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TSV 互连具有缩短路径和更薄的封装尺⼨等优点，被认为是三维集成的核
术。 TSV 结构如下图所示，在硅板上面有加⼯完成的通孔;在通孔内由内到外
依次为电镀铜柱、绝缘层和阻挡层。绝缘层的作用是将硅板和填充的导电 材料
之间进⾏隔离绝缘，材料通常选用⼆氧化硅。由于铜原⼦在 TSV 制 造⼯艺流
程中可能会穿透⼆氧化硅绝缘层，导致封装器件产品性能的下降 甚⾄失效，⼀
般用化学稳定性较⾼的⾦属材料在电镀铜和绝缘层之间加⼯ 阻挡层。后是用
于信号导通的电镀铜。
在三维集成中 TSV 技术可分为三种类型:在 CMOS ⼯艺过程之前在硅片 上完成
通孔制作和导电材料填充的是先通孔技术;⽽中通孔，在CMOS制 程之后和后端
制程(BEOL)之前制作通孔。后⼀种后通孔技术是在 CMOS ⼯艺完成后但未
进⾏减薄处理时制作通孔。终技术⽅案的选择要 根据不同的⽣产需求。
在不同电流密度下的分阶段电沉积实验展示了动态的硅通孔
(TSV) 填充过程。通过控制外加电流密度，可以获得对应于
TSV填充结果的不同形貌。具体来说，低电流密度 (4 mA/
cm 2 ) 会导致接缝缺陷填充，中等电流密度 (7 mA/cm 2 ) 会导
致⽆缺陷填充，⽽⾼电流密度 (10 mA/cm 2 )) 导致空洞缺陷填
充。填充系数分析表明，电流密度对TSV填充模型的影响是
由添加剂和铜离⼦的消耗和扩散的耦合效应触发的。此外，
镀层的形态演变表明局部沉积速率受镀层⼏何特征的影响。
硅通孔 (TSV) 是⼀种很有前途的三维 (3D) 封装技术，具有
⾼性能、减小封装体积、低功耗和多功能等优点。在 TSV ⼯
艺中，通常使用铜电化学沉积 (ECD) 进⾏的通孔填充步骤占
总成本的近 40% 。作为 TSV 的核⼼和关键技术，以小化⼯
艺时间和成本的⽆缺陷填充备受关注。
目
在电沉积⼯艺之前，对 TSV 芯片进⾏预处理以排除通孔中的
空⽓并润湿种⼦层。，将 TSV 芯片放⼊吸瓶中并浸⼊去
离⼦⽔中。然后，使用⽔循环泵将抽吸瓶抽空⾄负⽓氛。在
负压下，通孔中的空⽓被推⼊样品片表面。此外，应用间歇
性超声振动去除表面⽓泡，直⾄⽆⽓泡出现，表明预处理完
成。因此，TSV芯片迅速移动到电镀槽中并保持静⽌⾜够长
的时间以确保电镀溶液在通孔内充分扩散。
TSV制作流程会涉及到深刻蚀、PVD、CVD、铜填充、微凸点及RDL电 镀、清
洗、减薄、键合等⼆⼗余种设备，其中通孔制作、绝缘层/阻挡层/ 种⼦层的沉
积、铜填充、晶圆减薄、晶圆键合等⼯序涉及的设备为关 键，在某种程度上
直接决定了TSV的性能指标。
电镀铜填充设备
很多成本模型显示，TSV填充⼯艺是整个⼯艺流程中昂贵的步骤之⼀。 TSV
的主要成品率损耗之⼀是未填满的空洞。电镀铜⼯艺作为合适的硅 通孔填充
技术受到业内的普遍关注，其关键技术在于TSV⾼深宽比(通常 ⼤于10:1)通孔的
全填充电镀技术。