一文詳解硅通孔技術(TSV)

硅通孔技術（TSV，Through Silicon Via）是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，實現芯片之間互連的技術，是2.5D/3D 封裝的關鍵工藝之一。通過垂直互連減小互連長度、信號延遲，降低電容、電感，實現芯片間低功耗、高速通訊，增加帶寬和實現小型化。

依據TSV 通孔生成的階段 TSV 工藝可以分為：1）Via-First；2）Via-Middle；3）Via-Last。

TSV 工藝包括深硅刻蝕形成微孔，再進行絕緣層、阻擋層、種子層的沉積，深孔填充，退火，CMP 減薄，Pad 的制備疊加等工藝技術。

1）孔成型：孔成型的方式有激光打孔、干法刻蝕、濕法刻蝕等?；谏罟杩涛g（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）的 Bosch工藝是目前應用最廣泛工藝。反應離子刻蝕（Reactive Ion Etching，RIE）工藝是采用物理轟擊和化學反應雙重作用的刻蝕，Bosch 工藝通過刻蝕和保護交替進行來提高 TSV 的各向異性，保證 TSV 通孔垂直度。

2）沉積絕緣層：TSV 孔內絕緣層用于實現硅村底與孔內傳輸通道的絕緣，防止 TSV通孔之間漏電和串擾。TSV 孔壁絕緣介質材料選用無機介質材料，包括PECVD、SACVD、ALD 和熱氧化法。

3）沉積阻擋層/種子層：在2.5D TSV 中介層工藝中，一般使用銅作為 TSV 通孔內部金屬互聯材料。在電鍍銅填充 TSV 通孔前，需在 TSV 孔內制備電鍍阻擋/種子層，一般選用 Ti、Ta、TiN、TaN 等材料。TSV 電鍍種子層起著與電鍍電極電連接并實現 TSV 孔填充的作用。

4）電鍍填充工藝：TSV 深孔的填充技術是 3D 集成的關鍵技術，直接關系到后續器件的電學性能和可靠性?？梢蕴畛涞牟牧习ㄣ~、鎢、多晶硅等。

5）CMP（化學機械拋光）工藝和背面露頭工藝：CMP 技術用于去除硅表面的二氧化硅介質層、阻擋層和種子層。TSV 背面露頭技術也是 2.5DTSV 轉接基板的關鍵工藝，包括晶圓減薄、干/濕法刻蝕工藝。

6）晶圓減?。壕A表面平坦化后，還需要進行晶圓背面的減薄使 TSV 露出，傳統的晶圓減薄技術包括機械磨削、CMP 和濕法腐蝕等。目前業界主流的解決方案是將晶圓的磨削、拋光、保護膜去除和劃片膜粘貼等工序集合在一臺設備內。

審核編輯：湯梓紅