做3D封装和TSV(硅通孔)的朋友都懂,遇到无空白区域的晶圆简直头大!传统方法要先涂胶、曝光、显影,

再用等离子体刻蚀去除划片道的金属和介质层,

步骤繁琐到让人崩溃,而且等离子体刻蚀金属的速度超慢,效率低还耗成本,设备和材料要求还高,中小企业根本扛不住。

好在西安微电子技术研究所的团队公开了一项专利,直接用“刀具/激光开槽+氧化硅沉积+精准刻蚀”的组合拳,

代替传统繁琐工艺,

轻松搞定无空白区域晶圆的TSV制作,流程简化一半,成本还大幅降低,简直是行业人的福音!

一、先吐个槽:传统工艺的3大坑,谁做谁知道

无空白区域的晶圆没有多余空间,做TSV前必须先去掉划片道的金属和介质层,传统方法真的太坑了:

  • 流程繁琐到抓狂:要涂胶、曝光、显影、刻蚀一步步来,每个步骤都要精准控制,稍微出错就前功尽弃;

  • 效率低到想哭:等离子体刻蚀金属的速率特别慢,光去除这层金属就要花大量时间,产能根本上不去;

  • 成本居高不下:要做专用光刻板,材料和设备维护成本高,小批量生产根本不划算。

这些问题直接导致无空白区域晶圆的TSV制作门槛高,很多企业想做却望而却步。

二、专利核心方案:3步搞定TSV,每步都有巧思

这套工艺的核心逻辑特别简单:用“物理去除”代替“化学刻蚀”,先快速去掉划片道的金属和介质层,

再通过沉积和刻蚀做TSV,全程3大步,步骤清晰还不用复杂设备:

第一步:刀具/激光开槽,快速去掉金属和介质层

这一步直接颠覆传统工艺!不用光刻刻蚀,而是用刀具或激光,沿着划片道开槽,

把下方的金属(比如铜、铝)和介质层(氧化硅、氮化硅)一次性去掉:

    • 用刀具的话:切割速度控制在 5~10mm/s(比如实施例里用 8mm/s),槽深要比金属 + 介质层的总厚度大 0.5~5μm,确保去干净(比如总厚度 4.5μm,槽深就设 6μm);
    • 用激光的话:激光能量调到 2~3.5W,靠激光烧灼直接去除目标层,效率比刀具还快。
    • 关键:槽宽不用太精准,能覆盖划片道就行(比如实施例里宽 80μm),重点是把金属和介质层去彻底。

    第二步:沉积氧化硅,填平凹槽还能当基底

    开槽后晶圆表面会有凹槽,接下来用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)或SACVD(次常压化学汽相沉积),

    在晶圆表面沉积一层氧化硅:

    • 核心比例:氧化硅厚度D1和“划片道+开槽”的总深度D2,差值要在-3~6μm之间(简单说就是氧化硅最好能完全盖住凹槽,哪怕稍微薄一点也没关系);

    • 作用:一方面填平开槽留下的坑,让晶圆表面初步平整;另一方面形成均匀的氧化硅层,为后续刻蚀TSV做基底。

    第三步:平坦化+光刻+刻蚀,精准做出TSV

    这一步就是TSV的常规收尾,但衔接得特别丝滑:

    1. 平坦化:用 CMP(化学机械抛光)把氧化硅表面磨平,确保整个晶圆表面都是平整的氧化硅材料,没有凸起或凹陷;
    2. 光刻:涂一层 AZ4620 型号的光刻胶(厚度 5~20μm,实施例里用 10μm),曝光显影后,把要做 TSV 的区域露出来;
    3. 刻蚀:先干法刻蚀氧化硅(温度 5~30℃,压力 20~60mTorr,气体用 25%~35% 的 C4F8+65%~75% 的 Ar),
      再用等离子体干法刻蚀硅(温度 - 10~30℃,压力 10~50mTorr,气体用 55%~70% 的 SF6+30%~45% 的 C4F8,
      最后就能做出直径5~30μm、深度 25~300μm 的 TSV。

    三、为啥说这套工艺是“行业救星”?3大核心优势太实在

    1. 流程简化,告别繁琐:不用做光刻板,不用反复涂胶曝光显影,一步开槽就能去掉金属和介质层,

      流程至少减少一半,新手也能快速上手;

    2. 成本大降,中小企业友好:省去光刻板制作费、复杂刻蚀的设备损耗,刀具/激光开槽成本低,

      而且效率比等离子体刻蚀快太多,产能直接提升;

    3. 适配性强,不挑材料:不管划片道的金属是铜、铝、钨,介质层是氧化硅、氮化硅还是碳化硅,

      都能靠刀具或激光去掉,不用针对性调整工艺。

    四、实际应用价值:3D封装的“刚需工艺”

    现在电子设备越来越小型化、高密度化,3D IC和先进封装的需求越来越大,

    无空白区域的晶圆因为集成度高,应用越来越广。这套工艺刚好解决了这类晶圆做TSV的核心痛点,

    不仅能用于高密度封装,还能适配小型化器件的生产,让企业在3D封装赛道更有竞争力。