硅通孔封装TSV填充空洞产生的原因及除气泡方法
[发布日期：2023-08-25 14:16:03] 点击：
硅通孔封装(Through Silicon Via,
TSV)互连是集成电路中一种系统级架构的新方法，是2.5D和3D封装中堆叠芯片实现互连的关键技术解决方案。
TSV可堆叠多片芯片，在芯片钻出小洞，从底部填充入金属,
硅晶圆上以蚀刻或激光方式钻孔，再以导电材料如铜、多晶硅、钨等物质填满。TSV能够使芯片在三维方向堆叠，通过垂直互连减小互联长度，减小信号延迟，降低芯片的电容和电感，实现芯片间的低功耗高速通讯，增加宽带和实现器件集成的小型化，是公认的第四代封装互连技术。
随着3D集成成为微电子封装的主流，芯片的体积越来越小，而集成度越来越高，对失效分析手段提出了挑战，也对故障高分辨率定位能力的需求逐渐增大。
对于TSV封装来说，如果组成垂直结构的一部分失效，则必须丢弃整个结构，这会使通过TSV互连的芯片系统制造起来更加昂贵。对于失效位置的精确定位成为TSV芯片失效分析迫切解决的问题。
TSV空洞产生原因及检测方法
TSV填充空洞产生在TSV通孔填充结构中，将导致TSV互连电阻增加，甚至导致SiP组件开路失效，如果空洞产生在绝缘层内，如TSV的侧壁，将导致TSV和硅衬底间短路，产生漏电流。这种因填充不完全导致的空洞，是TSV工艺缺陷最普遍的问题。其主要原因在于，电镀时TSV通孔底部存在气泡，在TSV电镀Cu过程中，Cu填充过程是由侧壁向中间进行的，而Cu的沉积速率随电镀电流密度的增大而加快，由于TSV通孔口处的电镀电流密度较大，使得通孔口处的Cu比中间更早填充满，导致TSV通孔底部因不能继续填充而产生空洞，可以利用真空预处理显著改善TSV电镀效果。使Cu填充率接近100%。另外，刻蚀工艺产生的贝壳效应导致孔壁不平整、润湿不良，也是形成TSV填充空洞的一个关键因素。
ELT除泡机拥有20年除泡经验，专注解决半导体先进封装中所遇到的气泡问题。ELT在南京总部设有半导体先进封装联合实验室，为客户带来更精准、更高效的整体除泡解决方案。实验室采用远高于行业标准的黄光洁净标准，有效降低光固化材料化学反应，最大程度保证室内洁净度和微影成像效果。实验室布设有齐备的测试分析设备，能够准确定位失效部位。
