ТСВ кључни интерфејс материјали и процеси

ТСВMисправљањеTЕцхнологи

У ТСВ производној технологији укључује и суштину и изолациони садржај који се односи на то у ТСВ производној технологији.

Поред тога, три главне везе производње ТСВ-а: преградни слој, семенски слој и попуњавање ЦУ такође одређују поузданост и трошкове.

Овај чланак је описан на следећи начин:

Слој адхезије и дифузијски преградни слој

Седнички слој

Провођење пуњења материјала

Слој адхезије и дифузијски преградни слој

У процесу производње ТСВ-а, слој адхезије и дифузијски преградни слој су кључни функционални интерфејсе између металне ЦУ колоне и диелектричног слоја и њихов избор и поступци о уклањању материјала директно одређују дугорочну поузданост и процесуиенци.

Unlike planar interconnects, TSV's high aspect ratio structure places special requirements on the barrier layer: in addition to excellent Cu diffusion blocking ability, it is also necessary to solve the problem of conformal deposition in deep pores while balancing the stress of the film to avoid cracking or peeling. At present, the mainstream material system is dominated by tantalum (Ta)/tantalum nitride (TaN) and titanium (Ti)/titanium nitride (TiN), among which Ta-based materials have become the preferred scheme for high aspect ratio TSV due to their low resistivity (~20μΩ·cm), high step coverage ability and electromigration resistance. Ti-based materials have the advantages of strong adhesion to the SiO₂ dielectric layer (peel strength >5Ј / м²) и низак стрес (<100MPa), which are suitable for scenarios with strict mechanical reliability requirements.

Основна функција дифузијских баријерских слојева је блокирати продирање ЦУ атома у силицијумску подлогу - дифузијски коефицијент ЦУ у СИ је висок као 10⁻¹⁴цм² / с. Стога, слој блокирања мора да задовољи више показатеља перформанси: Прво, аморфне структуре (као што су преплануле) могу да елиминишу путању дифузије зрна и постижу ефикасну блокирање на дебљини под-10нм; Друго, у ТСВ-у са омјером дубине до ширине више од 20: 1, преградни слој је потребно континуирано прекривен процјеном или МОЦВД процесом, међу којима је магнетрон гужва у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом у комбинацији са цилиндричном циљном технологијом може повећати корак са цилиндричном циљном технологијом. Поред тога, танка филмска контрола стреса је пресудна - интринзични стрес произилази из неусклађености решетке (нпр. Стоициометријска девијација између таложења ТА и Н-а), док је топлотни стрес узрокован разликом термичког коефицијента метала (ЦТЕ ~ 8ппм / к) и суштинским стресом (ЦТЕ ~ 3ппм / к), а укупни стрес мора бити смањен на мањи од 150МПА. оптимизација (нпр.

It is worth noting that there is a significant difference in the demand for barrier layers between TSV and planar interconnects: in planar interconnects, the thickness of the barrier layer at the 65nm node is 10nm, which accounts for 35% of the interconnect section, forcing the industry to develop ultra-thin barrier layers (such as Ru-based materials); Due to the large cross-sectional size (diameter >1μм), дебљина баријерског слоја може достићи наређење 100НМ, а нема потребе да преживљава дебљину, али уместо тога усредсредите се на способност усаглашености и оптимизацију адхезије у дубокој рупи. На пример, процес модулираног пљувања НХХ може увести нерасположене реакције током преплане да би побољшали везујућу енергију са сијаним диелектричним слојем док смањују храпавост бочног зида на мање од 0,5 нм.

У погледу динамике индустрије, таложење атомског слоја (АЛД) -Тан Процес недавно развијен од стране ИМЕЦ-а постиже уједначено покривање ТСВ унутрашњег преградног слоја дубине и ширине од 30: 1 кроз цикличне наизменичне прекурсор махуне (ТА (НМЕ "₅ и нх₃)<2%; The new ionized sputtering technology launched by Applied Materials reduces the resistivity of TaN films to 25μΩ·cm, which is 30% higher than the traditional process. In addition, for GaN and other wide bandgap semiconductor TSV applications, the low-temperature (<200°C) TaN deposition solution developed by Tokyo Electron has passed the -55~150°C thermal cycling test, providing a reliable solution for third-generation semiconductor 3D integration.

Седнички слој

In the TSV manufacturing process, the seed layer is the key conductive interface between the plating Cu column and the diffusion barrier layer, and its material selection and deposition quality directly determine the reliability of the plating filling and the electrical properties of the device. Unlike planar interconnects, TSV's high aspect ratio structure places special demands on the seed layer: in addition to low resistivity and good crystal orientation control, it also needs to solve the problem of continuous coverage in deep holes while balancing film stresses to avoid cracking or peeling. At present, the mainstream material system is dominated by cobalt (Co), ruthenium (Ru) and copper (Cu), among which Co has become the preferred solution for high aspect ratio TSV due to its high adhesion (peel strength >3Ј / м²) и низак стрес (<50MPa) with the TaN barrier layer. Ru-based materials, on the other hand, have high conductivity (~7μΩ·cm) and anti-electromigration characteristics, making them suitable for high-frequency application scenarios.The core function of the seed layer is to provide a uniform cathode potential for the plating Cu and control the crystal orientation of the plating to reduce stress. In planar interconnects, the thickness of the blocking layer needs to be compressed to less than 2.4nm at the 32nm node, forcing the seed layer to develop towards ultra-thinning. However, due to the large cross-sectional size (diameter > 1μm), the thickness of the seed layer can reach the order of 100-200nm, which does not need to be over-compressed and focuses on the continuous coverage ability in the deep hole. For example, when using the physical vapor deposition (PVD) process, TSVs with a depth-to-width ratio of more than 20:1 are prone to the absence of the bottom seed layer or discontinuity below the spike, and the step coverage rate needs to be increased to more than 90% through process optimization (such as tilt angle deposition and multi-target collaborative sputtering).

Вриједно је напоменути да постоји значајна разлика у захтевима семенског слоја између ТСВ-а и Планар Интерцоннецт-а: у Планар Интерцоннецт-у, технологија за преклапање без семенки, почела је да буде истражена испод 45нм чвора, који поједностављује процес корак за 30% директно депоновање Цу-а на површини лимара; Међутим, процес масовног производње ТСВ-а још увек се мора ослонити на семенски слој како би се осигурало стабилност преласка, посебно када је однос аспекта прелази 30: 1, а технологија побољшања семена (као што је поправку за механичку полирање (ЦМП) постаје неопходна средства.

0020-42287 ПЛАТЕ Перф 8инцх ЕЦ ВКСЗ

Провођење пуњења материјала

У процесу производње ТСВ-а, пуњење материјала, као основна веза да би се постигла вертикално повезивање, увек је прво рангирала у погледу техничких потешкоћа и трошкова. Еволуцијом 3Д интегрисаних склопова на мање чворове (попут испод 3НМ), пречник ТСВ-а је компримиран на 0,8-1,6 μм, а однос аспекта је премашио 20: 1, који напредује крајње захтеве за процес пуњења. Тренутно управљање раствором и даље доминира електроплирајући бакар (ЦУ), али његова сложеност процеса далеко прелази то од традиционалног дамаск процеса - процењује се да кошта више од 40% укупне производне трошкове ТСВ-а, а време пуњења је и до више сати у производњи.

Основни изазов слепог отвора лежи у физичким ограничењима узрокованим високим односом аспекта: Прво, провођење ИОН-а у дубокој рупи је блокиран, а концентрација Цу² "смањује градијентно са отварања до дна, што је донијело довољну стопу или празнине. Друго, семенски слој депозита ПВД-а склон је дисконтинуитињу када омјер аспекта прелази 5: 1, који додатно погоршава оштећење прекривања. Поред тога, лоша површинска влажење доводи до задржавања мехурића, концентрисана густина струје на отвору узрокује да се појача "гљива", а јама у облику печурке формира се у централном подручју, која траје више од 30% додатног времена за наредни ЦМП. Да би решили ове проблеме, индустрија усваја мулти-адитивни систем (као што је ГЛОЧИНИ ПВ1000) са пулсираним обрнутим навлашћењем за постизање пуњења "одоздо према горе" сузбијањем стопе таложења на отварању. Истовремено, у вакуумским преношењима и ултразвучно-помоћно-технологију влажења могу повећати стопу уклањања мехурића унутар слепе рупе на 95% да би се осигурало јединствено продор раствора за клањање.

0021-02983 Ткз Иннер Схиелд

Као додатна шема, кроз рупу електроплатирање ефикасно избегава проблем ионског превоза у дубоким витама претварањем слепих висара у рупе и коришћењем попречних заптивача таложења и једносмерно пуњење. Иако овај процес захтева додатне вафле прорјеђивање и двостране кораке одлагања, може постићи не-шупљиту попуњавање односом дубине до ширине дубине до ширине дубине више од 30: 1 и смањење зависности од додатака раствора за опложавање. На пример, двокреветна опрема за прекривање развијене под наношењем материјала, у комбинацији са пролазним технологијом заптивача и динамичка струја, смањује време пуњења за 40%, истовремено контролише дебљину слоја прекомерне плоче у року од 2 μм, значајно поједностављује процес ЦМП-а.