TSV Key sučelje i procesi sučelja

TSVMnepromjenljivTehnologija

U tehnologiji proizvodnje TSV-a uključuje i sadržaj za jetkanje i izolaciju u TSV-u u TSV tehnologiji za proizvodnju.

Pored toga, tri glavne veze proizvodnje TSV-a: barijerski sloj, sloj sjemena i punivanje Cu također određuju pouzdanost i trošak.

Ovaj je članak opisan na sljedeći način:

Sloj za prijavu i difuzijski sloj barijere

Sjemenski sloj

Provodni materijal punjenje

Sloj za prijavu i difuzijski sloj barijere

U TSV proizvodnom procesu sloj adhezijskog i difuzijskog barijera su ključni funkcionalni sučelja između metalnog stupca CU i dielektričnog sloja i postupak njihovog materijala i poteškoća u izravnoj provjeri uređaja.

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 >5J / m²) i nizak stres (<100MPa), which are suitable for scenarios with strict mechanical reliability requirements.

Osnovna funkcija difuzijskog pregradnog sloja je blokiranje prodora atoma CU u silikonski supstrat - koeficijent difuzije CU u Si iznosi 10⁻¹⁴cm² / s. Stoga bi blokirani sloj mora ispuniti više pokazatelja performansi: Prvo, amorfne strukture (poput preplanulog) mogu eliminirati putanju difuzijskog zrna i postizanje efikasnog blokiranja u debljini sub-10nm; Drugo, u TSV-u sa omjerom dubine do širine više od 20: 1, pregradni sloj treba kontinuirano prekrivati probujem ili MOCVD procesom, među kojima se magnetronski prskanje u kombinaciji sa cilindričnom ciljnom tehnologijom može povećati pokrivenost koraka na više od 95%. Pored toga, tanki filmski kontrola filma je presudna - antenski stres proizlazi iz rešetke (npr. Stoichiometrijski odstupanje između tamnog taloženja), dok se termički stres uzrokuje između metala (CTE ~ 3ppm / k) i ukupni stres kroz parametar za manje od 150 MA Optimizacija (npr., prskanje snage, temperatura supstrata).

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 >1μm), debljina barijere može dostići narudžbu od 100nm, a nema potrebe da se ne pretjeruje na debljinu, ali umjesto toga fokusirajte se na sposobnost sukladnosti i optimizaciju adhezije u duboku rupu. Na primjer, NH₃ modulirani proces prskanja može uvesti nitridske reakcije tokom taloženja za poboljšanje obvezujuće energije sa sifrektnim slojem Sio₂, uz smanjenje hrapavosti bočnih zidova na manje od 0,5nm.

U pogledu dinamike u industriji, atomski taložnik (ALD) -Tan koji je nedavno razvio IMEC postiže jedinstvenu pokrivenost barijera TSV-a sa omjerom dubine i širine od 30: 1 kroz ciklički naizmjenični prekursor (TA (NME) ₅ i NH₃), s debljinom odstupanja od<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.

Sjemenski sloj

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 >3J / m²) i nizak stres (<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).

Vrijedno je napomenuti da postoji značajna razlika u zahtjevima sjemenskog sloja između TSV-a i Planar Interconnect: Na ravnom međusobnom susretu počela je istražiti tehnologija sloja za sjeme, koja pojednostavljuje proces za 30% izravno polaganjem CU na površini limenog barijera; Međutim, proces masovnog proizvodnje TSV-a i dalje se mora osloniti na sloj sjemena kako bi se osigurala stabilnost obloga, posebno kada omjer slike premaši 30: 1, a tehnologija za poboljšanje sjemenskog sloja (kao što je hemijsko mehaničko poliranje (CMP) prije elektroplatenja) postaje neophodno sredstvo.

0020-42287 Plow Perf 8inch EC WXZ

Provodni materijal punjenje

U TSV proizvodnom procesu, provodni materijal punjenje, kao osnovna veza za postizanje vertikalne interkonekcije, prvi je rangiran u pogledu tehničke poteškoće i troškova. Uz evoluciju 3D integriranih krugova na manje čvorove (poput ispod 3nm), TSV prečnik komprimiran na 0,8-1,6 μm, a odnos aspekta je premašio 20: 1, koji vrši krajnje zahtjeve za postupak punjenja. Trenutno glavno rješenje i dalje dominira elektroplativ (CU), ali njegova složenost procesa daleko prelazi da je tradicionalni proces Damask - procijenjeno da Cu prebrojavanje košta više od 40% ukupne proizvodnje TSV-a, a vrijeme punjenja je i do nekoliko sati, postajući usko grlo u proizvodnom kapacitetu.

Osnovni izazov slijepe rupe nalazi se u fizičkim ograničenjima uzrokovanim omjerom visokog aspekta: prvo, ion transport u dubokoj rupi je blokiran, a koncentracija CU²), što je rezultiralo nedovoljnom stopom taložnosti na dnu i jednostavne za oblikovanje šupljina ili praznina. Drugo, sloj sjemena PVD-a skloni je diskontinuitetu kada aspekt premašuje 5: 1, što dodatno pogoršava nedostatke obloga. Pored toga, loša površinska vetabilnost dovodi do zadržavanja mjehurića, koncentriranu gustoću tekućine na otvaranju "glava gljiva", a u središnjem području formirana je jama u obliku tanjire u središnjem području, koja traje više od 30% dodatnog vremena za naknadno CMP. Da bismo riješili ove probleme, industrija usvaja multi-aditivni sistem (kao što je endhoneov PW1000) sa pulsnim obrnim obrnim oblogom za postizanje "odozdo prema gore" punjenjem suzbijanjem brzine taloženja na otvoru. Istovremeno, vakuumna obrada i ultrazvučna tehnologija za vlaženje može povećati brzinu uklanjanja mjehurića unutar slijepe rupe na 95% kako bi se osigurala ravnomjerna prodiranja otopine za oblaganje.

0021-02983 TXZ unutrašnji štit

Kao dodatna shema, elektroplatiranje kroz rupe učinkovito izbjegava problem ionskog transporta u dubokim vilju, pretvaranjem slijepih vijaka u rupe i korištenje poprečnog zaplijenog zaptivanja i jednosmjernog punjenja. Iako ovaj proces zahtijeva dodatni koraci tanjine i dvostruke taloženja, može postići punjenje bez šupljine omjerom dubine do širine dubine više od 30: 1 i smanjiti ovisnost o dodacima za rešenje. Na primjer, dvosmjerna oprema za oblaganje razvijene su primijenjenim materijalima, u kombinaciji s tehnologijom za brtvljenje rupa i dinamičkim trenutnim regulacijom, smanjuje vrijeme punjenja za 40%, dok kontrolira debljinu sloja prekomjerne ploče unutar 2 μm, značajno pojednostavljujući CMP proces.