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1、第14卷第卷，第7期7期电 子 与 封 装总第135期Vol.14，No.7ELECTRONICS&PACKAGING2014年7月3D-TSV封装技术燕英强，吉 勇，明雪飞（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035）摘要：3D-TSV封装技术是实现多功能、高性能、高可靠且更轻、更薄、更小的系统级封装最有效的技术途径之一。3D-TSV封装关键技术包括：通孔制作、通孔薄膜淀积、磁控溅射、通孔填充、铜化学机械研磨、超薄晶圆减薄、芯片/晶圆叠层键合等。阐述了每种关键技术的工艺原理、技术特点、应用范围及发展前景，关键设备、关键材料以及TSV在三维封装技术中的应用。关键词：3D
2、-TSV封装；通孔；铜化学机械研磨；超薄晶圆减薄；芯片/晶圆叠层键合中图分类号：TN305.94文献标识码：A文章编号：1681-1070（2014）07-0001-053D-TSVPackageTechnologyYANYingqiang,JIYong,MINGXuefei（ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo.58ResearchInstitute,Wuxi214035,China）Abstract:3D-TSVpackagetechnologyisthebestimpactfultechniqueapproachtoachi
3、evethreedimensionsystempackagewithmultifunction,high-performance,high-reliability,morelightweight,thinner,smaller.Thepaperpresentedseveralkeytechnologiesof3D-TSVpackage,suchas,viafabrication,filmdepositiononviasidewall,viafilling,copperCMP,ultra-thinwafergrinding,chip/waferstackingbonding.Andd
4、iscussedtechno-theory,techno-characteristic,applicationarea,developmentstatusofkeytechnologies,thekeyequipments,thekeymaterials,andapplicationof3D-TSVpackagetechnology.Keywords:3D-TSVpackage;via;copperCMP;ultra-thinwafergrinding;chip/waferstackingbonding1引言2通孔制作技术TSV（ThroughSiliconVia，硅通孔）技术可实
5、制作TSV通孔的方法主要有：激光钻孔（Laser现芯片与芯片间垂直叠层互连，无需引线键合，有Drill）、深反应离子刻蚀（DRIE）等，其工艺特性效缩短互连线长度，减少信号传输延迟和损失，提参见表1[5,6]。高信号速度和带宽，降低功耗和封装体积，是实现表1不同通孔制作技术特点多功能、高性能、高可靠且更轻、更薄、更小的半导体系统级封装的有效途径之一[1~4]。TSV工艺分前通孔和后通孔，但具有相同的关键技术：通孔制作、通孔薄膜淀积技术、通孔填充、铜化学机械研磨、超薄晶圆减薄、芯片/晶圆叠层键合。2.1激光钻孔技术收稿日期：2014-05-14-1-第14卷第7期电 子 与 封 装激
6、光钻孔技术是利用激光的局部超高温度使材料比大于10:1；（2）通孔侧壁呈垂直或较小锥度，利汽化而形成通孔。激光钻孔技术无需掩模材料，一次于深孔金属填充；（3）通孔侧壁要足够光滑，扇贝性穿透芯片表面绝缘层、金属层和硅基体，形成TSV尺寸≤100nm，确保获得连续的金属膜层；（4）通通孔；且激光钻孔技术可形成侧壁倾斜的通孔（图孔侧壁无热损伤区，提高通孔可靠性。1），利于侧壁钝化层或种子层薄膜淀积和电镀填充。常用填充金属铜膨胀系数远大于硅、砷化镓等材料但激光钻孔也有其缺点和不足[7]，参见图2，无法而易导致可靠性问题。为提高可靠性，TSV通孔直径越满足未来更小孔径、高深宽比TSV通孔制作
7、：（1）硅小越好，应小于10μm，只有深反应离子刻蚀满足此需熔化再快速凝固，易在通孔表面形成球形瘤，通孔内求，将成为硅通孔制作技术的必然选择和主流技术。壁粗糙度较大，难以淀积连续绝缘层/种子层；（2）通孔内壁亚表面热损伤较大（图2），影响填充后孔3通孔侧壁薄膜淀积技术的可靠性；（3）制作通孔尺寸精确度＜5μm。完成金属填充前必须淀积绝缘层，隔断填充金属和硅本体材料的电导通。接着淀积粘附/扩散阻挡层和种子层金属。粘附/扩散阻挡层阻挡填充金属向绝缘层和本体图1激光钻孔形貌
