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為了研究通過無缺口硅蝕刻和濕法清洗最后一種工藝形成的小通硅孔(TSVs)的有效性，我們制造了一個具有陣列的薄芯片，引入靜電卡盤級磁頭，抑制薄芯片的扭曲，通過采用軟材料凹凸，在低溫和低壓壓載下堆積芯片，對薄芯片的TSVs和Si區(qū)域進行堆疊，對堆疊的芯片進行了4端和菊花鏈的測量，我們的實驗證實，多層布線+TSV+凹凸連接表現(xiàn)出低電阻，菊花鏈完美連接多達38000個TSV。
作為一種實現(xiàn)小型，高速，高功能，低功耗電子系統(tǒng)的技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域有很多，其中之一是表面?zhèn)鞲行腿S結(jié)構(gòu)高性能傳感器系統(tǒng)，表面感測型傳感器芯片和信號處理電路芯片分別制造，并通過使用TSV和凸塊進行層壓連接，具有以下優(yōu)點:（1）容易采用與傳感器匹配的工藝/材料，并且容易提高傳感器的靈敏度；以及（2）由于布置的自由度增加，因此可以增加傳感器面積比；另一方面，為了實現(xiàn)這一點，需要以低成本和高產(chǎn)率形成許多精細TSV，并在縱向方向上連接它們。
為了實現(xiàn)這一系統(tǒng)，我們專注于通孔最后的TSV工藝，該工藝的數(shù)量很少，并且易于降低成本，到目前為止，在晶片水平上，已經(jīng)確認該工藝可以以高產(chǎn)率（約83%）形成直徑約6微米的精細TSV，為了進一步確認這種精細TSV的有效性，我們報告了以高密度陣列排列精細TSV的薄芯片的形成和實際層壓安裝的結(jié)果。
首先，對8英寸的Si晶片進行邊緣修整，通過3M晶片支撐系統(tǒng)，通過UV固化液體粘合劑將晶片安裝在支撐玻璃上，然后使用研磨拋光機DGP8761HC，通過Si研磨和CMP將具有三層鋁銅布線的晶片減薄至約26微米，然后使用FRA-5500iZa進行TSV形成光刻，此后，使用高速Si深蝕刻裝置RIE-800iPB，通過博世工藝蝕刻Si，然后優(yōu)化蝕刻時間以抑制凹槽的產(chǎn)生，然后使用反應(yīng)離子蝕刻裝置RIE-10NR進行二氧化硅蝕刻，使用的氣體是氟甲烷和氧氣的混合氣體，在通過灰化去除抗蝕劑之后，使用低溫CVD裝置PD―200STP形成TSV的側(cè)壁氧化膜，使用的氣體為TEOS+O2，成膜溫度為150℃，此后再次使用反應(yīng)離子蝕刻裝置RIE-10NR進行回蝕，以去除TSV底部的氧化膜，通過使用特殊的堿性清潔液對暴露的第一金屬層進行濕法清潔，以清潔第一金屬層（鋁銅）的表面。該清潔液主要具有去除鋁的氟化合物的效果，并且具有幾乎不蝕刻第一金屬層（鋁銅）的表面本身的特征，在通過使用電離濺射裝置進行Ar離子清潔之后，在相同的真空中進行鈦銅的連續(xù)膜沉積，最后通過銅電解電鍍填充銅之后，進行銅和鈦的CMP，在各芯片上形成直徑6μm的TSV陣列，通過電解電鍍方法在TSV上形成相對軟的銅-鎳-焊料凸塊，最后形成的銅-鎳-焊料凸塊的直徑為8微米，高度為6微米。
圖3顯示的是上部芯片和下部芯片的光學顯微鏡照片，上尖端為2 毫米×11毫米×0.026 毫米，下尖端為4.5 毫米×17.5 毫米×0.625毫米，通過層壓這兩個芯片，構(gòu)成4端子測量圖案和具有76×500（38,000）個TSV陣列的菊花鏈圖案，并且可以測量多層布線+TSV+凸塊連接部分的電阻和菊花鏈的電阻。
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圖3
在該測量中，由于測量的布線是上芯片中的第三層布線和下芯片中的第一層布線，因此獲得的值是銅-鎳-焊料凸塊連接部分、TSV和多層布線的組合電阻，在薄芯片的四個位置進行測量的結(jié)果是102至112 MΩ，大致接近理論值。
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圖6
圖6顯示的是包含38000個TSV以及凸塊連接部的菊花鏈的測量結(jié)果，結(jié)果顯示，菊花鏈被分成多個部分（1-5000，5000-10000，10000-15000，15000-20000，20000-25000，25000-30000，30000-35000，35000-38000），每個部分的電阻值被測量為TSV數(shù)（凸塊連接數(shù)）和電阻的累積值，從圖中可以看出，TSV數(shù)與電阻的累積值大致呈線性關(guān)系，因此薄芯片面內(nèi)的電阻是均勻的。 此外，可以看出菊花鏈完全電連接到38,000個TSV。
為了證實通過vialast TSV工藝第一金屬層的無切口硅蝕刻和濕法蝕刻形成的精細TSV的有效性，形成精細TSV以高密度陣列排列的薄芯片，隨著相對較軟的銅-鎳-焊料凸塊的引入、靜電卡盤工作臺頭的引入以及低負載和低溫安裝的實施，薄芯片的翹曲得到了糾正，并且能夠被均勻地層壓并且沒有損壞。此外，作為4端子測量和菊花鏈測量的結(jié)果，確認多層布線+ TSV +凸塊連接部分的電阻值小，并且菊花鏈完全電連接(38000引腳)。這一結(jié)果有助于實現(xiàn)表面?zhèn)鞲行腿S傳感器系統(tǒng)。