先进封装TSV硅通孔技术介绍
发布时间:2023/03/03 10:06

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什么是TSV?
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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。



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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。 

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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。

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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。

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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。


先进封装设备类似前道晶圆制造设备,供应商受益先进封测产业增长。随着先进封装的发展,Bumping(凸块)、Flip(倒装) 、TSV 和 RDL(重布线)等新的连接形式所需要用到的设备也越先进。以长球凸点为例,主要的工艺流程为预清洗、UBM、淀积、光刻、焊料 电镀、去胶、刻蚀、清洗、检测等,因此所需要的设备包括清洗机、PVD 设备、光刻机、 刻蚀机、电镀设备、清洗机等,材料需要包括光刻胶、显影剂、刻蚀液、清洗液等。

(文章转载自公众号:艾帮半导体)




屹立芯创 · 除泡品类开创者


屹立芯创晶圆级真空贴压膜系统实现多项核心技术突破。创新的真空下贴压膜和独家开发的软垫气囊式压合专利技术,有效解决因预贴膜在真空压膜过程中产生气泡或是干膜填覆率不佳的问题。尤其适用于TSV等凹凸起伏的晶圆表面,可轻松实现1:20的高深宽比填覆效果。真空/压力/温度实现多重多段设置,内部搭配自动切割系统,适配多种干膜材料,还可扩充压膜腔体进行二次表面整平压合,无须另外加装整平系统,助力企业智慧升级。

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屹立芯创作为除泡品类开创者,深耕半导体先进封装技术20余年,专注解决半导体先进封装中的气泡问题,提供多种制程工艺中的气泡整体解决方案。TSV硅孔洞填覆、Mini/Micro LED、芯片贴合Die Attached、灌注灌封IGBT Potting、底部填胶underfill、点胶封胶Dispensing、OCA lamination等工艺拥有成熟应用经验。

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屹立芯创以核心的热流和气压两大技术,持续自主研发与制造除泡品类体系,专注提升良率助力产业发展,专业提供提供半导体产业先进封装领域气泡解决方案,现已成功赋能半导体、汽车、新能源、5G/IoT等细分领域。

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