先进封装TSV硅通孔技术介绍

大家好，欢迎回来。之前我们谈到了2.5D封装和TSV。今天我们来谈谈TSV。

什么是TSV？TSV是硅通孔的简写，利用通孔进行垂直的电连接，贯穿WAFER或芯片。一般来讲这种技术被一些类似台积电，联电和格芯等全球代工厂代工厂制造的。TSV可以替代引线键合和倒装焊技术。

TSV用于2.5 d和3 d封装，用于电连接。根据TSV被制作的时间顺序有3种类型的TSV，分别指在晶圆制作工艺中的前，中或后段。第一个在晶圆制作工艺前段，意味着TSV在FEOL段前加工而成。因此工艺流程为：TSV刻蚀->TSV填充->FEOL->BEOL->Thinning+后道晶圆切割处理。第二种是在晶圆加工的中段生成TSV，工艺流程为：FEOL-> TSV刻蚀->TSV填充->BEOL->Thinning+后道晶圆切割处理。第二种在晶圆加工的中段生成TSV是当前最普遍采用的方法。最后一种方法简而言之就是在晶圆加工中的后段生成TSV。工艺流程为：FEOL ->BEOL->Thinning-> TSV刻蚀->TSV填充+后道晶圆切割处理。 

现在根据这个图可以互相比较三者之间的区别。既然我么已经有了引线键合和倒装焊技术那么为什么我们还需要TSV？之前的那些技术不足以满足行业需求吗？

是的，TSV可以在没有引线键合情况下制作更薄的封装，因为引线键合在Z方向上是需要一定的空间的。倒装焊没有引线，但是不能将多个芯粒进行堆叠。而TSV可以做到即薄又可以堆叠多个芯粒。TSV还具有更短的电传导通路和更小的信号延迟。因此TSV的功耗比传统的引线键合及倒装焊要小，互连密度更高。这意味着它可以处理更多数据。

现在让我们讲讲如何制作TSV。核心关键步骤从通孔的形成开始，然后沉积绝缘层或阻挡层，接着生成铜晶种沉积，最后进行电镀。蚀刻工艺用于制作TSV被称作DEEP RIE也叫深度反应离子刻蚀，也被称为博世工艺，因为它是由德国公司罗伯特博世制造的。博世工艺的第一步是PR Patterning形成图案，这一步定义我们想要刻蚀的区域。第二步是各向同性蚀刻，在这个过程中，使用六氟化硫气体，它腐蚀硅衬底以制造TSV。第三步是钝化，在该工艺中，使用八氟环丁烷并制作钝化层以保护硅衬底免受蚀刻。第四步是钝化蚀刻，在此过程中等离子体仅刻蚀底部区域。第五步与第二步一样是各向同性蚀刻，但不同的是，此时有钝化层保护所以只蚀刻底部区域，最终制备出通孔。实际上，整个过程是不断重复步骤2,3和4。

制备好TSV后，它看起来像这样。首先有二氧化硅制备的绝缘层。然后由氮化硅、氮化钽或其它物质组成的是阻障层。接着是铜晶种层，最后由铜填充。这是最常见的结构。但有的TSV没有铜填充，只是保持孔洞。

现在我们有另一个问题。就是应用，TSV广泛用于图像传感器。这张照片是索尼3个晶粒形成的图像传感器。通过使用TSV技术，它可以以更快的速度生成更多的数据，从而制作高质量的视频。

下一个是存储。特别是HBM高带宽存储器。这是一个2.5d封装的存储器。在2.5d封装同时使用带有TSV技术的interposer。另一个是mems，最后一个是逻辑芯片，但它当前还不够流行，因为它很难制作。这就是对TSV技术的简要介绍。希望这可以帮助您了解基本的TSV技术。

原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：先进封装TSV硅通孔技术介绍