多种添加剂及电流密度对高径深TSV电镀影响研究

硅通孔(TSV)填充工艺是三维集成关键技术之一.通过分析对比TSV电镀填充药水光亮剂、整平剂的浓度以及电流密度等对于TSV电镀填充效果的影响,发现在光亮剂浓度10 ml/L、整平剂浓度30 ml/L条件下,填充效果呈底部生长且形貌较好;同时发现电流密度较低时,呈等壁生长,而电流密度较高时,底部产生孔洞.     

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。     

基于通孔双面分步填充的TSV制备方法

以硅通孔(TSV)为核心的2.5D/3D集成技术是未来高密度封装的主导技术,但是现有的TSV制备技术需依赖高难度的技术和昂贵的设备。提出了一种通孔双面分步填充工艺,先将通孔的一端电镀封口,然后再从另外一端进行电镀填充。此方法避免了难度很高的大深宽比孔中的种子层制备和自底向上的电镀工艺,降低了加工难度。通过工艺改进解决了狭缝缺陷和凸起/空洞缺陷问题,得到了无孔隙的填充孔径为30μm、孔深为300μm、深宽比为10∶1的TSV阵列。通过电学实验测量了所得TSV的电阻。实验结果证明了其填充效果和导电能力,为实现超小型化封装提供了新的技术思路。     

优化的TSV填充工艺降低成本

化学品和设备供应商致力于降低穿透硅通孔的填充成本，使其成为3-D集成的成本障碍。对每个子步骤都进行优化的多步填充工艺可以帮助进一步降低成本。     

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。     

3D封装TSV技术仍面临三个难题

高通（Qualcomm）先进工程部资深总监Mat-tNowak日前指出：在使用高密度的硅穿孔（TSV）来实现芯片堆叠的量产以前,这项技术还必须再降低成本才能走入市场。他同时指出：业界对该技术价格和商业模式的争论,将成为这项技术未来发展的阻碍。     

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。     

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。     

带有TSV的硅基大功率LED封装技术研究

介绍了一种带有凹槽和硅通孔(through silicon via,TSV)的硅基制备以及晶圆级白光LED的封装方法。针对硅基大功率LED的封装结构建立了热传导模型,并通过有限元软件模拟分析了这种封装形式的散热效果。模拟结果显示,硅基封装满足LED芯片p-n结的温度要求。实验结合半导体制造工艺,在硅基板上完成了凹槽和通孔的制造,实现了LED芯片的有效封装。热阻测试仪测得硅基的热阻为1.068K/W。实验结果证明,这种方法有效实现了低热阻、低成本、高密度的LED芯片封装,是大功率LED封装发展的重要方向。     

TSV制程关键工艺设备技术及发展

论述了TSV技术发展面临的设备问题,并重点介绍了深硅刻蚀、CVD/PVD沉积、电镀铜填充、晶圆减薄、晶圆键合等几种制约我国TSV技术发展的关键设备。     

对角线六边形的TSV冗余结构设计

硅通孔(TSV)在制造过程中容易产生各类故障缺陷,导致3D芯片合格率降低。为了解决这一问题,提出一种新的对角线六边形冗余结构,对均匀故障的修复率保持在99%以上,对聚簇故障的修复率与路由冗余结构相近,并高于环形冗余结构。实验结果表明,与环形和路由冗余结构相比,该结构的面积开销分别减小了1.64%和72.99%,修复路径长度分别降低了39.4%和30.81%;与路由结构相比,该结构的时间开销缩短了62.55%。     

3D堆叠技术及TSV技术

介绍了3D堆叠技术及其发展现状,探讨了W2W(Wafer to wafer)及D2W(Die to wafer)等3D堆叠方案的优缺点,并重点讨论了垂直互连的穿透硅通孔TSV(Through silicon via)互连工艺的关键技术,探讨了先通孔、中通孔及后通孔的工艺流程及特点,介绍了TSV的市场前景和发展路线图。3D堆叠技术及TSV技术已经成为微电子领域研究的热点,是微电子技术及MEMS技术未来发展的必然趋势,也是实现混合集成微系统的关键技术之一。     

A geometric approach to chip-scale TSV shield placement for the reduction of TSV coupling in 3D-ICs

In 3D ICs, through-silicon-vias (TSVs) can suffer from cross coupling if signal integrity is not considered during the design process. In this paper, coupling between TSVs is modeled, and a chip-scale TSV shielding scheme is presented. A geometric model is developed to estimate TSV coupling. The low complexity of the geometric model makes it practical for chip-scale shield placement optimization. Two shield placement algorithms are presented and compared to standard shield placement techniques that use a high complexity circuit model of coupling. Results show that our algorithms are able to reduce the total cross coupling in a layout on average 111%/129% more than standard methods.     

导通孔电镀铜填充技术

概述了下一代PCB用镀铜层导通孔填充技术。     

具有周边硅通孔的晶圆级芯片封装有限元分析

针对外围分布着硅通孔的晶圆级芯片封装结构,利用有限元分析软件ANSYS建立全局模型与次模型,在温度循环试验规范条件下将封装体与硅通孔结构分开进行仿真与探讨。了解模型受到温度载荷所产生的热力学行为。研究发现封装体在经历温度循环试验后所产生的位移呈现圆形对称分布,结构在高温时向外翘曲,在低温时向内弯曲;重布线层在与锡球交界处会产生明显的应力集中。硅通孔结构中铜垫片越接近开孔所受应力越大;硅通孔结构的重布线层部分,应力集中在转角处以及靠近钝化保护层交界处。     

三维集成电路中TSV的热特性研究

基于Comsol Multiphysics平台,通过使用有限元仿真对三维集成电路的硅通孔(TSV)模型进行了热仿真分析。分别探究了TSV金属层填充材料及TSV的形状、结构、布局和插入密度对三维(3D)集成电路TSV热特性的影响。结果表明:TSV金属层填充材料的热导率越高,其热特性就越好,并且采用新型碳纳米材料进行填充比采用传统金属材料更能提高3D集成电路的热可靠性;矩形形状的TSV比传统圆形形状的TSV更有利于3D集成电路散热;矩形同轴以及矩形双环TSV相比其他结构TSV,更能提高TSV的热特性;TSV布局越均匀,其热特性越好;随着TSV插入密度的增加,其热特性越好,当插入密度达6%时,增加TSV的数目对TSV热特性的影响将大幅减小。