TSV lykilviðmótsefni og ferli

TSVMFramleiðslaTBræðslu

Í TSV framleiðslutækni felur það bæði í sér etsingu og einangrunartengt efni í TSV framleiðslutækni.

Að auki ákvarða þrír helstu tenglar TSV framleiðslu: hindrunarlag, frælag og Cu fyllingu einnig áreiðanleika og kostnað.

Þessari grein er lýst á eftirfarandi hátt:

Viðloðunarlag og dreifingarhindrunarlag

Frælag

Leiðandi efni fylling

Viðloðunarlag og dreifingarhindrunarlag

Í TSV framleiðsluferlinu eru viðloðunarlagið og dreifingarhindrunarlagið lykilvirkni viðmót milli málm Cu dálksins og dielectric lagsins, og efnisval þeirra og útfellingarferli ákvarða beint langtíma áreiðanleika og aðferðir við samþættingu tækisins.

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) og lítið álag (<100MPa), which are suitable for scenarios with strict mechanical reliability requirements.

Kjarnavirkni dreifingarhindrunarlagsins er að hindra skarpskyggni Cu atómanna í kísil undirlagið - dreifingarstuðull Cu í Si er allt að 10⁻¹⁴cm²/s. Þess vegna þarf blokkunarlagið að uppfylla marga frammistöðu vísbendinga: í fyrsta lagi, myndlaus mannvirki (svo sem sólbrúnn) geta útrýmt dreifingarleið kornamörkanna og náð árangursríkri lokun við þykkt undir-10nm; Í öðru lagi, í TSV með dýptar-til breiddarhlutfalls meira en 20: 1, þarf stöðugt að hylja hindrunarlagið með sputtering eða MOCVD ferli, þar sem magnetron sputtering ásamt sívalur marktækni getur aukið skrefþekju í meira en 95%. Að auki er þunn filmu streitustjórnun áríðandi - eðlislæg streita stafar af misræmi í grindum (td hitauppstreymis fráviki á milli Ta og N við sólbrúnan útfellingu), meðan varmaálag stafar af mismuninum á hitauppstreymistuðul milli málms (CTE ~ 8ppm/k) og Silicon undirlag (CTE ~ 3PPM/K), og heildarálagið þarf að vera til að draga úr því að vera minni til að draga úr í gegnum 150m í gegnum feril/k) og heildarálagið þarf að vera að vera að draga til að vera að draga úr því að vera til að draga úr því að gera það að því Hagræðing breytu (td sputtering afl, hvarfefni hitastig).

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), þykkt hindrunarlagsins getur náð röð 100 nm og það er engin þörf á að ofbjóða þykktina, heldur einbeita sér í staðinn að samræmi getu og viðloðun hagræðingar í djúpu gatinu. Sem dæmi má nefna að NH₃ mótað sputtering ferli getur sett nitriding viðbrögð við sólbrúnu útfellingu til að bæta bindandi orku með sio₂ dielectric laginu en draga úr ójöfnur hliðarveggsins í minna en 0,5nm.

Hvað varðar gangverki iðnaðarins, nær Atomic Layer-útfellingin (ALD) -TAN ferli sem nýlega var þróað af IMEC jafna umfjöllun um TSV Inner Barrier lagið með dýpi og breiddarhlutfalli 30: 1 með hringlaga skiptisfrágangi (TA (NME₂) ₅ og NH₃), með þykktfrádrætti (TA (NME₂)<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.

Frælag

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) og lítið álag (<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).

Þess má geta að verulegur munur er á kröfum frælagsins milli TSV og Planar samtengingar: í planar samtengingu er byrjað að kanna frælaus lagatækni fyrir neðan 45nm hnútinn, sem einfaldar ferlið skref um 30% með því að setja Cu beint á yfirborð TIN hindrunarlagsins; Samt sem áður þarf fjöldaframleiðslu TSV enn að treysta á frælagið til að tryggja stöðugleika málningarinnar, sérstaklega þegar stærðarhlutfallið fer yfir 30: 1, og fræ lagunartækni (svo sem efnafræðileg vélræn fægja (CMP) viðgerð áður en rafskemmdar) verður nauðsynleg leið.

0020-42287 Plate Perf 8 tommu EC WXZ

Leiðandi efni fylling

Í TSV framleiðsluferlinu hefur leiðandi efnisfylling, sem kjarnatengillinn til að ná lóðréttri samtengingu, alltaf verið í fyrsta sæti hvað varðar tæknilega erfiðleika og kostnað. Með þróun 3D samþættra hringrásar í smærri hnúta (svo sem undir 3nm) hefur TSV þvermál verið þjappað í 0,8-1,6μm, og stærðarhlutfallið hefur farið yfir 20: 1, sem setur fram endanlegar kröfur um fyllingarferlið. Núverandi almennu lausn er enn einkennd af rafhúðandi kopar (Cu), en ferli þess flækjustig er langt umfram það hefðbundið Damaskus ferli - það er áætlað að Cu -málmhúðarkostnaður sé meira en 40% af heildar framleiðslukostnaði TSV og fyllingartíminn sé upp í nokkrar klukkustundir og verði flöskuflösku í framleiðslugetu.

Kjarnaáskorunin um blindholun liggur í líkamlegum takmörkunum sem stafar af háu hlutfalli: Í fyrsta lagi er jónaflutningurinn í djúpu holunni lokað og Cu²⁺ styrkur minnkar stigann frá opnuninni til botns, sem leiðir til ófullnægjandi útfellingarhraða neðst og auðvelt að mynda holrúm eða eyður. Í öðru lagi er frælag PVD útfellingar viðkvæmt fyrir óstöðugleika þegar stærðarhlutfallið fer yfir 5: 1, sem eykur enn frekar málmgalla. Að auki leiðir léleg yfirborðsvirki til kúlu varðveislu, einbeittur straumþéttleiki við opnunarstigið veldur „sveppahöfuð“ bungu og skúrulaga gryfja myndast á miðsvæðinu, sem tekur meira en 30% viðbótartíma fyrir síðari CMP. Til að leysa þessi vandamál samþykkir iðnaðurinn marghliða kerfi (svo sem PW1000 hjá Enthone) með pulsed öfugri málun til að ná „botni upp“ með því að bæla útfellingarhlutfallið við opnunina. Á sama tíma getur forvarnarmeðferð og ultrasonic-aðstoðar bleytutækni aukið bólguhraða í blindholinu í 95% til að tryggja samræmda skarpskyggni málmlausnarinnar.

0021-02983 TXZ Inner Shield

Sem viðbótaráætlun forðast rafhúðun í gegnum holu í raun vandamálið við jónflutninga í djúpum vias með því að umbreyta blindum vias í í gegnum holur og nota þversniðs innsiglingu og einátta fyllingu. Þrátt fyrir að þetta ferli þurfi viðbótarþynningu og tvíhliða útfellingarþrep, getur það náð fyllingu án þess að hafa dýpt-til breiddarhlutfalls meira en 30: 1 og dregið úr ósjálfstæði af aukefnum úr málun lausnar. Sem dæmi má nefna að tvíátta málningarbúnaðinn þróaður með beittum efnum, ásamt þéttingartækni í gegnum holu og kraftmikla núverandi reglugerð, dregur úr fyllingartíma um 40% en stjórnað þykkt of-platandi lagsins innan 2 μm, sem einfaldar CMP ferlið verulega.