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硅通孔（TSV ）工艺 学习报告 高旺 ）|电子封装材料与工艺|2016 年 6 月 11 日 目录 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 5.1. 通孔的形成 4 5.1.1. 深反应离子刻蚀 4 5.1.2. 激光钻孔 5 5.2. 通孔侧壁绝缘层的淀积 6 5.3. 粘附层、扩散阻挡层、种子层的淀积 7 5.4. 电镀铜通孔填充技术 8 5.5. 铜化学机械研磨技术 8 5.6. 晶片减薄 9 5.7. TSV 键合 11 6. 必威体育精装版技术介绍 11 6.1. AquiVia （硅通孔阻挡层湿法沉积技术） 11 6.2. 铜芯焊球快速填充硅通孔 12 7. 技术难关 14 7.1. TSV 设计应力问题 14 7.2. 堆叠晶片散热问题 15 7.3. 结合 EDA 软件进行 3D IC 设计效率升级 15 7.4. 可靠度成量产关键 15 8. 应用实例 16 8.1. CMOS 影像感测器 16 8.2. 3D 堆叠记忆体晶片（内存） 16 8.3. 高效能处理器 18 9. 参考文献 19 页 1 1. 引言 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 1 集成技术的核心 ，也是研究的热点 。 业内人士将 TSV 称为继引线键合（Wire Bonding ）、倒带自动焊（TAB ）和倒装芯 片（FC ）之后的第四代封装技术。 硅通孔技术为最小尺寸的芯片互联和最小盘尺寸间距互联提供了技术支持。藉由 硅通孔，不仅可以缩短晶片间的导通路径、提升信号速度，降低功耗与杂讯 ，还可以 实现异质架构整合，满足未来消费性电子对装置轻薄且节能的严苛要求。 2. 分类 3D IC 最常使用的分类方法是以硅通孔技术的制程、工序为依据，硅通孔技术按照 制程可分为前通孔(Via First)、中通孔(Via Middle)与后通孔(Via Last)等三种制程。其中前 通孔是指在晶圆元件制作前进行硅通孔制程；中通孔则在元件制程后、后段导线制作 前，进行硅通孔制程；后通孔是指在晶圆后段导线制作(Back End of the Line, BEOL)后， 才进行硅通孔的制作。以上只是大致上之区分，实际制程根据不同公司、组织以及研 究单位之发展，仍有些微变化。 3. 优点 TSV 技术不仅可以连接两块芯片内的不同核心，还能将处理器和内存等不同部件连 在一起，并通过数千个微小的连线传输数据，比如在硅锗芯片中，通过钻出许多细微 的孔洞并以钨材料填充，就能得到TSV。相比之下，目前的芯片大多使用总线通道传输 数据，容易造成堵塞、影响效率。更加节能也是 TSV 的特色之一。据称，TSV 可将硅锗 芯片的功耗降低大约 40％。另外，由于改用垂直方式堆叠成“3D”芯片，TSV 还能大 大节约主板空间。尽管目前也有垂直堆叠芯片，但都是通过总线互连，因此不具备 TSV 的高带宽优势，因为TSV 是直接连接项部芯片和底部芯片的。 与传统的引线键合互联相比，硅通孔技术有如下优点： 1) 导电好 ； 2) 功耗低 ； 3) 带宽广 ； 4)