硅通孔相關(guān)材料基于硅通孔（TSV）的3D封裝技術(shù)發(fā)展:高性能、低功耗、低成本方向發(fā)展真的。

TSV技術(shù)：通過在芯片和芯片之間制造垂直通路，從而形成電氣連接的新型互連技術(shù)。采用TSV技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)芯片在三維方向的堆疊，從而提高系統(tǒng)集成度，縮短芯片之間的互連長度，改善信號(hào)傳輸速度和質(zhì)量，降低功耗。圖6-1不同元器件在三維方向上基于TSV的堆疊集成TSV技術(shù)涉及的材料：除打孔的硅基體材料和填孔材料等關(guān)鍵主材料外，在工藝過程中還包含絕緣層、黏附層和種子層材料等相關(guān)材料。圖6-2

TSV各層結(jié)構(gòu)示意圖目錄6.1絕緣層6.2黏附層和種子層6.1.1

絕緣層在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用6.1.2絕緣層材料類別和材料特性6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展6.1絕緣層6.1.1絕緣層在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用兩方面：（1）作主TSV側(cè)壁的絕緣層，硅是半導(dǎo)體材料，TSV內(nèi)要填充導(dǎo)電材料，需要在孔刻蝕之后，首先在其側(cè)壁沉積一層緣緣層，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電材料與硅襯底間的絕緣。（2）作為圓片級(jí)封裝介質(zhì)層，在3D封裝技術(shù)中用于金屬再布線層間的介電隔離。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性包括無機(jī)介質(zhì)絕緣層材料和聚合物絕緣材料無機(jī)介質(zhì)絕緣層材料主要用于TSV側(cè)壁絕緣聚合物絕緣層材料主要用于圓片級(jí)封裝的介質(zhì)層各有特性6.1.2絕緣層材料類別和材料特性1）無機(jī)介質(zhì)絕緣層材料SiO2由于優(yōu)秀的介電性能、化學(xué)穩(wěn)定性及成熟的制造工藝，被廣泛應(yīng)用于3D-TSV集成技術(shù)領(lǐng)域作為TSV側(cè)壁絕緣層材料。襯底是無源襯底，對溫度沒有限制，可以使用熱氧化工藝，在TSV側(cè)壁生長高質(zhì)量氧化硅層。如果襯底上含有有源器件，對工藝溫度有限制，可以采用低溫化學(xué)氣相沉積方式?；瘜W(xué)氣相沉積是目前主流的TSV介質(zhì)層解決方案，前驅(qū)體以氣相形式流經(jīng)真空腔被熱量或等離子體解離后，沉積到襯底上形成無定形態(tài)薄膜。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性1）無機(jī)介質(zhì)絕緣層材料前驅(qū)體包括：硅烷（SiH4）、正硅酸乙酯（TEOS），最終得到無機(jī)氧化硅絕緣層薄膜。通過調(diào)節(jié)工藝過程中的壓力、流速、襯底溫度等參數(shù)可以優(yōu)化薄膜的厚度、折射率、濕制程中的刻蝕速率、薄膜應(yīng)力、臺(tái)階覆蓋率等關(guān)鍵物理特性。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性薄膜溫度/℃氣體厚度/nm應(yīng)力/MPa臺(tái)階覆蓋率Thermaloxide700～1150O2、H25～1000400～500高PECVDoxide150～400SiH4、N2O—150低PECVDTEOS250～400Si(OC2H5)4、O250～5000100～200中SACVDozone-TEOS400Si(OC2H5)4、O3150～500100～200高LPCVD650～750Si(OC2H5)420～50080～120高PSG/BPSG400～750Si(OC2H5)4、PH3,TMB300～900—中高表6-1氧化硅絕緣層薄膜及關(guān)鍵物理特性臺(tái)階覆蓋率是在集成電路工藝中，用于衡量熱氧化成膜、薄膜沉積、涂膠等工藝中膜層跨臺(tái)階時(shí)在臺(tái)階處厚度損失的一個(gè)指標(biāo)，就是跨臺(tái)階處的底部膜層厚度與頂部平坦處膜層厚度比值的百分?jǐn)?shù)。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性1）無機(jī)介質(zhì)絕緣層材料次大氣壓化學(xué)氣相沉積（Sub-AtmosphericCVDSACVD）工藝由于沉積溫度和保形涂覆特點(diǎn)，尤其適合3D集成工藝要求。通過TEOS-PECVD技術(shù)制造氧化硅絕緣層材料是當(dāng)前TSV技術(shù)絕緣層制造的主流技術(shù)。具有良好的介性性、絕緣性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，又具有低溫沉積的特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于2.5DIC或3D

IC集成技術(shù)領(lǐng)域。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性2）聚合物絕緣層材料是當(dāng)前圓片級(jí)封裝介質(zhì)層的主流材料，已經(jīng)具有比較成熟的工藝和材料處理方案。3D封裝要求聚合物絕緣層材料具有更高的光刻分辨力，并且適應(yīng)3D封裝工藝對晶圓翹曲和熱預(yù)算控制的要求。3D封裝技術(shù)主要是采用聚合物絕緣層材料在芯片或中介轉(zhuǎn)接層上制造多層金屬互連結(jié)構(gòu)。SiP通常把多個(gè)裸芯片封裝在同一系統(tǒng)，形成多功能組件。3DSiP系統(tǒng)主要采用聚合物絕緣層材料作為層間介電薄膜，在中介轉(zhuǎn)接層上制造電路層。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性2）聚合物絕緣層材料采用3D封裝技術(shù)，多芯片集成電路系統(tǒng)的芯片之間距離非常小，各層芯片間通過通孔金屬化實(shí)現(xiàn)電氣連接?？梢源蠓s短多層互連長度，提高系統(tǒng)整體性能。聚合物絕緣層材料作為金屬再布線層的介電層、鈍化層和緩沖保護(hù)層，可以有效阻擋電子遷移、防止HCl/鹽的化學(xué)腐蝕，增加元器件的機(jī)械性能，保護(hù)元器件，降低漏電流，還能有效地阻擋潮氣。緩沖功能，可以減少熱應(yīng)力引起的線路斷裂，防止元器件在后續(xù)加工過程中產(chǎn)生損傷。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性2）聚合物絕緣層材料當(dāng)前的WLP技術(shù)可以利用聚合物絕緣層材料在晶圓上制造多層布線，顯著提高元器件間的連線密度，減少信號(hào)延遲，大幅提高電路傳輸速率、系統(tǒng)集成度和可靠性。結(jié)合聚合物絕緣層材料低介電常數(shù)、自平坦化及優(yōu)良的光刻性能，加之銅的高電導(dǎo)率和抗電遷移性能，WLP技術(shù)實(shí)現(xiàn)IC的低成本和小型化。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性2）聚合物絕緣層材料對于TSV側(cè)壁緣緣層材料，聚合物絕緣層材料也可以作為TSV側(cè)壁絕緣層材料使用，通過噴涂、旋涂或納米噴涂技術(shù)可以在TSV側(cè)壁形成絕緣層，具有成本低、有效降低TSV結(jié)構(gòu)應(yīng)力特點(diǎn)。受工藝限制，難在深寬比大于3:1的TSV結(jié)構(gòu)中個(gè)形成均勻的緣緣膜，但成本上有優(yōu)勢。聚合物絕緣層材料在使用時(shí)，其光刻分辨力、拉伸強(qiáng)度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、固化溫度、涂覆的均勻性等因素都很關(guān)鍵，對材料的要求比較主。6.1.2絕緣層材料類別和材料特性2）聚合物絕緣層材料光敏性聚合物是聚合物絕緣層材料的代表，在3D封裝中作為絕緣層得到廣泛應(yīng)用。光敏聚合物具有低應(yīng)力釋放、較低的熱膨脹系數(shù)、較高的耐熱性和工藝精度，且旋涂和噴涂工藝簡單，設(shè)備成本優(yōu)勢明顯。光敏聚合物的開發(fā)技術(shù)含量高，開發(fā)周期長，原料純度和種類要求苛刻。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢SiO2作為TSV側(cè)壁絕緣層材料，客戶群包括Samsung,TSMC，美光（Micro），IBM，Intel,海力士（Hynix），意法半導(dǎo)體（STMictoelectronics），Aptina,豪威科技（Omnivision）等設(shè)備供應(yīng)商：美國AppliedMaterials英國SPTS及中國的沈陽拓荊。對于無源中介轉(zhuǎn)接層，TSV孔徑將會(huì)從當(dāng)前的10~15mm縮小到1~5mm，深寬比達(dá)到15:1甚至20:1。開發(fā)設(shè)備，保證覆蓋率。有源TSV上還要有工藝兼容性。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢比如，WLCSP圖像傳感器封裝，要求沉積溫度低于200oC。低溫下高臺(tái)階覆蓋率絕緣層主要通過TEOS源氧化硅CVD或聚合物材料CVD獲得。使用TEOS源，可以在深寬比達(dá)到10:1的孔內(nèi)，在200oC以內(nèi)的溫度下，獲得超過15%的臺(tái)階覆蓋率。國內(nèi)TSV-CIS封裝，采用聚合物材料作為絕緣層。在高深寬比的TSV-CIS封裝集成技術(shù)中，聚合物絕緣層工藝受到限制，要采用TEOS-PECVD方法沉積氧化硅來制造絕緣層，該技術(shù)方案處于研發(fā)階段，沒有得到大規(guī)模量產(chǎn)。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢無源硅中介轉(zhuǎn)接層TSV技術(shù)在國內(nèi)尚處于起步階段，還沒有應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品中。TSV技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破將是國內(nèi)封裝測試產(chǎn)業(yè)在未來封裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新的重要方向。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢國內(nèi)應(yīng)用于高深寬比TSV結(jié)構(gòu)中制造能夠滿足絕緣性要求的氧化硅材料設(shè)備供應(yīng)商只有沈陽拓荊科技有限公司。該公司TEOS-PECVD設(shè)備已達(dá)到世界先進(jìn)水平，已銷售給蘇州晶方半導(dǎo)體科技有限公司和華天科技（昆山）電子有限公司。PECVD設(shè)備沉積溫度為400oC，可實(shí)現(xiàn)深寬比10:1，孔徑10

mm的TSV結(jié)構(gòu)中沉積氧化硅絕緣層，臺(tái)階覆蓋率達(dá)20%。未來TSV孔徑會(huì)縮小到1~5

mm，深寬比大于15:1。這對PECVD設(shè)備提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)，氧化硅絕緣層覆蓋率需進(jìn)一步提升。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢目前，WLP光敏性聚合物絕緣層材料全部被國外廠商壟斷。商場上供應(yīng)產(chǎn)品有RohmandHass的InterViaTm8000系列，DowChemical的CycloteneTM4000系列，Microchem的SU-8環(huán)樹脂材料，Dow

Corning的WL-5000有機(jī)硅系列，Promerus的Avatrel?；ShinEtsuMicroSi的SINR系列，Sumitomo

Bakelite的SUMIRESINEXCEL?CRC-8600、8650、8903等，F(xiàn)ujiFilm的AP2210、AN-3310和Durimide7000聚酰亞胺（PI）系列，東麗株式會(huì)社（Toray）的PhotoneeceTM

PI系列，HD

Microsystem的PI系列，Tokyo

Ohka

Kogyo的TMMRS2000，JSR

Micro的WPR酚醛系列。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢以上產(chǎn)品中所用樹脂主要是酚醛環(huán)氧樹脂，丙烯酸酯改性環(huán)氧樹酯、酚醛樹酯、有機(jī)硅樹酯、PI樹脂、PBO樹酯、BCB樹脂等且部分產(chǎn)品加入了納米填料。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢噴涂工藝（SprayCoating）用來制造低深寬比的TSV緣緣層，在圖像傳感器中得到了應(yīng)用。常用噴涂設(shè)備國外供應(yīng)商主要包括EVG和SUSS，國內(nèi)供應(yīng)商（沈陽芯源）正在逐漸占領(lǐng)我國集成電路市場。能采用噴涂工藝的材料，除傳統(tǒng)的有機(jī)光阻外，還包括PI、BCB等聚合物漿料。黏度控制在20cst(里斯)以下。EVG101機(jī)臺(tái)配置Nano噴嘴，采用超聲波震動(dòng)原理霧化，可以實(shí)現(xiàn)深寬比為5:1、孔徑為20

mm的TSV聚合物絕緣層制造，有望在2.5D中介轉(zhuǎn)接層中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢旋涂工藝相比CVD和噴涂工藝，具有設(shè)備成本低等顯著優(yōu)勢，但加工超過5:1深寬比的TSV時(shí)具有較大挑戰(zhàn)。開發(fā)具有旋涂工藝的聚合物材料成為關(guān)鍵研究方向。聚合物材料具備低觸變性、防流動(dòng)性和保形涂覆等特點(diǎn)?？蓢@材料主體樹脂、功能性納米填料及關(guān)鍵助劑等展開研究。中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究所相繼推出2:1和3:1適用于旋涂工藝的聚合物材料，研究5:1。6.1.3發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢國內(nèi)WLP聚合物絕緣層材料的研究與國際上存在明顯差距。目前尚無成功商業(yè)化成熟產(chǎn)品。不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)研究和應(yīng)用PI有50多家，其中從事研究生產(chǎn)的有20家，但主要產(chǎn)品仍然是薄膜、塑封料、涂層、膠黏劑、纖維泡沫等。為打破國外壟斷，開發(fā)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光敏性聚合物絕緣層材料顯得尤為必要，隨著3DWLCSP封裝的發(fā)展，光敏性聚合物絕緣層材料的市前景廣闊。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展新型沉積技術(shù)1）高分子聚合氣相沉積技術(shù)PVPD將CVD應(yīng)用于聚合反應(yīng)是一種新的聚合方法，稱為氣相沉積聚合。與傳統(tǒng)高分子薄膜制造方法（如濕法工藝）相比優(yōu)點(diǎn)：（1）不含溶劑、添加劑、引發(fā)劑等，純度高，對襯底不產(chǎn)生損傷。（2）可以控制薄膜厚度，通過選擇適當(dāng)?shù)某练e速率和時(shí)間，可得到所需厚度。（3）薄膜質(zhì)量好，膜厚均勻，表面光滑無針孔，且可以沉積在不同形狀的表面上，保形性好。（4）聚合與成膜工藝合二為一，簡化了制造流程。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展聚對二甲苯（Parylene，又稱派瑞林）是一種典型采用氣相沉積聚合方法制造的聚合物，具備優(yōu)異的介電性、擴(kuò)散阻擋性、化學(xué)穩(wěn)定性及界面結(jié)合力，成為電子元器件中常用的薄膜材料。圖6-3Parylene聚合反應(yīng)方程6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展AIXTRON公司發(fā)明PVPD（PolymerVaporPhaseDeposition）技術(shù)，可以通過控制氣相沉積得到聚合物基薄膜材料，解決了常規(guī)噴涂、旋涂等工藝難以在深寬比大于3:1的TSV結(jié)構(gòu)中形成均勻聚合物絕緣膜的難題。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展（平臺(tái)尺寸為200mm

200mm，適用于研發(fā)）（平臺(tái)尺寸為650mm

750mm，適用于量產(chǎn)）

圖6-4PRODOS系列PVPD設(shè)備6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展PVPD技術(shù)將材料的先驅(qū)體在一個(gè)特制的、優(yōu)化的源系統(tǒng)中汽化，被汽化的先驅(qū)體通過惰性霸氣提供給沉積設(shè)備。載氣作用是控制氣體傳輸?shù)牧髁浚瓜闰?qū)體濃度保持穩(wěn)定。通過AIXTRON公司的專利技術(shù)，即緊密耦合蓮蓬頭技術(shù)，可以在不同尺寸襯底上沉積或進(jìn)行批量擔(dān)任，還可以精確控制所提供材料的數(shù)量來沉積復(fù)雜的化合物。由于靈活模塊化設(shè)置，該技術(shù)可以優(yōu)化各種聚合過程，精確控制沉積膜的厚度，應(yīng)有范圍廣泛，同時(shí)由于工藝過程是無溶劑過程，干燥步驟不再是必需的。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)電接枝與化學(xué)接枝是兩種基礎(chǔ)分子工程技術(shù)。接枝（Crafting）的意思是在襯底表面與在其上生長的薄膜之間形成緊密的分子級(jí)化學(xué)鍵，這是通過氧化或還原等化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)圖6-5自由基聚合電接枝工藝示意圖6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)首先通過電誘導(dǎo)過程實(shí)現(xiàn)聚合物接枝過程，然后進(jìn)入化學(xué)擴(kuò)展階段。電誘導(dǎo)過程對于在聚合物與襯底表面之間形成化學(xué)鍵至關(guān)重要，有機(jī)前驅(qū)體B被用來形成接枝層的底層，同時(shí)起到激發(fā)溶液中單體A發(fā)生聚合反應(yīng)的作用。當(dāng)聚合反應(yīng)完成時(shí)，大分子鏈-[A-A-A]n-B結(jié)構(gòu)在底部接枝層上接枝?；瘜W(xué)接枝與電接枝原理相同，只是接枝過程中的電子被還原劑取代，化學(xué)接枝可以應(yīng)用于非導(dǎo)體材料表面的薄膜制造。結(jié)合電接枝和化學(xué)接枝兩種溫法工藝，可以實(shí)現(xiàn)高深寬比TSV中絕緣層、擴(kuò)散阻擋層和種子層的制造。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)電接枝技術(shù)是一種基于表面化學(xué)配方和工藝的納米技術(shù)解決方案。可用于導(dǎo)體和半導(dǎo)體表面，通過特定先驅(qū)物分子與半導(dǎo)體表面之間的原位化學(xué)反應(yīng)的激發(fā)作用，各種薄覆蓋層自定向生長。屬于濕法工藝，與電鍍或噴涂工藝不同，其化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在硅片表面，不發(fā)生在電解容器或電解槽中，各種物質(zhì)被直接還原到晶圓表面，最終的穩(wěn)定不呈溶液形式；膜是從硅片表面向上生長的，而不會(huì)沉積到硅片表面，從晶圓到籽晶層形成具有高黏著性的共價(jià)鍵薄膜堆疊。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)電接枝膜能與各種形狀的表面保持共形，整體工藝（絕緣、勢壘、籽晶）均使用標(biāo)準(zhǔn)電鍍工具，可大幅降低工藝成本；在深寬比超過20:1的TSV中形成金屬膜的臺(tái)階覆蓋率高達(dá)90%，且具有極好的黏著性和均勻性，可以滿足各類電和熱力性能要求。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)參數(shù)數(shù)值單位/方法臺(tái)階覆蓋率高達(dá)90%

層厚50～500nm孔徑1～100

m最大深寬比>20:1

黏著性所有層均通過了劃線剝落試驗(yàn)

絕緣體介電常數(shù)3

絕緣體擊穿電壓28MV/cm絕緣體的CTE30ppm/℃絕緣體的電阻率25

Ohm·cm（100nm）Cu籽晶的電阻率1.8

Ohm·cm（200nm）勢壘擴(kuò)散特性與TiN等效2h，400℃絕緣體溫度穩(wěn)定性2h，400℃TOF-SIMS絕緣體的彈性模量4（折減模量）GPa表6-2電接枝膜的具體參數(shù)6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)電接枝工藝中，來源于偏置表面的電子可充當(dāng)先驅(qū)物分子的“鍵合籽晶”，在第一層籽晶先驅(qū)物和晶圓表面之間形成共價(jià)化合鍵。不需要使用噴涂或旋涂工藝就可以將聚合物絕緣層直接“接枝”到晶圓表面。形成電接枝層可以作為絕緣層，如果采用化學(xué)接枝技術(shù)進(jìn)行勢壘層沉積，剛電接枝層可以用作黏接促進(jìn)劑。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展2）電接枝技術(shù)化學(xué)接枝與電接枝技術(shù)的原理相同，用于非導(dǎo)體表面。采用化學(xué)接枝技術(shù)可以改進(jìn)勢壘和聚合物之間的黏著性，首先選擇專用化學(xué)材料把勢壘催化劑與聚合物牢固地鍵合在一志，然后將濕銅籽晶電接枝到導(dǎo)電勢壘上。高深寬比的TSV也可以實(shí)現(xiàn)較高的臺(tái)階覆蓋率。薄膜生長速率及厚度分別受到電流密度和電荷的影響，化學(xué)電解槽需要保持穩(wěn)定。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展3）新材料Parylene薄膜是一種可用于高深寬比TSV側(cè)壁覆蓋的有機(jī)聚合物材料。采用氣相沉積工藝制造，具有厚度均一、耐酸堿、低介電常數(shù)和無色透明等優(yōu)點(diǎn)。制造流程包括對二甲苯首先在真空腔中加熱汽化，然后流經(jīng)高溫區(qū)裂解成對二甲苯的單體，最后室溫沉積聚合成Parylene薄膜。商化業(yè)產(chǎn)品：ParyleneN、ParyleneC、ParyleneF三種。保形覆蓋且具有良好的臺(tái)階覆蓋率，致密性，防止水汽滲透，顯著提高耐濕熱能力。6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展3）新材料

ParyleneNParyleneNParyleneCParyleneFParyleneF機(jī)械特性抗拉強(qiáng)度/MPa454545～555252斷裂延伸/%40402001010楊氏模量/MPa2.42.43.22.62.6密度/（g/cm3）1.111.111.28

吸水性/%＠24h0.010.01<0.01<0.01<0.01電學(xué)特性介電常數(shù)＠1MHz2.652.652.952.17介電損耗＠1MHz0.00060.00060.0130.001典型阻擋特性水汽滲透/（g·mil/100in2）＠24h，37℃，90%RH1.50.21

典型熱學(xué)特性熔點(diǎn)/℃410410290

Tg/℃200～250200～250150

CTE/（10-5/℃）696935（退火后為50）3636導(dǎo)熱系數(shù)/［10-4（cal·s-1）/（cm2·℃·cm-1）］332

表6-3Parylene薄膜的物理特性6.1.4新技術(shù)與材料發(fā)展3）新材料采用等離子體聚合沉積的有機(jī)薄膜BCB可用于中介轉(zhuǎn)接層TSV絕緣層的制造。液態(tài)前驅(qū)體升華成單體，控制單體蒸氣氣壓和等離子體化學(xué)氣相沉積的射頻參數(shù)，可顯著提高BCB薄膜的熱穩(wěn)定性和臺(tái)階覆蓋率，滿足高深寬比TSV絕緣層保形涂覆要求。6.2.1黏附層和種子層在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用6.2.2黏附層和種子層材料類別和材料特性6.2.3新技術(shù)與材料發(fā)展6.2

黏附層和種子層6.2.1黏附層和種子層在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用TSV的填充工藝主要是電鍍銅工藝，在TSV電鍍銅之前，需要先在TSV內(nèi)壁濺射一層種子層，銅的填充效果在一定程度上依賴于種子層的厚度、均勻性及薄膜的深孔臺(tái)階覆蓋率。種子層是電鍍填充的必備條件，主流種子層為銅種子層，采用的種子層材料為銅靶。銅在SiO2介質(zhì)中的擴(kuò)散速率很快，介電性嚴(yán)重退化；6.2.1黏附層和種子層在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用銅對半導(dǎo)體的載流子具有強(qiáng)烈的陷阱效應(yīng)，擴(kuò)散到半導(dǎo)體本體材料中將嚴(yán)重影響集成電路元器件電性特征；銅和SiO2黏附強(qiáng)度較差，在制造種子層之前一般要先沉積一層黏附/擴(kuò)散阻擋層，以防止銅擴(kuò)散、增加種子層與襯底的黏附力和提高深孔臺(tái)階覆蓋率。黏附/擴(kuò)散阻擋層一般選擇Ti,TiW,Ta,TiN,TaN材料，其主流工藝為PVD。6.2.2黏附層和種子層材料類別和材料特性主要材料是磁控濺射靶材。PVD腔體是經(jīng)過改進(jìn)的腔體，以適應(yīng)高深寬比TSV工藝要求，靶材一般需要根據(jù)腔體特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。根據(jù)TSV技術(shù)的性能要求研究靶材的成分、構(gòu)造、制造工藝及其濺射薄膜性能之間的關(guān)系，對充分發(fā)揮靶材的作用十分重要。TSV種子層靶材：高純銅靶材和銅合金靶材。銅合金靶材可以增加濺射靶用銅材料的粒徑均勻性并提高其強(qiáng)度，靶內(nèi)合金元素含量不超過10wt%。特殊應(yīng)用，比如銅薄膜和內(nèi)部互連線，其電阻率要與高純銅的電阻率匹配，合金元素含量小于3wt%6.2.2黏附層和種子層材料類別和材料特性黏附層一般選擇Ti、TiW等材料，擴(kuò)散阻擋層一般選擇Ti,Ta,TiN,TaN等材料。TSV晶圓尺寸一般不小于8英寸，隨著晶圓尺寸的增大，對濺射靶材的微觀組織及靶材與背板連接的要求越來越高。大面積靶材與背板連接技術(shù)已成為靶材組件制造的關(guān)鍵技術(shù)。靶材需要優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，靶材與背板的連接要有一定的結(jié)合強(qiáng)度，有較高的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率。靶材晶粒經(jīng)變形處理后，應(yīng)細(xì)小均勻，不能在焊接過程中發(fā)生改變。6.2.2黏附層和種子層材料類別和材料特性靶材中雜質(zhì)大部分是在電解、熔煉和鑄造過程中產(chǎn)生的。高純銅鑄錠，雜質(zhì)主要包括Ag,

As,

Al,

Bi,

Fe,

Ni等元素。若雜質(zhì)元素過多，在濺射過程中晶圓表面會(huì)形成微小的顆粒，從而導(dǎo)致互連線短路或斷路，并影響薄膜的生長質(zhì)量。盡量減少靶材中雜質(zhì)含量，以減少其對沉積薄膜的污染，提高薄膜的質(zhì)量和均勻性。6.2.2黏附層和種子層材料類別和材料特性高致密度銅靶材具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，結(jié)合強(qiáng)度高，有效濺射面積大，表面變化少等優(yōu)點(diǎn)。改善這些性能，可以在較小測射功率下，實(shí)現(xiàn)較高的成膜速率，形成電阻率低、透光率高的薄膜。6.2.2黏附層和種子層材料類別和材料特性鍍膜質(zhì)量穩(wěn)定性取決于靶材成分的均勻性。高純銅靶材微觀組織結(jié)構(gòu)及均勻性、晶粒的尺寸及取向分布都會(huì)對靶材的性能產(chǎn)生很大影響。晶粒尺寸越小，鍍膜厚度分布越均勻，濺射速率越快。銅合金靶材，第二相的尺寸分布及是否存在成分偏析等都會(huì)影響最終濺射薄膜的均勻性。6.2.3新技術(shù)與材料發(fā)展傳統(tǒng)PVD設(shè)備無法對高深寬比TSV進(jìn)行有效沉積，必須使用改進(jìn)型PVD腔體才能保證高深寬比TSV種子層的連續(xù)性。為制造連續(xù)均勻且具有良好臺(tái)階覆蓋率的擴(kuò)散阻擋層和種子層，正在研發(fā)新的沉積技術(shù)，包括化學(xué)鍍(Electroless

Plating)、ALD技術(shù)。ALD技術(shù)自1977年發(fā)明以下，應(yīng)用領(lǐng)域在擴(kuò)大，是一種能夠在表面均勻、連續(xù)沉積薄膜的技術(shù)。ALD技術(shù)周期性的通往前驅(qū)體，通過表面飽和和自停止反應(yīng)逐層生長薄膜，能夠精確控制薄膜的厚度并保證薄膜的均勻性、共形性及連續(xù)性。6.2.3新技術(shù)與材料發(fā)展ALD技術(shù)是一種先進(jìn)的納米表面處理技術(shù)，可以制造的薄膜范圍廣泛，包括金屬氧化物、金屬氮化物、硫化物和磷化物等，具有廣闊和應(yīng)用前景TiN和TaN等薄膜材料不僅具有優(yōu)異的擴(kuò)散阻擋作用，還可以作為銅電鍍的種子層。非常適合在高深寬比的TSV中制造連續(xù)性