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硅通孔互连技术的开发与应用 封国强 蔡坚 王水弟 （清华大学微电子学研究所，北京，100084，中国） 摘要：随着三维叠层封装、MEMS 封装、垂直集成传感器阵列以及台面 MOS 功率器件 倒装焊技术的开发，硅通孔互连技术正在受到越来越广泛的重视和研究。本文叙述了几种硅 通孔互连的制造方法，及其应用。最后，进一步阐述了硅通孔互连中几项关键技术的研究现 状以及存在的挑战。 关键词：硅通孔互连；三维封装；MEMS 封装 Development Applications of Through Wafer Interconnect Technology Abstract: With the development of 3D packaging, MEMS packaging, vertical integrated sensor array and flip chip CSP for vertical power MOSFET, through wafer interconnect technology has been widely emphasized and researched. This paper described several fabrication methods of through wafer interconnect and their applications. Finally, the status and challenges of several key through wafer interconnect are further introduced. Key words: through wafer interconnect; 3D packaging; MEMS packaging 1. 引言 近年来，计算机、通讯、汽车电子、航空航天工业和其他消费类产品对微电子封装提出 了更高的要求，即更小、更薄、更轻、高可靠、多功能、低功耗和低成本。这促使更高密度 的三维叠层封装技术不断涌现出来。三维叠层封装可以分为封装体的堆叠和硅圆片的堆叠两 种。目前，封装体的堆叠技术可以通过堆叠薄小外形封装（TSOP ）或堆叠基于传统封装技 术的芯片尺寸封装（CSP ）来获得；然而，芯片之间较长的互连线限制了封装体三维堆叠的 高频性能。另一种三维堆叠技术是基于圆片制造技术的硅圆片的堆叠。这种技术通过在圆片 上制作出许多垂直互连通孔来实现不同芯片之间的电互连；由于芯片间有更短的互连线，所 以圆片级三维集成能最小化互连线的延迟。此外，由于相当数量的 MEMS 器件都带有立体 结构，所以气密性封装应是其最佳的封装形式；但普通的气密性封装不仅成本高，而且对于 MEMS 器件的信号线也较难引出；为此，以硅圆片作为 MEMS 封装的封帽，并在其上制作 出垂直互连通孔作为信号线的引出方式能较好的解决这一问题；并能为 MEMS 提供圆片级 的封装和更好的频率特性。从以上三维堆叠封装和 MEMS 封装的发展趋势可以看出，硅通 【 】 孔互连技术的应用正在不断的拓展 1 。 2. 硅通孔互连制作技术及其应用 目前主要有四种不同的硅通孔互连制作技术：KOH 溶液的湿法刻蚀、激光加工、深层 等离子体刻蚀（DRIE ）和光辅助电化学刻蚀（PAECE ）。不同的方法各有其特点，因此必须 根据不同的应用使用不同的方法，以使成本和性能达到最优。 2.1 KOH 溶液的湿法刻蚀 KOH 溶液的湿法刻蚀是一种低刻蚀温度、低制造成本且适合于批量生产的硅通孔制作 工艺。对于 K+与标准 CMOS 工艺不兼容的问题，可以通过采用 PECVD 淀积 Si N 、溅射 3 4 TiW/Au 并电镀Au 做为刻蚀工艺的保护层来保护CMOS 电路，从而实现该工艺与标准CMOS 【 】 工艺兼容 2 。由于KOH 溶液对硅单晶的各向异性腐蚀特性，且（111）晶面与（100）晶面 间的夹角为 54.