:喷液电镀台在晶圆通孔电镀方面有较大优势,可在不增加背面镀金厚度的情况下增加通孔内镀层厚度,不仅解决了芯片通孔内镀金层薄的问题,而且有利于降低成本,是今后通孔电镀工艺发展的方向之一。     

一种在深硅刻蚀工艺中减小底部圆角的方法

由于存在化学刻蚀的各向同性作用,不可避免地会在等离子体深硅刻蚀工艺中出现底部圆角,而过大的底部圆角给许多工艺应用带来不利影响。为了减小在等离子体深硅刻蚀中的底部圆角,对埋入式扇出型封装中的硅微腔刻蚀和2.5D封装中的硅通孔(TSV)刻蚀进行了研究。通过在BOSCH工艺中引入偏置电极功率递增和单步沉积时间递增的组合,硅微腔和TSV中的底部圆角高度分别从13.6μm和12μm减小到了6.6~10.0μm和8.4μm。该方法有望实际应用于微电子机械系统(MEMS)器件的制造和电子器件的先进封装等领域。     

硅通孔技术的发展与挑战

3D堆叠技术近年来发展迅速,采用硅通孔技术(TSV)是3D堆叠封装的主要趋势.介绍了3D堆叠集成电路、硅通孔互连技术的研究现状、TSV模型;同时阐述了TSV的关键技术与材料,比如工艺流程、通孔制作、通孔填充材料、键合技术等;最后分析了其可靠性以及面临的挑战.TSV技术已经成为微电子领域的热点,也是未来发展的必然趋势,运用它将会使电子产品获得高性能、低成本、低功耗和多功能性.     

硅通孔电镀铜填充工艺优化研究

研究了孔径40μm的硅通孔铜电镀填充工艺,通过改善电镀工艺条件使得孔径40μm、孔深180μm的硅通孔得以填充满。首先,在种子层覆盖以及电镀液相同条件下通过改变电镀电流密度,研究不同电流密度对于铜填充的影响,确定优化电流密度为1ASD(ASD:平均电流密度)。之后,在相同电流密度下,详细分析了超声清洗、去离子水冲洗以及真空预处理等电镀前处理工艺对铜填充的影响。实验表明,采用真空预处理方法能够有效的将硅通孔内气泡排出获得良好的铜填充。最终铜填充率在电流密度为1ASD、真空预处理条件下接近100%。     

高深宽比硅通孔的SAPS兆声波清洗技术

硅通孔(TSV)是三维系统集成的关键技术和发展趋势,目前已经可以实现深宽比为10∶1的TSV结构,且向着更高深宽比方向发展。在TSV制造工艺中,硅通孔刻蚀后的清洗是目前的关键技术难点之一。针对TSV刻蚀的工艺特点和TSV结构的特点,基于气体交替技术的硅刻蚀反应副产物种类以及清洗过程清洗液在TSV孔内的流体特性进行分析,探讨了一种基于现有清洗液,利用空间交变相位移(SAPS)兆声波技术进行TSV刻蚀后的清洗方法,并阐述了该清洗工艺的特点及前后工艺间的相互影响。研究结果表明,SAPS兆声波清洗能高效去除深孔内刻蚀残余产物,在TSV工艺集成中有较好的应用前景。     

下一代电子电路板用CuSO_4填充镀技术

概述了下一代电子电路板填充用的CuSO4电镀技术。（1）盲导通孔填充,（2）贯通孔填充,（3）半导体用的凸块和（4）TSV填充。     

导通孔填充镀铜技术

概述了导通孔填充镀铜技术的应用和工艺条件,贯通孔填充和Si贯通电极（TSV）填充等其它的填充镀铜技术和今后的展望。     

3D堆叠封装硅通孔结构的电-热-结构耦合分析

硅通孔(TSV)技术作为三维封装的关键技术,其可靠性问题受到广泛的关注。基于ANSYS平台,通过有限元方法,对3D堆叠封装的TSV模型进行了电-热-结构耦合分析,并进一步研究了不同的通孔直径、通孔高度以及介质隔离层SiO_2厚度对TSV通孔的电流密度、温度场及热应力分布的影响。结果表明:在TSV/微凸点界面的拐角处存在较大的电流密度和等效应力,容易引起TSV结构的失效;增大通孔直径、减小通孔长度可以提高TSV结构的电-热-机械可靠性;随着SiO_2层厚度的增加,通孔的最大电流密度增大而最大等效应力减小,需要综合考虑合理选择SiO_2层厚度。     

薄型芯板CO2激光直接钻通孔工艺探讨

文章针对63μm薄型芯板通过日立CO₂激光钻机制作75μm激光通孔的工艺进行研究。分析了CO₂激光双面直接钻通孔工艺,正面钻孔余厚不足是导致反面钻孔漏钻孔的主要原因,并设计DOE实验探讨了光圈直径、脉冲宽度等对正反两面钻激光通孔孔型深度的控制及影响,得到了最优的通孔加工参数,实现了激光通孔制作和水平电镀填孔,并通过了相关可靠性测试。