Novellus开发全新TSV封装铜底层技术

Novellus开发全新TSV封装铜底层技术

诺发系统(Novellus)日前宣布开发出一套全新先进的铜阻障底层物理气相沉积(PVD)制程，其将用于新兴的贯穿硅晶圆通路(TSV)封装市场，该制程使用诺发INOVA平台，并搭配特有的中空阴极电磁管(HCM)技术制造出高贴附性的铜底层。
 
与传统PVD方法在TSV的应用相比，诺发的新技术可将厚度降低至原有的四分之一，该HCM TSV制程提供卓越的侧壁及底部覆盖，能使后续的TSV电镀达成无洞填铜。

相对于传统二维的接脚型芯片封装技术，贯穿硅晶圆通路(Through Silicon Via-TSV)能够进行三维堆栈式封装方式，也就是将多个芯片朝上相互堆栈以形成降低空间阻碍之三维结构。此三维堆栈的芯片与短式含铜之TSV相互连接，因而产生更高的装置速度以及较低的功耗。对于目前消费类电子产品而言，三维堆栈之TSV提供了更高之功能密度，以及更小的封装机台占地面积。

TSV的铜互联是利用传统的双镶嵌式沉积序列的物理气相沉积铜阻障层，其依循着电化学填铜方式去制造支柱，以使芯片相互连接。与传统相比，双镶嵌式铜互连结构，其TSV图形极深，在一些情况下最多可至200微米。此高长宽比结构使适形阻障层的沉积极具挑战性，在后续的含铜TSV填充阶段中，无适形阻障层拥有最小的侧壁覆盖力，并且会导致空洞的形成，因而直接影响了装置的可靠性。
 
传统的TSV序列已经找到了解决此问题的几种方法，其中一种方法即是藉由TSV蚀刻制程去放松长宽比，以产生非垂直型的侧壁，然而这却增加了后续的物理气相沉积之阶段覆盖力，它限制了最大可达之封装密度；而另一种方法是沉积较厚的铜阻障层，期许在TSV功能内能够达到足够的侧壁覆盖能力，尽管这会产生较高的耗材成本以及低系统输送量，也因而导致一个昂贵的制造过程。

诺发系统的工程师开发了一种基于HCM先进铜屏障种子制程为TSV所应用，其解决了技术上的挑战和与传统方法相关联的高生产成本。创新的技术是基于物理气相沉积制程腔体内使用专利的环永磁铁，而产生强的局部电离子场，其可产生一个增强的离子密度于TSV结构的侧壁上。另外，增加这个区域的离子密度，会让较分散的溅镀薄膜沉积在结构的侧边，如此可得到一个更为完好的沉积，此完好的沉积过程消除了圆锥侧壁的需要，并允许用于TSV应用的沉积膜厚度要比典型PVD种子层薄四倍。
 
诺发系统的先进种晶制程可以于垂直侧壁镀2000A厚的铜种晶层，填满在TSV 60微米深、10:1长宽比的架构下，并达到无孔洞的结果。传统的物理气相沉积方法需要一个8000A厚的种晶层来获得相同结果。相对于传统的物理气相沉积方法，4倍薄的TSV种晶层使得系统输送量大幅增加，并减少大于50%的耗材成本。

诺发系统半导体系统产品执行副总裁Dr. Fusen Chen表示：「对于TSV三维技术在先进的半导体封装应用上具有相当的信念，我们深相信其可解决技术和生产效率的挑战。诺发系统新的先进种晶制程解决了TSV整合上对铜的屏障及种晶两部分的挑战，并让结果都导向一个薄、高适形薄膜，且满足具有优秀的物理气相沉积系统输送量」。

诺发表示，针对铜阻障底层应用，该公司的INOVA NExT PVD系统以专利的中空阴极电磁管(HCM) IONX技术特色，提供高度覆盖之阻障层与可调变的底层，可延续PVD技术至20纳米及以下。