详解TSV(硅通孔技术)封装技术
硅通孔技术TSV研究ppt课件
TSV技术面临的难题：
➢在价格与成本之间的极大障碍
➢新技术的不确定性所隐含的风险
➢实际的量产需求
1
概述
发展 状况
TSV 的 应用
GaAs 基TSV 20/03/2020
TSV的研究动态
TSV参数 最小TSV直
径 最小TSV间
3
TSV封装剖面图
概述
发展 状况
TSV 的 应用
TSV的研究动态
TSV的关键技术之一——通孔刻蚀
➢ 前通孔(via first)：
在 IC 制 造 过 程 中 制 作 通 孔，分为前道互连和后 道互连
➢ 后通孔(via last) :
制造完成之后制作通孔
GaAs
基TSV 20/03/2020
4
概述
台积电有在28nm以下工艺量产三维LSI的意向。
TSV的 应用
GaAs 基TSV 20/03/2020
以多种尺寸和配置而形成的TSV 和再布线层
12
连接300mm晶圆和半导体芯片的微凸点
TSV的研究动态
概述
2010年12月三星公司采用TSV技术，成功开发出基于该 公司先进的绿色DDR3芯片的8GB RDIMM内存。
感测器
OsmiumTM from Aptina 9
TSV的研究动态
概述
发展 状况
应用TSV的影像感测器实例
2009年3月， 意法半导体推出市场上首款集成扩展景深 （EDoF）功能的1/4英寸光学格式3百万像素Raw Bayer传感器。 意法半导体最新的影像传感器可实现最小6.5 x 6.5mm的相机 模块，而且图像锐利度和使用体验非常出色，同时还兼有尺 寸和成本优势，是一款智能型自动对焦相机解决方案。
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，可以了解TSV技术在不同环境和工作条件下的性能表现，为后续改进和优化提供依据。
七、失效分析失效分析是TSV技术中重要的一环，通过对失效样品的检测和分析，可以了解失效的原因和机制，从而提出相应的改进措施。
失效分析方法包括扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）等。
通过失效分析，可以提高TSV技术的可靠性和稳定性，为实际应用提供更加可靠的解决方案。
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可以提供更短的信号传输路径，电路的响应速度更快，功耗更低。
最后，TSV 工艺技术为芯片的延伸和升级提供了可能。
当芯片发展到一定阶段，无法再单独升级时，可以通过TSV连接新的芯片层来实现升级，延长设备的使用寿命。
总之，TSV工艺技术是一种用于三维集成电路中的高级封装技术。
TSV基础知识介绍
比如，用于三维IC的TSV刻蚀设备必须将刻蚀腔清洗 步骤设计成常规清洗流程，是设备能够在生产和清 洗模式之间迅速转换，使得腔室始终保持纯净状态， 同时满足高量产对速度、工艺可预见性和工艺重复 的要求；这类刻蚀系统还必须具有单台设备刻蚀所 有材料的工艺处理能力，尽可能减小设备和设施的 成本，消除工艺转移和排队造成的延迟，为客户在 产能和设备拥有成本方面提供竞争力。另外，由于 目前高端IC产品都使用300毫米晶圆，保证晶圆表面 工艺处理的均匀性，TSV的刻蚀需要使用平面状等 离子源（Planar Plasma）。
TSV Technology
Frank
TSV Technology
TSV為直通矽晶穿孔(Through-Silicon Via)封裝 技術；因為製程微縮和低介電值材料的限 制，3D堆疊式封裝技術已被視為能否以較 小尺寸來製造高效能晶片的關鍵，而TSV技 術是透過以垂直導通來整合晶圓堆疊的方 式，以達到晶片間的電氣互連。此一技術 能夠以更低的成本有效提高系統的整合度 與效能。
对于刻蚀工艺模式的选择，业界目前仍在比较SSP （Steady State Processes）和RAP（Rapid Alternating Processes）技术。据了解，RAP刻蚀的选择性 （selectivity）很高，可以刻蚀纵宽比很大通孔，速 度也快，但是表面粗糙度是个挑战；SSP工艺和常规 的刻蚀接近，速度高而且制作的侧壁光滑，不过 Selectivity和Undercut的控制是难点。Steve认为，对 用户来说真正满意的方案是，机台能够根据应用的 要求进行工艺的选择和整合，实现两种模式的切换， 整体控制刻蚀速度、selectivity、侧壁光滑性和纵宽 比。当然，这需要大量的工艺知识积累，以及对所 vid Butler 10月在SEMICON Europa 期间的演讲中，比较了以上两种最基本的集成 方案（表1）。可以看出，Via-first工艺的设计 需要在IC设计阶段进行，对关键尺寸（CD）控 制的要求比Via-last制程更为严格。Lam Research公司3D IC刻蚀产品线资深产品经理 Steve Lassig则认为，对于TSV工艺开发，目前 最需要的是业界尽早就最佳工艺集成方案达成 共识。正是因为业界未能达到共识，目前硅通 孔技术可以说还处于开发的早期阶段。
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。
2. 全球定位系统（GPS）：GPS设备需要高度集成的封装方案，以满足复杂的导航和定位功能。
TSV封装可以提供更小尺寸、更高性能的GPS模块，使得GPS设备在车载导航、智能手机等应用中得到广泛应用。
半导体tsv工艺
半导体tsv工艺
半导体TSV工艺是一种新型的三维封装技术，它是通过在晶圆上开孔，将芯片内部的电路通过垂直连接器连接到晶圆的另一侧，从而实现芯片内部电路的三维堆叠。
TSV是Through Silicon Via的缩写，意为通过硅通孔。
半导体TSV工艺是一种先进的封装技术，它可以将多个芯片进行堆叠，从而实现更高的性能和更小的封装尺寸。
相比传统的封装技术，半导体TSV工艺具有以下优点：
1.更高的性能：半导体TSV工艺可以将多个芯片堆叠在一起，从而实现更高的性能。
由于芯片之间的距离更近，信号传输速度更快，同时也减少了信号传输的损失。
2.更小的封装尺寸：半导体TSV工艺可以将多个芯片堆叠在一起，从而实现更小的封装尺寸。
这对于移动设备等小型电子产品来说非常有利，可以实现更小巧的设计。
3.更低的功耗：半导体TSV工艺可以实现更短的信号传输路径，从而减少功耗。
这对于需要长时间使用的电子产品来说非常有利。
半导体TSV工艺的制造过程包括以下步骤：
1.晶圆准备：首先需要准备好晶圆，并在晶圆上进行刻蚀和清洗等处理，以便后续的工艺步骤。
2.TSV开孔：在晶圆上开孔，通过硅通孔将芯片内部的电路连接到晶圆的另一侧。
3.金属填充：将金属填充到开孔中，以便后续的连接。
4.封装：将多个芯片堆叠在一起，并进行封装，以保护芯片并提高性能。
半导体TSV工艺是一种非常先进的封装技术，它可以实现更高的性能和更小的封装尺寸。
随着电子产品的不断发展，半导体TSV工艺将会越来越广泛地应用于各种领域。
TSV技术
TSV技术发布时间:2011-8-25 10:31:47 访问次数:42521．TSV及其技术优势A1280XL-PC84CTSV(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TSV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5.5.8所示是4层芯片采用带载封装方法(tape carrier package，TCP)(见图5.5.8(a))和采用TSV 方法(见图5.5.8(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。
TSV技术的优势：①缩小封装尺寸；②高频特性出色，减小传输延时、降低噪声；③降低芯片功耗，据称，TSV可将硅锗芯片的功耗降低大约40%；④热膨胀可靠性高。
2．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5.5.9是6个芯片堆叠采用TSV封装的存储器示意图。
2)晶片减薄如果不用于3D封装，目前0.3～0.4mm的晶片厚度没有问题，但如果晶片用于3D封装则需要减薄，以保证形成通孔的孔径与厚度比例在合理范围，并且最终封装的厚度可以接受。
即使不考虑层堆叠的要求，单是芯片间的通乳互连技术就要求上层芯片的厚度在20～30μm，这是现有等离子开孔及金属沉积技术比较适用的厚度。
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。
集成电路封装材料-硅通孔相关材料
6.1.3 发展现状及趋势
比如，WLCSP图像传感器封装，要求沉积温度低于200 oC。低温下高 台阶覆盖率绝缘层主要通过TEOS源氧化硅CVD或聚合物材料CVD获得。 使用TEOS源，可以在深宽比达到10:1的孔内，在200 oC以内的温度下， 获得超过15%的台阶覆盖率。 国内TSV-CIS封装，采用聚合物材料作为绝缘层。在高深宽比的TSVCIS封装集成技术中，聚合物绝缘层工艺受到限制，要采用TEOSPECVD方法沉积氧化硅来制造绝缘层，该技术方案处于研发阶段，没 有得到大规模量产。
图6-1 不同元器件在三维方向上基于TSV的堆叠集成
TSV技术涉及的材料：除打孔的硅基体材料和填孔材料等关键主材料外， 在工艺过程中还包含绝缘层、黏附层和种子层材料等相关材料。
图6-2 TSV各层结构示意图
目录
6.1 绝缘层 6.2 黏附层和种子层
6.1 绝缘层
6.1.1 绝缘层在先进封装中的应用 6.1.2 绝缘层材料类别和材料特性 6.1.3 发展现状及趋势 6.1.4 新技术与材料发展ຫໍສະໝຸດ 6.1.4 新技术与材料发展
新型沉积技术 1）高分子聚合气相沉积技术PVPD 将CVD应用于聚合反应是一种新的聚合方法，称为气相沉积聚合。与传统高分子薄膜制 造方法（如湿法工艺）相比优点： （1）不含溶剂、添加剂、引发剂等，纯度高，对衬底不产生损伤。 （2）可以控制薄膜厚度，通过选择适当的沉积速率和时间，可得到所需厚度。 （3）薄膜质量好，膜厚均匀，表面光滑无针孔，且可以沉积在不同形状的表面上，保 形性好。 （4）聚合与成膜工艺合二为一，简化了制造流程。
6.1.3 发展现状及趋势
旋涂工艺相比CVD和喷涂工艺，具有设备成本低等显著优势，但加工超过 5:1深宽比的TSV时具有较大挑战。开发具有旋涂工艺的聚合物材料成为 关键研究方向。 聚合物材料具备低触变性、防流动性和保形涂覆等特点。可围绕材料主体 树脂、功能性纳米填料及关键助剂等展开研究。 中科院深圳先进技术研究所相继推出2:1和3:1适用于旋涂工艺的聚合物材 料，研究5:1。
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TSV 可靠性综述王硕1,马奎1,2,杨发顺1,2(1.贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心,贵州贵阳550025)摘要:对硅通孔(Through Silicon Via ,TSV)技术的可靠性进行了综述,主要分为三个方面:热应力,工艺和压阻效应。
TSV技术的发展
ＴＳＶ技术的发展、挑战和展望，3D IC 技术的一体化、3D硅技术的一体化摘要：3D集成技术包括3D IC集成，3D IC封装和3D 硅集成技术。
这三者是不同的技术，并且硅通孔技术将3D IC封装技术与3D IC集成技术、3D IC硅集成技术区分开来，因为后二者使用了该技术而3D IC封装没有。
硅通孔技术（TSV）是3D IC集成技术、3D 硅集成技术的核心。
也是研究的热点。
3D集成技术起源于当代，当然，3D IC/硅集成技术的革新、挑战与展望已是讨论的热点，还有它的蓝图。
最后，通用的、更低能耗的、加强热控制的3D IC集成封装系统相继被提出。
关键词：硅通孔技术，3D IC集成技术，3D 硅集成技术，活泼的、消极的互边导电物，C2W和W2W。
说明：电子产业自从1996年以来已成为世界上最大的产业。
截止2011年底已经创造了一万五千亿美元的价值。
其中电子工业最大的发明便是电子管（1947年），这也使得John Bardeen,Walter Brattain 和William赢得了1956年的诺贝尔物理学奖。
1958年Jack Kilby发明了集成电路（也使他获得了诺贝尔奖），六个月后Robert Noyce(他因在1990年去世而未能与Jack kilby分享诺贝尔奖)首创IC集成技术。
由戈登·摩尔在1965年提出的每二年便要在电路板上将晶体管的数量翻一倍的理论（也叫摩尔定律，为了更低的能耗），在过去的46年中已成为发展微电子产业最有力的指导。
这条定律强调可以通过单片集成系统（SOC）将平面技术和所有功能的集成（在2D层面）放到单片芯片中。
另一方面，这里所有功能的集成能通过3D集成技术例如3D IC封装,3D IC 集成［1］，［2］，［4］-［143］，［168］-［201］和3D 硅集成［1］，［2］，［144］－［167］，［168］－［201］得到实现，这些都会在1、2小节中提及。
TSV[过硅通孔]新型互连材料以及方法探究
![TSV[过硅通孔]新型互连材料以及方法探究](https://img.taocdn.com/s3/m/1ca8fb01844769eae009ed8c.png)
5kV ×3300 5 μ m
1952 SEI
热氧化工艺后通孔局部SEM照片
TSV通孔绝缘层的制备
在某些工艺中也有沉积绝缘层之前已 经完成一些金属化或者与高温工艺不 兼容的工艺，这种情况下也可以选择 工艺温度为200～400℃的PECVD工 艺制作TSV的绝缘层。
TSV通孔的金属填充
PVD法填充金属 使用PVD的方法向 TSV通孔中填充金 属。由于TSV通孔 过大的高宽比，使 得填充效果不理想。
激光刻蚀
TSV通孔形成
DRIE刻蚀后通孔SEM照片
TSV通孔绝缘层的制备
目前TSV通孔互连材料的 研究热点多为金属材料。 金属与硅基底之间需要沉 积一层绝缘层以确保电互 连的稳定。如果该工艺之 前没有金属层，热氧化工 艺可以在侧壁形成一层致 密的SiO2，其工艺温度为 700～1150℃，具有良好 的侧壁覆盖性能。
Three Dimensional Integrated Circuit
所谓的3D-IC是指由多个晶 片纵向堆叠组成的集成电路， 每个晶片之间的器件由过硅 通孔互连。
Through-Silicon-Via TSV
TSV简介
3D电路
TSV通孔 3D-IC 互连
降低器 件的RC 延迟
增加芯片单位面 积上的器件密度
CNT空间占有率过低 CNT与上下电极金属接触电阻过大
新型材料填充
针对于： CNT空间占有率过。
CNT与上下电极金 属接触电阻过大。
提出的解决方案
新型材料填充
将会遇到的问题：
如何解决TSV过大的深 宽比所带了的： 催化剂制备问题 CNT生长问题 CNT聚合后金属填 充的问题。
Thanks for your attention
SV工艺技术
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。
硅通孔技术(TSV)示意图
TSV技术简介
TSV技术被看做是一个必然的互连解决方案，是目前倒装芯片和引线键合型 叠层芯片解决方案的很好补充。许多封装专家认为TSV是互连技术的下一阶段。 实际上，TSV可以很好取代引线键合。 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 芯片速度和低功耗的性能。因此，业内人士将TSV称为继引线键合 (WireBonding)、TAB（载带自动焊）和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技 术。
• 封装内的裸片堆叠（图a） • 封装内的封装堆叠或称封装堆叠 （图b）
图a
图b
TSV技术简介
3D封装按照封装堆叠及IC裸芯片焊接(键合)技术近二十年来经历着三个重要 阶段,如下图所示。
有人将TSV技术称之为第四代封装技术。是基于微电子装联键合技术从软铅 焊、丝焊和芯片凸点倒装焊到通孔互连技术的不断进步发展而言。
3、后续工艺
电镀完成后就可以进行凸点制作、表面微加工、重新分布层、平坦化和集成等工艺。
芯片减薄
制作超薄芯片的过程原理示意图
TSV键合技术
TSV键合技术
TSV键合采用工艺有金属—金属键合技术和高分子粘结键合等。 金属—金属键合技术是一种趋势,因为这种技术可以同时实现机械和电学的 接触界面。如铜-铜键合在350℃～400℃温度下施加压力超过30min,接着 在350℃～400℃下的氮气气氛退火30min～60min完成。这种技术使用金 属对TSV进行封帽,之后采用氧化物和金属同步CMP进行平坦化,经过专利保 护的表面处理技术,可使用标准的键合/对准机在大气环境下1min～2min实 现芯片或者晶圆的键合。在350℃温度下施加压力,在低CoO键合操作下可 以获得单一的金属界面。
硅通孔(TSV)电学传输特性分析与优化
硅通孔（TSV）电学传输特性分析与优化硅通孔（TSV）电学传输特性分析与优化摘要：硅通孔（TSV）是一种用于芯片内部互联的三维封装技术。
本文通过对TSV电学传输特性的分析与优化，探讨了TSV的制备工艺对其性能的影响，并提出了一些优化措施。
1. 引言随着芯片尺寸的不断减小和集成度的不断提高，二维封装方式逐渐不能满足芯片内部大规模互联的需求。
硅通孔（TSV）作为一种三维封装技术，能够实现芯片内部的垂直互联，为芯片的高集成度提供可能。
TSV的电学传输特性的分析与优化对于实现高性能的三维封装至关重要。
2. TSV的制备工艺TSV的制备通常包括刻蚀、填充和研磨等步骤。
刻蚀是将硅衬底上的孔洞形成的过程，可以采用干法或湿法刻蚀。
填充是将导电材料填充到TSV中，常用的填充材料有铜、银等。
研磨是将填充材料的余量删减至需要的高度，以便与芯片的上下层相连接。
制备工艺的参数设置和优化对于TSV的电学传输特性具有重要影响。
3. TSV的电学传输特性分析TSV的电学传输特性可以通过测试TSV的电阻和电容来进行分析。
电阻是TSV的主要电学性能指标之一，影响着信号传输的速度和功耗。
电阻的大小与TSV的尺寸、填充材料和制备工艺等因素有关。
电容是TSV的另一个重要性能指标，反映了TSV 的电荷传输能力。
电容的大小与TSV的尺寸、绝缘层的厚度等因素相关。
4. TSV的电学传输特性优化为了优化TSV的电学传输特性，可以采取以下措施：4.1 优化制备工艺参数制备工艺参数的优化对于TSV的电学性能具有重要影响。
如刻蚀参数的优化可以改善TSV的表面平整度，减小接触电阻。
填充材料的选择和填充参数的优化可以改善TSV的导电性能。
研磨参数的优化可以减小TSV的表面粗糙度，降低剩余电阻。
4.2 优化填充材料填充材料的选择对TSV的电阻有着重要影响。
铜是一种常用的填充材料，具有较低的电阻和较高的导电性能。
然而，铜容易产生应力，导致TSV的可靠性下降。
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）；（3）工艺流程先通孔或后通孔技术；（4）堆叠形式晶圆到晶圆、芯片到晶圆或芯片到芯片；（5）键合方式直接Cu-Cu 键合、粘接、直接熔合、焊接和混合等；（6）超薄晶圆的处理是否使用载体。
目前，3D-TSV 系统封装技术主要应用于表1 TSV 三维封装应用领域经过数年研发，目前形成具有高良率、不同深宽比结构、高密度微孔、高导通率的3D 封装硅基转接板，可以广泛应用于射频、存储等芯片的三维封装领域。
3D封装与硅通孔TSV工艺技术
TSV技术简介
TSV技术
TSV (through silicon via)穿透硅通孔技术，简称硅通孔技术。TSV是利 用垂直硅通孔完成芯片间互连的方法, 由于连接距离更短、强度更高, 它能 实现更小更薄而性能更好、密度更高、尺寸和重量明显减小的封装, 同时还 能用于异种芯片之间的互连。
图1所示是4层芯片采用载带封装方法 (图 1(a))和采用TSV方法(图1(b)) 封装的外形比较。
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
1.填埋型3D封装
——在各类基板内或多层布线介质层中“埋置”R、C或IC等元器件，最上 层再贴装SMC/SMD来实现立体封装。
TSV技术简介
2.有源基板型3D封装
——Si圆片规模集成(WLS)后的有源基板上再实行多层布线,最上层再贴装 SMC/SMD。
TSV技术简介
3.叠层型3D封装
芯片减薄
减薄技术面临的首要挑战就是超薄化工艺所要求的<50μm的减薄能力。传
统上，减薄工艺仅仅需要将硅片从晶圆加工完成时的原始厚度减薄到300～ 400μm。在这个厚度上，硅片仍然具有相当的厚度来容忍减薄工程中的磨削 对硅片的损伤及内在应力，同时其刚性也足以使硅片保持原有的平整状态。 另外，随着微电子工业的迅猛发展，圆片直径越来越大，当150mm、 200mm甚至300mm圆片被减薄到150μm以下时，圆片翘曲和边缘损伤问 题变得尤为严重。
硅通孔(TSV)工艺学习报告
1. 引言............................................................................................................................ 2 2. 分类............................................................................................................................ 2 3. 优点............................................................................................................................ 2 4. 硅通孔的发展历程.................................................................................................... 3 5. 工艺流程.................................................................................................................... 3
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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，。