TSV封裝技術--正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術

2021-01-21 今日半導體




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TSV封裝技術--正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術



TSV封裝技術

        矽通孔技術（Through Silicon Via, TSV）技術是一項高密度封裝技術，正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術，被認為是第四代封裝技術。TSV技術通過銅、鎢、多晶矽等導電物質的填充，實現矽通孔的垂直電氣互連。矽通孔技術可以通過垂直互連減小互聯長度，減小信號延遲，降低電容/電感，實現晶片間的低功耗，高速通訊，增加寬帶和實現器件集成的小型化。基於TSV技術的3D封裝主要有以下幾個方面優勢：
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）更輕的質量。


 

TSV工藝主要包括深矽刻蝕形成微孔，絕緣層/阻擋層/種子層的沉積，深孔填充，化學機械拋光，減薄、pad的製備及再分布線製備等工藝技術。主要工藝包括幾個部分：
(1)通孔的形成；      (2)絕緣層、阻擋層和種子層的澱積；     (3)銅的填充(電鍍)、去除和再分布引線(RDL)電鍍；    (4)晶圓減薄；      (5)晶圓／晶片對準、鍵合與切片。

TSV深孔的填充技術是3D集成的關鍵技術，也是難度較大的一個環節，TSV填充效果直接關係到集成技術的可靠性和良率等問題，而高的可靠性和良率對於3D TSV 堆疊集成實用化是至關重要的。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。目前主要的技術難點分為幾個方面：
(1)通孔的刻蝕——雷射刻蝕、深反應離子刻蝕
(2)通孔的填充——材料(多晶矽、銅、鎢和高分子導體等)和技術(電鍍、化學氣相沉積、高分子塗布等)；
(3)工藝流程——先通孔或後通孔技術；
(4)堆疊形式——晶圓到晶圓、晶片到晶圓或晶片到晶片；
(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系統封裝技術主要應用於圖像傳感器、轉接板、存儲器、邏輯處理器+存儲器、行動電話RF模組、MEMS晶圓級三維封裝等。

上海環芯電子科技有限公司經過數年研發，目前形成具有高良率、不同深寬比結構、高密度微孔、高導通率的3D封裝矽基轉接板，可以廣泛應用於射頻、存儲等晶片的三維封裝領域。
針對目前TSV工藝中的技術難點，上海環芯電子科技有限公司採用複合刻蝕技術實現高深寬比結構的微孔製備，採用獨特的薄膜沉積技術構建均勻緻密的絕緣層，通過精密電沉積技術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。並通過綜合性減薄技術，有效實現超薄TSV轉接板的加工，解決在TSV三維封裝中減薄工藝容易裂片的問題，實現TSV三維封裝的產業化邁開堅實的步伐。
上海環芯TSV主要技術參數
深寬比：1:1-20:1   孔徑大小：50 -200μm   矽基底厚度：200 -300μm    填充狀態：實孔、側孔    填充材料：銅、鎢    通孔良率：>95%


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