周苗淼，张雨，沈喜训，徐群杰, *

（1.上海电力大学，上海 200090；2.上海市电力材料防护与新材料重点实验室，上海 200090；3.上海热交换系统节能工程技术研究中心，上海 200090）

随着集成电路(IC)及微机电系统(MEMS)工艺的不断发展，芯片继续以等比例缩小的方式来提高集成度已经接近极限，三维芯片封装成为延续摩尔定律的最佳选择。以硅通孔(TSV)互连为特征的三维集成封装技术已受到芯片封装行业的广泛认可。该技术在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制造垂直通道，并通过金属填充通道来实现芯片之间的垂直互连。如图1所示，与传统横向互连技术相比，TSV技术只在垂直方向进行通孔互连，连线的长度可以缩短至与芯片厚度相等。这样，一方面缩短了信号的传输路径，减小电阻以及信号传输过程中的寄生效应和延迟时间，从而降低功耗；另一方面减少了互连结构在芯片上的面积，缩小了封装尺寸，在相同面积下形成的堆叠结构具有更好的性能和更多的功能。因此，TSV技术已经被称为继引线键合、载带键合和倒装芯片之后的第四代半导体封装技术[1-3]。

图1 3D硅通孔互连封装与传统芯片封装技术的示意图[4]Figure 1 Schematic diagram of 3D TSV interconnection and traditional chip packaging technologies [4]

图2 半导体芯片铜互连制程的流程示意图[5]Figure 2 Schematic diagram showing the process flow of copper interconnection for semiconductor chip [5]

无论对于商业化大马士革封装技术还是三维硅通孔封装技术，半导体芯片制程主要涉及硅基体氧化、刻蚀沟槽或通孔、溅射阻挡层、沉积导电种子层、电镀铜和机械抛光整平，如图2所示。在芯片制作工艺流程中，自下而上的铜填充是实现芯片导通互连的关键。……