Сквозное кремниевое соединение (TSV) — это вертикальное электрическое соединение, которое полностью проходит через кремниевую пластину, что делает его ключевым методом межсоединений в современных 3D-интегральных схемах и передовых корпусах. Оно сокращает пути прохождения сигнала, снижает потери мощности и поддерживает высокоплотную компоновку в полупроводниковых приборах. Многие производители полагаются на технологию TSV для создания компактных высокопроизводительных модулей, и такие компании, как плутоний предлагают решения, которые поддерживают этот тип передовой микротехнологии.

обзор процесса изготовления TSV

Создание TSV включает в себя последовательность процессов на уровне пластины, которые должны строго контролировать глубину травления, качество изоляции и заполнение металлом. Типичная последовательность включает формирование переходных отверстий, обработку боковых стенок, диэлектрическую изоляцию, нанесение барьера, заполнение металлом и утонение пластины. Такое сочетание микрообработки и металлизации определяет окончательную надежность и проводимость структуры TSV. Каждый этап требует точности, поскольку любые дефекты выравнивания, гладкости стенок или однородности заполнения могут повлиять на электрические характеристики.

шаг 1: через формирование

Технология TSV начинается с создания вертикального переходного отверстия. Пластина покрывается слоем фоторезиста и формируется с помощью литографии. Глубокое реактивное ионное травление часто используется, поскольку позволяет получать структуры с высоким соотношением сторон. Цель состоит в создании цилиндрического или конического отверстия с точными размерами, поскольку геометрия влияет на качество последующего заполнения. Однородность по всей пластине имеет решающее значение, и химия травления должна обеспечивать гладкость боковых стенок, чтобы избежать рассеивания тока или захвата загрязнений.

шаг 2: сглаживание боковин и очистка поверхности

После формирования переходного отверстия протравленные поверхности необходимо очистить от остатков полимера и микрочастиц. Для удаления остатков материала обычно используют плазменную очистку и жидкие химические растворы. Этот этап также снижает шероховатость поверхности, что позволяет диэлектрическим покрытиям лучше прилегать. Любые неровности влияют на целостность изоляции, поэтому для массивов TSV высокой плотности основополагающее значение имеет тщательная процедура очистки.

шаг 3: диэлектрический изоляционный слой

Изолирующий слой наносится вдоль стенок переходного отверстия для предотвращения короткого замыкания между проводящим сердечником и кремниевым слоем. Для равномерного покрытия используются такие методы, как плазменное химическое осаждение из паровой фазы или атомно-слоевое осаждение. Контроль толщины важен, поскольку слишком тонкий слой может разрушиться под действием электрического напряжения, а слишком толстый слой может уменьшить доступное для проводника пространство. Изолирующий слой должен сохранять хорошую адгезию и полностью покрывать глубокие боковые стенки.

шаг 4: нанесение барьерного и затравочного слоев

Для предотвращения диффузии металла в кремний добавляется барьерный слой. Обычно используются такие материалы, как тантал, титан или вольфрам. Затем наносится затравочный слой, обычно медный, для обеспечения возможности гальванического осаждения. В зависимости от требуемого соответствия может использоваться физическое или химическое осаждение из паровой фазы. Создание сплошной затравочной пленки обеспечивает надежный рост металла внутри переходного отверстия, особенно при работе с узкими структурами.

шаг 5: заполнение медью

Переходное отверстие заполняется методом гальванического осаждения меди. Химический состав гальванической ванны и плотность тока регулируются для достижения заполнения без пустот. Добавки в раствор помогают контролировать скорость осаждения и подавляют зарастание около отверстия переходного отверстия. Постоянное заполнение предотвращает возникновение резистивных дефектов и проблем с надежностью при циклических изменениях температуры. После заполнения излишки меди на поверхности пластины удаляются методом химико-механической полировки для восстановления планарности.

шаг 6: утончение пластины и открытие задней стороны

Чтобы обнажить дно заполненного TSV и достичь желаемой конечной толщины, пластина утончается с обратной стороны. Шлифовка и полировка уменьшают толщину кремния, сохраняя при этом структуру заполненной меди. После утончения травление с обратной стороны открывает переходное отверстие, позволяя ему функционировать как вертикальное межсоединение. Точный контроль предотвращает повреждение проводника и обеспечивает прочное соединение интерфейсов для последующих этапов сборки.

шаг 7: окончательная металлизация и интеграция

Для завершения электрического интерфейса добавляется слой металлизации с обратной стороны. На этом этапе завершается формирование соединительного пути между установленными друг на друга кристаллами или перераспределительными слоями. Затем пластина может быть подвергнута процессам упаковки, в ходе которых она интегрируется в модули или многокристальные структуры. Механическая прочность и термическая стабильность TSV должны обеспечивать длительную работу в высокопроизводительных электронных устройствах.

варианты процесса tsv

Каждый вариант выбирается на основе архитектуры устройства, теплового бюджета и подхода к штабелированию.

преимущества высококачественного изготовления TSV

Качественно изготовленная TSV обеспечивает более высокие электрические характеристики и преимущества в плотности для современных микросхем. Более короткие пути уменьшают сопротивление и индуктивность, обеспечивая высокоскоростную передачу данных и низкое энергопотребление. Она также повышает эффективность 3D-стекирования за счет уменьшения площади, необходимой для маршрутизации. Производители, стремящиеся к компактным чипсетам, сенсорным матрицам или гетерогенной интеграции, полагаются на точную технологию TSV и решения таких партнеров, как плутоний может поддерживать стабильное развитие этих взаимосвязанных систем.

заключение

Изготовление кремниевых переходных отверстий требует контролируемого травления, точного проектирования диэлектриков, равномерной металлизации и тщательного утончения пластины. Каждый этап вносит вклад в электрическую стабильность и надежность конечной структуры. Поскольку все больше отраслей внедряют 3D-корпусирование и высокоплотную интеграцию, понимание основных этапов TSV становится ценным для оптимизации характеристик полупроводников. Высококвалифицированные технические партнеры, такие как плутоний может дополнительно поддерживать эти процессы с помощью передовых производственных и инженерных возможностей.