Novellus開(kāi)發(fā)全新TSV封裝銅底層技術(shù)
諾發(fā)系統(tǒng)(Novellus)日前宣布開(kāi)發(fā)出一套全新先進(jìn)的銅阻障底層物理氣相沉積(PVD)制程，其將用于新興的貫穿硅晶圓通路(TSV)封裝市場(chǎng)，該制程使用諾發(fā)INOVA平臺(tái)，并搭配特有的中空陰極電磁管(HCM)技術(shù)制造出高貼附性的銅底層。
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與傳統(tǒng)PVD方法在TSV的應(yīng)用相比，諾發(fā)的新技術(shù)可將厚度降低至原有的四分之一，該HCM TSV制程提供卓越的側(cè)壁及底部覆蓋，能使后續(xù)的TSV電鍍達(dá)成無(wú)洞填銅。
相對(duì)于傳統(tǒng)二維的接腳型芯片封裝技術(shù)，貫穿硅晶圓通路(Through Silicon Via-TSV)能夠進(jìn)行三維堆棧式封裝方式，也就是將多個(gè)芯片朝上相互堆棧以形成降低空間阻礙之三維結(jié)構(gòu)。此三維堆棧的芯片與短式含銅之TSV相互連接，因而產(chǎn)生更高的裝置速度以及較低的功耗。對(duì)于目前消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品而言，三維堆棧之TSV提供了更高之功能密度，以及更小的封裝機(jī)臺(tái)占地面積。
TSV的銅互聯(lián)是利用傳統(tǒng)的雙鑲嵌式沉積序列的物理氣相沉積銅阻障層，其依循著電化學(xué)填銅方式去制造支柱，以使芯片相互連接。與傳統(tǒng)相比，雙鑲嵌式銅互連結(jié)構(gòu)，其TSV圖形極深，在一些情況下最多可至200微米。此高長(zhǎng)寬比結(jié)構(gòu)使適形阻障層的沉積極具挑戰(zhàn)性，在后續(xù)的含銅TSV填充階段中，無(wú)適形阻障層擁有最小的側(cè)壁覆蓋力，并且會(huì)導(dǎo)致空洞的形成，因而直接影響了裝置的可靠性。
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傳統(tǒng)的TSV序列已經(jīng)找到了解決此問(wèn)題的幾種方法，其中一種方法即是藉由TSV蝕刻制程去放松長(zhǎng)寬比，以產(chǎn)生非垂直型的側(cè)壁，然而這卻增加了后續(xù)的物理氣相沉積之階段覆蓋力，它限制了最大可達(dá)之封裝密度；而另一種方法是沉積較厚的銅阻障層，期許在TSV功能內(nèi)能夠達(dá)到足夠的側(cè)壁覆蓋能力，盡管這會(huì)產(chǎn)生較高的耗材成本以及低系統(tǒng)輸送量，也因而導(dǎo)致一個(gè)昂貴的制造過(guò)程。
諾發(fā)系統(tǒng)的工程師開(kāi)發(fā)了一種基于HCM先進(jìn)銅屏障種子制程為T(mén)SV所應(yīng)用，其解決了技術(shù)上的挑戰(zhàn)和與傳統(tǒng)方法相關(guān)聯(lián)的高生產(chǎn)成本。創(chuàng)新的技術(shù)是基于物理氣相沉積制程腔體內(nèi)使用專(zhuān)利的環(huán)永磁鐵，而產(chǎn)生強(qiáng)的局部電離子場(chǎng)，其可產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)的離子密度于TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。另外，增加這個(gè)區(qū)域的離子密度，會(huì)讓較分散的濺鍍薄膜沉積在結(jié)構(gòu)的側(cè)邊，如此可得到一個(gè)更為完好的沉積，此完好的沉積過(guò)程消除了圓錐側(cè)壁的需要，并允許用于TSV應(yīng)用的沉積膜厚度要比典型PVD種子層薄四倍。
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諾發(fā)系統(tǒng)的先進(jìn)種晶制程可以于垂直側(cè)壁鍍2000A厚的銅種晶層，填滿(mǎn)在TSV 60微米深、10:1長(zhǎng)寬比的架構(gòu)下，并達(dá)到無(wú)孔洞的結(jié)果。傳統(tǒng)的物理氣相沉積方法需要一個(gè)8000A厚的種晶層來(lái)獲得相同結(jié)果。相對(duì)于傳統(tǒng)的物理氣相沉積方法，4倍薄的TSV種晶層使得系統(tǒng)輸送量大幅增加，并減少大于50%的耗材成本。
諾發(fā)系統(tǒng)半導(dǎo)體系統(tǒng)產(chǎn)品執(zhí)行副總裁Dr. Fusen Chen表示：「對(duì)于TSV三維技術(shù)在先進(jìn)的半導(dǎo)體封裝應(yīng)用上具有相當(dāng)?shù)男拍?，我們深相信其可解決技術(shù)和生產(chǎn)效率的挑戰(zhàn)。諾發(fā)系統(tǒng)新的先進(jìn)種晶制程解決了TSV整合上對(duì)銅的屏障及種晶兩部分的挑戰(zhàn)，并讓結(jié)果都導(dǎo)向一個(gè)薄、高適形薄膜，且滿(mǎn)足具有優(yōu)秀的物理氣相沉積系統(tǒng)輸送量」。
諾發(fā)表示，針對(duì)銅阻障底層應(yīng)用，該公司的INOVA NExT PVD系統(tǒng)以專(zhuān)利的中空陰極電磁管(HCM) IONX技術(shù)特色，提供高度覆蓋之阻障層與可調(diào)變的底層，可延續(xù)PVD技術(shù)至20納米及以下。
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