集成电路TSV三维封装可靠性试验方法-编制说明
3D IC-TSV技术与可靠性研究
3D IC-TSV技术与可靠性研究
摘要：对三维（3 Dimension，3D）堆叠集成电路的硅通孔(Through Silicon Via，TSV)互连技术进行了详细的介绍，阐述了TSV的关键技术与工艺，比如对准、键合、晶圆减薄、通孔刻蚀、铜大马士革工艺等。着重对TSV可靠性分析的重要性、研究现状和热应力分析方面进行了介绍。以传热分析为例，实现简单TSV模型的热仿真分析和理论计算。最后介绍了TSV技术市场化动态和未来展望。
关键词： 3D-TSV；通孔；晶圆减薄；键合；热可靠性
0 引言
随着半导体制作工艺尺寸缩小到深亚微米量级，摩尔定律受到越来越多的挑战。首先，互连线(尤其是全局互连线)延迟已经远超过门延迟，,这标志着半导体产业已经从“晶体管时代”进入到“互连线时代”。为此，国际半导体技术路线图组织(ITRS)在 2005 年的技术路线图中提出了“后摩尔定律”的概念。“后摩尔定律”将发展转向综合创新，而不是耗费巨资追求技术节点的推进。尤其是基于TSV(Through Silicon Via)互连的三维集成技术，引发了集成电路发展的根本性改变。三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuit，3D IC)可以将微机电系统(MEMS)、射频模块(RF module)、内存(Memory)及处理器(Processor)等模块集成在一个系统内[1]，，大大提高了系统的集成度，减小了功耗，提高了性能，因此被业界公认为延续摩尔定律最有效的途径之一，成为近年来研究的热点。
tsv的主要工艺步骤及方法
tsv的主要工艺步骤及方法
一、制造硅通孔
硅通孔（TSV）的制造是TSV技术的核心步骤之一。在这一步，通过物理或化学方法在芯片上制造出穿透硅片的孔洞，这些孔洞将用于实现芯片间的垂直互连。有多种方法可以用来制造硅通孔，包括但不限于深反应离子刻蚀（DRIE）、激光钻孔等。
二、填充硅通孔
在硅通孔制造完成后，需要对其进行填充，以实现电信号的传输。填充材料一般选用导电金属，如铜、钨等。填充硅通孔的方法有化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和电镀等。选择合适的填充方法需要根据实际应用需求和工艺条件来决定。
三、连接硅通孔
填充完硅通孔后，需要进行硅通孔间的连接，以实现芯片间的互连。连接方法可以采用焊接、导电胶等。在连接过程中，需要确保连接稳定可靠，以防止在后续使用中出现脱落或接触不良等问题。
四、测试与验证
在完成硅通孔的制造、填充和连接后，需要进行测试与验证，以确保TSV 技术能够满足实际应用需求。测试内容包括但不限于：导通性能测试、机械性能测试和可靠性测试等。通过测试与验证，可以及时发现并解决潜在的问题，提高TSV技术的可靠性和稳定性。
五、封装与集成
在TSV技术应用中，封装与集成是关键步骤之一。通过封装与集成，可以将多个芯片垂直堆叠在一起，实现更小体积、更高性能的电子系统。在封装与集成过程中，需要考虑到散热、信号传输、电源分配等问题，以确保整个系统的稳定运行。
六、可靠性评估
TSV技术的可靠性是评估其性能的重要指标之一。可靠性评估可以通过多种方法来实现，如加速老化试验、环境适应性试验等。通过可靠性评估，可以
TSV工艺技术
TSV工艺技术
TSV（Through Silicon Via）工艺技术是一种用于三维集成电路中的先进封装技术。这种技术通过在硅片上钻孔，然后在孔中填充金属，实现了不同层次芯片之间的电连接，从而实现了高密度的芯片封装和高速数据传输。
TSV工艺技术具有许多优点。首先，它可以提供更高的集成密度。传统的芯片封装技术中，芯片仅能在一个平面上布置，而TSV技术使得芯片的多层堆叠成为可能。通过将多个芯片垂直堆叠在一起，可以有效地提高芯片的整体集成度。其次，TSV技术还可以提供更短的信号传输路径，减少信号传输延迟。因为TSV是直接通过硅片内部传输信号，相比于传统的外部线路，信号的传输路径更短，从而能够提供更高的数据传输速率。另外，TSV还可以减少芯片之间的串扰，提高电路的稳定性和可靠性。
TSV工艺技术的实现主要包括三个步骤：孔钻孔、金属填充和封装。首先，通过激光钻孔或机械钻孔的方式，在硅片上形成所需的孔洞。这一步骤需要高度精确的控制，以避免对芯片造成损伤。接下来，将金属填充到孔洞中。填充材料通常选择铜或钨，因为它们具有良好的导电性能。填充金属可以使用物理气相沉积或浸涂的方法，以确保孔洞充满金属。最后，将填充完毕的芯片进行封装，以保护芯片和TSV结构。
TSV工艺技术在电子行业中有广泛应用。首先，它可以提高芯片的性能和功能。通过TSV技术，不同功能的芯片可以堆叠在一起，并通过TSV连接进行互联，从而实现更复杂的电
路功能。其次，TSV技术可以减小芯片尺寸。由于芯片堆叠
在一起，芯片的整体尺寸可以减小，从而实现更小型化的设备。此外，TSV技术还可以降低能耗。由于TSV可以提供更短的
tsv封装 概念 -回复
tsv封装概念-回复
什么是TSV封装？如何进行TSV封装？TSV封装有哪些应用领域？这些问题。
TSV封装（Through-Silicon Via Packaging）是一种集成电路封装技术，它包括将硅片（Silicon wafer）与封装材料进行堆叠和连接的过程。通过使用微小的垂直通孔（Via），TSV技术可以将不同功能层之间的电路连接起来，从而实现高度集成的封装方案。
TSV封装的过程可以分为以下几个步骤来进行：
1. 制备硅片：首先需要准备硅片，这通常是通过硅晶圆的形式提供的。晶圆制造过程可以包括去除表面缺陷、化学机械抛光（CMP）、清洗等步骤。
2. 制造TSV：在硅片上制造垂直通孔。这可以通过多种技术来实现，包括湿法腐蚀、干法腐蚀、激光加工等。TSV的尺寸通常非常小，可以达到微米级别。
3. 堆叠封装：将多个硅片进行堆叠，并使用封装材料进行连接。封装材料可以选择有机封装材料（例如环氧树脂）、无机封装材料（例如玻璃）、金属封装材料（例如铜）等。堆叠封装可以使用简单的层叠方式，也可以使用先进的三维堆叠技术。
4. 封装工艺：根据封装材料的特性，使用合适的工艺进行封装，例如热压封装、UV固化等。封装工艺可以确保封装材料与硅片的良好连接和密封。
5. 测试和包装：完成封装后，需要对封装芯片进行测试和包装。测试可以包括电性能测试、可靠性测试、热敏性测试等。测试合格的芯片可以进一步进行包装，例如微型封装、BGA封装等。
TSV封装具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：
1. 高性能计算：TSV封装可以实现多个处理器核心的高度集成，提供更高的计算能力和处理速度。在超级计算机、服务器和工作站等领域，TSV封装已经成为了重要的技术手段。
三维集成电路的设计与封装技术研究
三维集成电路的设计与封装技术研究
三维集成电路（3D-IC）是一种新型的集成电路技术，它可以
将多个芯片以垂直方向堆叠在一起，从而实现更高的集成度和更好的性能。与传统的二维集成电路相比，三维集成电路具有更小的尺寸、更高的带宽和更低的功耗。在过去的几年中，三维集成电路的设计与封装技术得到了广泛的研究和应用。
首先，三维集成电路的设计技术是实现其高性能和高集成度的关键。在设计过程中，需要考虑芯片的布局、信号传输和散热等因素。芯片的布局要尽可能紧凑，以减小信号传输的距离和功耗。同时，还需要考虑散热问题，避免堆叠芯片之间的热耦合效应。为了解决这些问题，研究人员提出了许多优化算法和设计方法，例如基于图论的布局算法、基于模型的散热优化方法等。
其次，三维集成电路的封装技术是实现其可靠性和可制造性的关键。在封装过程中，需要将多个芯片堆叠在一起，并实现它们之间的电连接和热连接。为了实现可靠的电连接，研究人员提出了多种封装技术，例如通过硅通孔实现的垂直互连技术、通过铜柱实现的直通互连技术等。这些技术可以有效地减小信号传输的延迟和功耗。同时，为了实现可靠的热连接，研究人员还提出了多种散热技术，例如通过金属层实现的热传导技术、通过流体冷却实现的热传输技术等。这些技术可以有效地降低芯片的工作温度，提高其可靠性和性能。
最后，三维集成电路的设计与封装技术在许多领域都得到了广泛的应用。例如，在移动通信领域，三维集成电路可以实现更高的数据传输速率和更低的功耗，从而提高用户体验和延长电池寿命。在计算机领域，三维集成电路可以实现更高的处理能力和更小的尺寸，从而提高计算机的性能和便携性。在医疗领域，三维集成电路可以实现更高的信号处理能力和更小的医疗设备，从而提高医疗诊断和治疗的效果。
集成电路tsv三维封装可靠性试验方法指南
集成电路tsv三维封装可靠性试验方法指南
下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！
Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!
3D封装与硅通孔TSV工艺技术-PPT精品文档
TSV的主要技术环节：
通孔的形成
晶片减薄 TSV 键合
TSV技术简介
TSV技术特点
由于TSV工艺的内连接长度可能是最短的，可以减小信号传输过程中 的寄生损失和缩短时间延迟。TSV的发展将受到很多便携式消费类电 子产品的有力推动，这些产品需要更长的电池寿命和更小的波形系数。 TSV技术可以连接两块芯片内的不同核心，还能将处理器和内存等不同 芯片堆叠是各种不同类型的电路互相混合的最佳手段，例如将存储器 部件连在一起，并通过数千个微小的连线传输数据，比如在硅锗芯片中， 直接堆叠在逻辑器件上方。 通过钻出许多细微的孔洞并以钨材料填充，就能得到TSV。
一体机示意图(东京精密PG200／300)
芯片减薄
存在的问题：
•机械研磨和化学机械抛光还可能会在硅晶圆表面产生严重的内应力，这些应力 会引发弯曲和翘曲。同时，由于是先用铜将 TSV填满后进行 CMP工艺这样在过 程中铜和硅容易发生扩散而且破坏绝缘层，从而破坏 TSV互连。
•针对以上问题，袁娇娇等人研究通过对硅晶圆进行局部减薄来实现的局部减薄， 即将硅晶圆的大部分减薄 利用没有减薄的部分支撑硅晶圆完成表面微加工工艺 局部减薄是通过对硅晶圆局部刻蚀一定深度以达到局部减薄的目的。
TSV技术简介
TSV作为新一代封装技术，是通过在芯片和芯片之间，晶圆和晶圆之间制 造垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术，能够在三维方向使得堆叠密 度最大，而外形尺寸最小，大大改善了芯片速度和低功耗性能。 硅通孔技术(TSV)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导 通，实现芯片之间互连的最新技术(见下图所示)。与以往的IC封装键合和 使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大， 外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和降低功耗的性能。
三维集成封装中的TSV互连工艺研究进展
收稿 日期 ：２０１２—０６ ２８
一 １．
第Байду номын сангаас２卷第９期
电 子 与 封 装
电气互连性 能 ，提升 芯片运 行速 度 ，降低芯 片的功 耗 、设计难度和成本。
ＴＳＶ是 通过 在芯 片和芯 片之 间 、晶 圆和 晶 圆之 间制作垂直 导 通 ，实 现芯 片之 间互连 的最新技 术 。 与以往ＩＣ封装键合和使用 凸点的叠加 技术不同 ，ＴＳＶ 能 够使芯 片在 三维方 向堆 叠的 密度最 大 ，外 形尺 寸 最 小 ，大 大 改善芯 片速度 和低功 耗的 性能 。它也 被 称 为继键合 、ＴＡＢ和倒装焊之后的第四代封装技术。 目前成为 电子封装技术 中最引人注 目的一种技术 。
ｎｅｅｄｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ．Ａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ—ｄｒｉｖｅｎ，ｔｈｅ ｔｈｒｏｕｇｈ—ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａｓ （ＴＳＶ）ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｅｍｅｒｇｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍ ｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ３Ｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｆｅｒ－ ｌｅｖｅｌ ｐａｃｋａｇｉｎｇ．ＴＳＶ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗ ｉｔｈ ｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｓｓｅｍ ｂｌｙ ｍ ｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｅｖｅｒａｌ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｔｏ ａｄｏｐｔ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｍ ａｉｎ ｏｎｅｓ ａｒｅ：ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ ｌｅｎｇｔｈ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｉｍ ｐｒｏｖｅｍ ｅｎｔ ｉｎｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｗｉｄｅｒ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ ｆｏ ｒ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．３Ｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｔｈｅｎ ａｌｌｏｗ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｆａｍ ｉｌｉｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｈａｒｄｌｙ ｃｏｍ ｐａｔｉｂｌｅ，ｌｉｋｅ ＲＦ ｄｅｖｉｃｅｓ．ｍ ｅｍ ｏｒｙ，ｌｏｇｉｃ ａｎｄ Ｍ ＥＭ Ｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．ｎｅａｒｌｙ ｔｗ ｏ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｆｏｒｅｉｇｎ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｕｔ ３Ｄ—ＴＳＶ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｒｅ ｓｕｍ ｍ ａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ Ｗｅｎｄ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｃＯｎｎｅｃｔｉＯｎ：３Ｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＴＳＶ
中华人民共和国国家标准公告_2023年第20号
2023年第20号
国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）批准《滚动轴承 角接触球轴承 外形尺寸》等423项推荐性国家标准和2项国家标准修改单，现予以公告。
关于批准发布《滚动轴承 角接触球轴承 外形尺寸》等423项推荐性
国家标准和2项国家标准修改单的公告
中华人民共和国国家标准
公 告
序号标准编号标准名称
代替标准号实施日期1GB/T 292-2023滚动轴承 角接触球轴承 外形尺寸GB/T 292-20072024-04-012GB/T 451.2-2023纸和纸板 第2部分：定量的测定GB/T 451.2-20022024-07-013GB/T 1149.11-2023内燃机 活塞环 第11部分：楔形铸铁环GB/T 1149.11-20102024-07-014GB/T 1149.12-2023内燃机 活塞环 第12部分：楔形钢环
GB/T 1149.12-20132024-07-015GB/T 1149.17-2023内燃机 活塞环 第17部分：钢质螺旋撑簧油环2024-07-016GB/T 1196-2023重熔用铝锭
GB/T 1196-20172024-07-017GB/T 1558-2023硅中代位碳含量的红外吸收测试方法GB/T 1558-20092024-07-018GB/T 1677-2023增塑剂环氧值的测定
GB/T 1677-20082024-07-019
GB/T 2077-2023
硬质合金可转位刀片 圆角半径
GB/T 2077-1987
2024-07-01
国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会
三维集成电路(3D IC)中硅通孔(TSV)链路的多场分析
三维集成电路（3D IC）中硅通孔（TSV）链路的多场分
析
三维集成电路（3D IC）中硅通孔（TSV）链路的多场分析
引言：
随着电子技术的不断发展，集成电路的功能越来越复杂，对于电路板的布局和连接的要求也越来越高。传统的2D集成电路
已经面临着功耗、散热和信号传输等问题，为了克服这些问题，人们提出了3D集成电路（3D IC）的概念。3D IC通过垂直堆
叠多层芯片来实现更高的集成度和性能。而硅通孔（TSV）链
路作为3D IC中芯片间的关键连接组件，受到了广泛关注。本文将对TSV链路进行多场分析，探讨其在3D IC中的性能和优化方法。
1. TSV链路的结构与工作原理
TSV链路是一种通过在不同芯片间钻孔并填充导电材料的技术，用于实现芯片间的电信号传输和能量供应。典型的TSV链路结构包括导电填充物、绝缘层以及TSV孔的孔壁。TSV链路的工
作原理是通过导电填充物提供电信号和能量传输的路径，而绝缘层则用于隔离相邻的TSV链路。
2. TSV链路的挑战与问题
尽管TSV链路在3D IC中起到了关键的作用，但是它也带来了一些挑战与问题。首先，TSV孔的填充过程需要解决填充物与
孔壁之间的黏附性和填充度的问题。其次，在高频电信号传输方面，TSV链路可能会引起信号的损耗和噪声，从而影响系统
性能。另外，由于3D IC中芯片的堆叠密度较高，TSV链路的
散热问题也不可忽视。
3. TSV链路的多场分析方法
为了解决上述问题，人们利用电磁场理论、热传导理论和机械力学理论等多场分析方法对TSV链路进行研究。在电磁场方面，可以通过研究TSV链路的等效电路模型和传输线理论来分析电信号的传输损失和噪声问题。在热传导方面，可以通过模拟TSV链路的热传导路径和热源来分析散热性能。在机械力学方面，可以分析TSV链路在机械应力下的稳定性和可靠性。
三维集成电路封装的TSV技术
三维集成电路封装的TSV技术
1.引言
三维集成电路（3D IC）和基于硅介质的2.5D集成电路具有低功耗、性能高、高功能集成度[1–4]等优点，被认为是克服摩尔定律局限性的重要电路。为实现3D 和2.5D芯片集成，需要几个关键技术，如硅通孔（TSV）、晶片减薄处理以及晶圆/芯片粘接等。TSV技术具有缩短互连路径和缩小封装尺寸的优点，因此被认为是3D集成的核心。在3D和2.5D芯片集成过程中，TSV工艺可分为三种类型。当TSV工艺在CMOS工艺进行之前完成时，工艺进程定义为“通孔优先（via first）”；当TSV工艺在CMOS工艺进行中完成时，CMOS中间工艺和后道工艺只能在TSV工艺完成后制作；当TSV在完成CMOS过程后进行时，工艺进程定义为“通孔收尾（via last）”，在已进行CMOS工艺后的衬底正面或背面进行TSV工艺。
选择TSV作为最终方案是在半导体行业最终应用要求。TSV技术已被开发用于许多应用领域，如MEMS、移动电话、CMOS图像传感器（CIS）、生物应用程序设备和存储器等。人们对TSV工艺进行了大量研究。目前，由于制造成本相对较高，TSV在三维集成电路和先进封装应用中尚未普遍实现[5,6]。本文将介绍当TSV制作直径较小、纵横比较高时，TSV的相关重要制造过程及相关失效模式。此外，TSV制备有许多重要过程，包括深层反应离子蚀刻（DRIE）、介电层衬底、阻挡层和种晶层、填充、化学机械抛光（CMP）和Cu暴露过程，上述关键技术将在下面详细介绍。
2.TSV刻蚀技术
TSV蚀刻是3D集成技术中的关键制造工艺，而广泛使用的Bosch工艺是深硅蚀刻的首选。Bosch蚀刻工艺的高蚀刻速率为5~10 μm/min，对光刻胶的刻蚀选择性为50-100，甚至对于氧化层掩膜高达200。该过程通过以下步骤执行：(1)利用六氟化硫作为等离子体刻蚀剂进行硅刻蚀；(2)与C4F8等离子体气体结合，生成质量良好的钝化膜，以防止下一刻蚀步骤中的横向效应；(3)利用六氟化硫作为等离子体刻蚀剂，对掩蔽层和Si进行进一步的离子轰击定向刻蚀，以形成一个较深的刻蚀深度。刻蚀后通过氧气和氩气等离子体清洗钝化层。图1中的Bosch示意图为10 μm深的TSV结构[7,8]。
3D集成电路中的TSV技术概要
3D集成电路中的TSV技术概要
北京航空航天大学电子信息工程学院马志才
1.TSV技术简介
TSV(through silicon via)技术是穿透硅通孔技术的缩写，一般简称硅通孔技术，是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新的技术解决方案。由于T SV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。如图1.1所示是4层芯片采用带载封装方法(tape car rier package，TCP)(见图1.1(a))和采用TSV方法(见图1.1(b))封装的外形比较。
业内人士将TSV称为继引线键合(wire bonding)、载带键合(TAB)和倒装芯片(FC)乏后的第4代封装技术。
图1.1 TSV 封装外形比较
2.TSV及其技术优势
a)缩小封装尺寸；
b)高频特性出色，减小传输延时、降低噪声；
c)降低芯片功耗，据称，TSV可将硅锗芯片的功耗降低大约40%；
d)热膨胀可靠性高。
3．TSV的主要技术环节
1) 通孔的形成
晶片上的通孔加工是TSV技术的核心，目前通孔加工的技术主要有两种，一种是深反应离子刻蚀，另一种是激光打孔。
激光技术作为一种不需掩模的工艺，避免了光刻胶涂布、光刻曝光、显影和去胶等工艺步骤，已取得重大进展。然而，未来当TSV的尺寸通孔降到lOUm 以下时，激光钻孔就面临着新的挑战。
目前这两种技术的细节及其选择仍然在探索中，不过一些先期进入的厂商已经推出相应的加工设备。
此外，形成通孔后还有绝缘层、阻挡层和种子层的淀积以及孔金属化等工艺技术。图3.1是6个芯片堆叠采用TSV封装的存储器示意图。
tsv封装测试工艺流程
tsv封装测试工艺流程
英文：
The TSV (Through-Silicon Via) packaging test process begins with the preparation of the silicon wafer, which involves etching, cleaning, and other preliminary treatments. Next, TSV structures are formed by drilling holes in the chip using deep etching technology and filling them with conductive materials like tungsten, creating vertical micro-channels for electrical connection. The wafer is then flipped and processed on the backside for subsequent packaging steps. The chip surface is bonded to a substrate using techniques such as high-temperature sintering or PPG, and the circuitry is welded to the substrate or PCB using methods like gold foil or wire bonding. After the packaging is completed, a series of tests are conducted to ensure the quality and reliability of the TSV packaging. These tests may include electrical performance tests, reliability tests, and thermal sensitivity tests. Once the chips pass these tests, they are ready for further packaging such as micro-packaging or BGA packaging, and finally, they are shipped to customers.
TSV可靠性综述
0引言
三维集成封装技术被公认为是超越摩尔定律的第四代封装技术。硅通孔(Through Silicon Via ,TSV)技术是三维封装技术的关键[1]。摩尔定律指出,硅片上的晶体管数量大约每两年翻一番[2]。然而,由于晶体管的缩放比例和漏电的限制[3],摩尔定律不能永远持续下去。随着晶体管尺寸越来越小,晶体管数量越来越多,晶体管之间的间距也越来越小。最终会引起量子隧穿效应,电子会在两根金属线之间隧穿,导致短路[4-5]。因此,存在
一个极限,超过这个极限,摩尔定律将失效。一种实现突破传统摩尔定律的封装摩尔定律被提出,封装摩尔定律是基于三维集成封装技术提出的[6]。
TSV 技术是指在硅片上进行微通孔加工,在硅片内
部填充导电材料,通过TSV 技术实现芯片与芯片之间的垂直互连,是三维封装技术的关键技术
[7-8]
。与传统的金
丝键合相比,TSV 的优点是节省了外部导体所占的三维空间。TSV 技术可以使微电子芯片封装实现最紧密的连接和最小的三维结构。此外,由于芯片之间的互连线长度的缩短,大大降低了互连延迟,从而提高了运行速度。
并且由于互连电阻的降低,电路的功耗也大大降低[9]。TSV 不仅广泛地应用于信息技术,而且在飞机、汽车和生物医学等新领域都得到了广泛的应用,因为三维大规模集成电路具有很多优势,如高性能、低功耗、多功能、小体积[10]。TSV 是一种颠覆性技术,被认为是实现“超越摩尔定律”的有效途径,在未来主流器件的设计和生产中会得到广泛应用。
1TSV 可靠性概述
随着三维集成封装技术的发展,TSV 技术已成为三维堆叠封装中最关键的技术之一。作为芯片与芯片之间重要的物理连接和电气连接,TSV 的可靠性无疑是决定
3D IC-TSV技术与可靠性研究
１ ． ３． ３ Ｔ Ｓ Ｖ 填 充 Ｔ Ｓ Ｖ填 充 的反 应物 是 铜离 子 和其 他几 种 有机 分 子 。
Ｔ Ｓ Ｖ 填 充需 要 一种 无 空 隙 、 自底 向 上 生 长 ， 才 能 保 证 在
孔 的 开 口 被 封 死 之 前 将 其 填 满 ， 以 确 保 电 连 接 的 可 靠 性。 Ｃ ｕ电 阻 率 较 小 ， 成为 Ｔ Ｓ Ｖ通 孔 填充 材 料首 选＿ ｌ ２ ］ 。通 孔 铜填 充 技 术 有磁 控 溅 射 、 Ｃ Ｖ Ｄ、 Ａ Ｌ Ｄ （ 原 子 层 淀 积 ）、 电镀 等 ， 由于 电镀 成 本更 低 且 淀积 速 度更 快 ， 铜 电 镀 工 艺成 为 Ｔ Ｓ Ｖ 通 孔 填 充 首 选 。 均 匀 铜 电镀 技 术 已 经 被 广
度， 但 是 系统 功率 密 度 急剧 增大 ， 多 层 芯 片 堆 叠 对 互 连
线 的热 稳定 性要 求 越来 越 高 ， ３ Ｄ Ｉ Ｃ 面 临 严 重 的 散 热 问 题 ， 已经 成 为 限 制 三 维 集 成 技 术 发 展 的 瓶 颈 ＿ ｌ ４ ］ 。 三 维 电 路芯 片单位 表 面积产 生 的功率 远大 于二 维 电路 ， 如 果 没 有 合 适 的 冷 却 设 备 ，三 维 叠 层 芯 片 可 能 会 过 热 而 烧 坏 。 并且 三维叠 层封 装 的空间太 小 ， 很 难 提 供 冷 却 通 道 。 薄 芯片会 导致 芯片 上有很 大 的温度 差 ， 中 间 地 带 会 出 现 极 高温 度 的热点 。 因此 ， 对于 三维集 成 电路来说 ， 迫 切 需 要
详解TSV(硅通孔技术)封装技术
详解TSV（硅通孔技术）封装技术
硅通孔技术（Through Silicon Via，TSV）技术是一项高密度封装技术，正在逐渐取代目前工艺比较成熟的引线键合技术，被认为是第四代封装技术。TSV 技术通过铜、钨、多晶硅等导电物质的填充，实现硅通孔的垂直电气互连。硅通孔技术可以通过垂直互连减小互联长度，减小信号延迟，降低电容/ 电感，实现芯片间的低功耗，高速通讯，增加宽带和实现器件集成的小型化。基于TSV 技术的3D 封装主要有以下几个方面优势：
1）更好的电气互连性能，
2）更宽的带宽，
3）更高的互连密度，
4）更低的功耗，
5）更小的尺寸，
6）更轻的质量。
TSV 工艺主要包括深硅刻蚀形成微孔，绝缘层/阻挡层/种子层的沉积，
深孔填充，化学机械抛光，减薄、pad 的制备及再分布线制备等工艺技术。主要工艺包括几个部分：
（1）通孔的形成；
（2）绝缘层、阻挡层和种子层的淀积；
（3）铜的填充（电镀）、去除和再分布引线（RDL）电镀；
（4）晶圆减薄；
（5）晶圆／芯片对准、键合与切片。
TSV 深孔的填充技术是3D 集成的关键技术，也是难度较大的一个环节，
TSV 填充效果直接关系到集成技术的可靠性和良率等问题，而高的可靠性和良率对于3D TSV 堆叠集成实用化是至关重要的。另外一个方面为在基片减薄过程中保持良好的完整性，避免裂纹扩展是TSV 工艺过程中的另一个难点。目前主要的技术难点分为几个方面：
（1）通孔的刻蚀激光刻蚀、深反应离子刻蚀；
（2）通孔的填充材料（多晶硅、铜、钨和高分子导体等）和技术（电镀、化学气相沉积、高分子涂布等）；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
国家标准《集成电路硅通孔（TSV）三维封装可靠性试验方法》(征求意见稿)编制说明
1工作简况
1.1任务来源
本项目是2018年国家标准委下达的军民通用化工程标准项目中的一项，本国家标准的制定任务已列入2018年国家标准制修订项目，项目名称为《集成电路硅通孔（TSV）三维封装可靠性试验方法》，项目编号为：20182284-T-339。本标准由中国电子技术标准化研究院负责组织制定，标准归口单位为全国半导体器件标准化技术委员会集成电路分技术委员会（TC78/SC2）。
1.2起草单位简介
中国电子技术标准化研究院是工业和信息化部直属事业单位，专业从事工业和电子信息技术领域标准化科研工作。中国电子技术标准化研究院紧紧围绕部中心工作，立足标准化工作核心，研究工业和电子信息技术领域标准化发展战略，提出相关规划和政策建议；组织建立和完善电子信息、软件服务等领域技术标准体系，开展共性、基础性标准的研究制定和应用推广；承担电子产品的试验检测、质量控制和技术评价、质量监督检查和质量争议鉴定等工作；负责电子工业最高计量标准的建立、维护和量值传递工作；开展管理体系认证、产品认证、评估服务等相关活动；建立和维护标准信息资源，开展标准信息服务、技术咨询评估和培训活动。
1.3主要工作过程
接到编制任务，项目牵头单位中国电子技术标准化研究院成立了标准编制组，中科院微电子研究所、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所等相关单位参与标准编制工作。编制组落实了各单位职责，并制定编制计划。
编制组查找了国际、国内三维集成电路封装相关标准，认真研究了现行集成电路标准体系和相关标准技术内容，在此基础上形成了标准草案。
2标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题
2.1本标准制定原则
本标准遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则进行编制，依据GB/T 1.1-2009规则起草，确立了本标准的范围、规范性引用文件、术语和定义。
2.2标准的主要内容与依据
2.2.1本标准的定位
本标准是三维（3D）集成电路（IC）封装系列标准中的一项，规定了采用硅通孔（TSV）
技术的三维集成电路封装推荐使用的可靠性试验，适用于“先通孔”（先完成TSV的制作，再做有源芯片及其互连)、“中通孔”(先做有源器件，然后制作TSV,之后再进行片内互连工艺)以及“后通孔”(先完成有源芯片和有源芯片片内互连层，最后制作TSV)等采用不同工艺流程制造的TSV结构的可靠性试验。
2.2.2关于引用文件
GB/T 4937.20-2018 半导体器件机械和气候试验方法第20部分：塑封表面安装器件耐潮湿和焊接热综合影响；
GB/T 4937.30-2018 半导体器件机械和气候试验方法第30部分：非气密表面安装器件在可靠性试验前的预处理；
GB/T 12750-2006 半导体器件集成电路第11部分：半导体集成电路分规范（不包括混合电路）；
GB/T XXXX-20XX 集成电路三维封装术语和定义（报批稿）。
GB/T 4937.20-2018和GB/T 4937.30-2018是半导体器件的潮湿敏感度试验方法和可靠性试验前的预处理程序，用于半导体器件的抗潮湿能力检测。
GB/T 12750-2006是半导体集成电路分规范规定了半导体集成电路设计、生产、检测应遵循的要求。
GB/T XXXX-20XX 是三维集成电路的术语定义，本标准的部分术语引用该标准。
2.2.3术语和定义
在GB/T XXXX-20XX 集成电路三维封装术语和定义（报批稿）基础上，增加了本标准需要使用的术语定义：前道工序、后道工序、先通孔、中通孔、后通孔等。
部分术语采用《集成电路产业全书》的内容。
2.2.4 TSV堆叠芯片制造
在3D IC中，TSV作为一种新型的互连结构，其工艺复杂，容易在生产产生多种故障，在生产阶段对TSV进行测试与故障诊断，既可保证TSV的有效性与可靠性，又可提高产品良率，降低制造成本。
TSV通常情况下是一种柱状金属结构，它实现了各层芯片在垂直方向上的电气互连互通。在芯片键合前，TSV的制造过程包括刻蚀通孔、氧化物淀积、铜种子淀积、镀铜以及化学工艺打磨等步骤。每个步骤都有可能引起TSV缺陷，例如，由于TSV的高深宽比，容易出现绝缘层或导电层电镀不完全而引起的绝缘壁破损或空洞缺陷。在芯片键合阶段，由于TSV 二氧化硅绝缘层与硅衬底的热膨胀系数不同，极易造成由热应力引起的TSV断裂缺陷。同时，
由于TSV一般只有几十微米（μm），也常常因对接时不能准确对齐而造成失效。
TSV制造步骤如下图1：
图1 TSV制造步骤
TSV又根据制造步骤的不同，分为“先通孔”（先完成TSV的制作，再做有源芯片及其互连)、“中通孔”(先做有源器件，然后制作TSV,之后再进行片内互连工艺)以及“后通孔”(先完成有源芯片和有源芯片片内互连层，最后制作TSV)，示意图如图2所示。
图2 TSV分类示意图
TSV制造后，还需三维键合和装配工艺，包括：芯片与芯片粘接、多芯片粘接、芯片焊接、填充和固化、热增强涂敷、二次成型或密封性涂敷、模块测试、老炼、模块卡连接、倒装芯片塑封焊球阵列（FCPBGA）和类似封装类型的工艺返工。
本标准第4章对TSV制造工艺进行了说明，并对TSV制造工艺可能带来的可靠性问题进行了描述。
这些可靠性问题包括：CPI、热应力、翘曲、不均匀性、漏电、空洞。
这些问题有TSV本身的，也有TSV与芯片连接后产生的。
TSV本身的主要缺陷：空洞、缝隙、填充缺失，造成开路、漏电，如下图2所示：
图2 TSV主要缺陷
2.2.5 TSV失效物理设计
因为TSV是在工艺过程中的加工工艺，制成成品后很难检测，必须通过工艺过程检测或设计试验结构来进行可靠性试验，本标准第5章对此进行了规定。
2.2.6 TSV可靠性试验
本标准表1按照TSV的结构类型，给出相应的失效模式；针对失效模式，应开展哪些可靠性试验，最后进行完可靠性试验后对样品的检查采用的检查方法也一并给出。
本标准只给出常见结构的试验方法，特殊设计的结构不在本标准范围内。
2.2.7 试验程序
第7章对试验程序进行了说明。
2.2.8 失效分析
试验后若出现失效，应进行失效分析，对失效分析的注意事项、采用的分析方法进行了规定。
2.2.9 试验报告
给出了试验报告应包含的信息。
2.2.10 附录A
给出TSV制造工艺的基本工艺步骤。
2.2.11 附录B
试验报告可以参考本标准附录B。
3主要试验（或验证）情况分析
无。
4知识产权说明
无。
5采用国际标准和国外先进标准情况