詳解TSV（硅通孔技術(shù)）封裝技術(shù)

　　硅通孔技術(shù)（Through Silicon Via， TSV）技術(shù)是一項高密度封裝技術(shù)，正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術(shù)，被認為是第四代封裝技術(shù)。TSV技術(shù)通過銅、鎢、多晶硅等導(dǎo)電物質(zhì)的填充，實現(xiàn)硅通孔的垂直電氣互連。硅通孔技術(shù)可以通過垂直互連減小互聯(lián)長度，減小信號延遲，降低電容/電感，實現(xiàn)芯片間的低功耗，高速通訊，增加寬帶和實現(xiàn)器件集成的小型化。基于TSV技術(shù)的3D封裝主要有以下幾個方面優(yōu)勢：

　　1）更好的電氣互連性能，

　　2）更寬的帶寬，

　　3）更高的互連密度，

　　4）更低的功耗，

　　5）更小的尺寸，

　　6）更輕的質(zhì)量。

　　圖1 未來TSV封裝器件示意圖

　　TSV工藝主要包括深硅刻蝕形成微孔，絕緣層/阻擋層/種子層的沉積，深孔填充，化學(xué)機械拋光，減薄、pad的制備及再分布線制備等工藝技術(shù)。主要工藝包括幾個部分：

　　（1）通孔的形成；

　?。?）絕緣層、阻擋層和種子層的淀積；

　　（3）銅的填充（電鍍）、去除和再分布引線（RDL）電鍍；

　?。?）晶圓減薄；

　　（5）晶圓／芯片對準、鍵合與切片。

　　TSV深孔的填充技術(shù)是3D集成的關(guān)鍵技術(shù)，也是難度較大的一個環(huán)節(jié)，TSV填充效果直接關(guān)系到集成技術(shù)的可靠性和良率等問題，而高的可靠性和良率對于3D TSV 堆疊集成實用化是至關(guān)重要的。另外一個方面為在基片減薄過程中保持良好的完整性，避免裂紋擴展是TSV工藝過程中的另一個難點。目前主要的技術(shù)難點分為幾個方面：

　?。?）通孔的刻蝕——激光刻蝕、深反應(yīng)離子刻蝕；

　　（2）通孔的填充——材料（多晶硅、銅、鎢和高分子導(dǎo)體等）和技術(shù)（電鍍、化學(xué)氣相沉積、高分子涂布等）；

　?。?）工藝流程——先通孔或后通孔技術(shù)；

　　（4）堆疊形式——晶圓到晶圓、芯片到晶圓或芯片到芯片；

　　（5）鍵合方式——直接Cu-Cu鍵合、粘接、直接熔合、焊接和混合等；

　　（6）超薄晶圓的處理——是否使用載體。

　　目前，3D-TSV系統(tǒng)封裝技術(shù)主要應(yīng)用于圖像傳感器、轉(zhuǎn)接板、存儲器、邏輯處理器+存儲器、移動電話RF模組、MEMS晶圓級三維封裝等。

　　表1 TSV三維封裝應(yīng)用領(lǐng)域

　　經(jīng)過數(shù)年研發(fā)，目前形成具有高良率、不同深寬比結(jié)構(gòu)、高密度微孔、高導(dǎo)通率的3D封裝硅基轉(zhuǎn)接板，可以廣泛應(yīng)用于射頻、存儲等芯片的三維封裝領(lǐng)域。

　　針對目前TSV工藝中的技術(shù)難點，采用復(fù)合刻蝕技術(shù)實現(xiàn)高深寬比結(jié)構(gòu)的微孔制備，采用獨特的薄膜沉積技術(shù)構(gòu)建均勻致密的絕緣層，通過精密電沉積技術(shù)進行金屬互連微通道填充，可以有效控制互連微通道的形貌，以有效解決高密度互連中的散熱問題。并通過綜合性減薄技術(shù)，有效實現(xiàn)超薄TSV轉(zhuǎn)接板的加工，解決在TSV三維封裝中減薄工藝容易裂片的問題，實現(xiàn)TSV三維封裝的產(chǎn)業(yè)化邁開堅實的步伐。

　　上海環(huán)芯TSV主要技術(shù)參數(shù)

　　深寬比：1:1-20:1

　　孔徑大?。?0 -200μm

　　硅基底厚度：200 -300μm

　　填充狀態(tài)：實孔、側(cè)孔

　　填充材料：銅、鎢

　　通孔良率：》95%

　　圖2 TSV封裝結(jié)構(gòu)圖