一文详解硅通孔技术(TSV)

硅通孔技术（TSV，Through Silicon Via）是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的技术，是2.5D/3D 封装的关键工艺之一。通过垂直互连减小互连长度、信号延迟，降低电容、电感，实现芯片间低功耗、高速通讯，增加带宽和实现小型化。

依据TSV 通孔生成的阶段 TSV 工艺可以分为：1）Via-First；2）Via-Middle；3）Via-Last。

TSV 工艺包括深硅刻蚀形成微孔，再进行绝缘层、阻挡层、种子层的沉积，深孔填充，退火，CMP 减薄，Pad 的制备叠加等工艺技术。

1）孔成型：孔成型的方式有激光打孔、干法刻蚀、湿法刻蚀等。基于深硅刻蚀（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）的 Bosch工艺是目前应用最广泛工艺。反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，RIE）工艺是采用物理轰击和化学反应双重作用的刻蚀，Bosch 工艺通过刻蚀和保护交替进行来提高 TSV 的各向异性，保证 TSV 通孔垂直度。

2）沉积绝缘层：TSV 孔内绝缘层用于实现硅村底与孔内传输通道的绝缘，防止 TSV通孔之间漏电和串扰。TSV 孔壁绝缘介质材料选用无机介质材料，包括PECVD、SACVD、ALD 和热氧化法。

3）沉积阻挡层/种子层：在2.5D TSV 中介层工艺中，一般使用铜作为 TSV 通孔内部金属互联材料。在电镀铜填充 TSV 通孔前，需在 TSV 孔内制备电镀阻挡/种子层，一般选用 Ti、Ta、TiN、TaN 等材料。TSV 电镀种子层起着与电镀电极电连接并实现 TSV 孔填充的作用。

4）电镀填充工艺：TSV 深孔的填充技术是 3D 集成的关键技术，直接关系到后续器件的电学性能和可靠性。可以填充的材料包括铜、钨、多晶硅等。

5）CMP（化学机械抛光）工艺和背面露头工艺：CMP 技术用于去除硅表面的二氧化硅介质层、阻挡层和种子层。TSV 背面露头技术也是 2.5DTSV 转接基板的关键工艺，包括晶圆减薄、干/湿法刻蚀工艺。

6）晶圆减薄：晶圆表面平坦化后，还需要进行晶圆背面的减薄使 TSV 露出，传统的晶圆减薄技术包括机械磨削、CMP 和湿法腐蚀等。目前业界主流的解决方案是将晶圆的磨削、抛光、保护膜去除和划片膜粘贴等工序集合在一台设备内。

审核编辑：汤梓红