5. 工艺流程
制作硅通孔需要六个关键的步骤： 1) 通孔的形成（通过深层等离子刻蚀或激光开孔）； 2) 介电层沉积（通过热氧化钝化转接板或等离子体增强化学汽化沉积）； 3) 阻挡层和种子层沉积（通过物理气相沉积）；
页3Biblioteka 4) 通孔填充（电镀铜来填充通孔或化学蒸汽沉积来填充每个小通孔）； 5) 电镀铜残留物的化学机械抛光； 6) 硅通孔显现。
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) 密度高；
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5) 外形小； 6) 重量轻； 7) 成本低。
4. 硅通孔的发展历程
硅通孔是50多年前由1956年物理学若贝尔奖得主、晶体管的发明者威廉·肖克利 发 明 。 1958 年 10 月 23 日 ， 威 廉 · 肖 克 利 申 请 了 “ 半 导 体 晶 片 和 制 作 方 法 ” 的 专 利 ， 1962年7月17日，他被授予美国专利（专利号3044909）。
硅通孔（TSV）工艺
学习报告
高旺（13307130154）|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
5.2. 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. 最新技术介绍.......................................................................................................... 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
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。
总的来说，目前行业内普遍看好 3D 硅集成技术。 推动 3D 集成技术的行业发展的最有影响力的当属 1965 年的诺贝尔物理学奖获得 者——Richard Feynman（理查德.费曼）。在 1985 年 8 月 9 日 Gakushuin 大学（东京） 的 Yoshio Nishina 的追悼会上，费曼做了题目为《未来的计算机器（Computing Machines in the Future）》的演讲，说“另一方面的改进是物理器械方面的而不是让所有集成在 一块电路板上。这样使可以在每一层上来制造而不是一次性做完，你可以先制造几层， 随着时间的推移还可以加入更多层电路。”费曼不仅告诉我们要往 3D 方向发展，还教 我们今后如何制作它。即使是在今天，许多致力于 3D 集成研究的学者依然喜欢引用他 在 1985 年东京的演讲。
在 80 年代早期，TSV 有两种主要技术。一种是通过 TSV 技术的连接棒将电路板堆 叠起来，即 3D IC 集成；另一种是仅仅用 TSV 技术将晶片堆叠起来，即 3D 硅集成。3D 硅集成技术相较于 3D IC 集成技术，有以下优点： 1) 更好的电气性能； 2) 更低的功耗； 3) 更小的体积； 4) 更轻的质量； 5) 更高的产能。
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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 集成技术的核心，也是研究的热点1。
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