SAPS兆频超声波技术应用于TSV晶片的刻蚀后清洗工艺

本文介绍了我们华林科纳半导体将空间交替相移(SAPS)兆频超声波技术应用于TSV晶片的刻蚀后清洗工艺，SAPS技术通过在兆频超声波装置和晶片之间的间隙中改变兆频超声波的相位，在整个晶片的每个点上提供均匀的声能，在这项研究中，使用了5x50 m蚀刻后(博世)TSV晶片，通过物理分析和电气测试进行实验验证。配备有EDX的SEM用于检测清洁前和清洁后的TSV试片的含氟聚合物残余物(即CXFY)的存在，FIB-SEM用于评估镀铜性能，TSV泄漏电流图和电压斜坡介电击穿(VRDB)作为主要电气可靠性指标，也用于评估清洁效果，测试结果表明，兆声能量可以传播到TSV的底部，与传统的单晶片喷淋清洗相比，经过SAPS清洗的晶片表现出明显的电学性能提高。

硅通过(TSV)器件是3D芯片封装的关键推动因素，以提高封装密度和提高器件性能，TSV缩放对于实现3DIC对下一代设备的好处至关重要。在这项研究中，空间交替相移(SAPS)兆频超声波技术被应用于TSV蚀刻后清洗中的侧壁残留物去除，SAPS技术通过在兆频超声波换能器和晶片之间的间隙中改变兆频超声波的相位来向晶片表面提供均匀的声能，清除残留物的化学自由基在稀溶液中产生，并由兆频超声波能量促进，此外，在超声搅拌过程中产生的气泡空化的机械力提高了质量传递速率，并提高了清洗过程中残余物的去除效率(图1)。与传统的湿法清洗方法相比，SAPS兆频超声波技术对于高纵横比过孔表现出高的残留物去除效率和低的材料损失，此外，它对结构(1)、(2)造成最小的损坏。

通过电气试验和物理分析，提供了实验验证。结果表明，超电子能量可以通过清洗溶液传播到TSV的底部。在本研究中，使用20 5x50μm后蚀刻（博世）TSV晶片用于评估清洗性能，晶片分为两组：第一组为常规单片喷雾清洗的晶片，第二组为采用SAPS大型清洗技术清洗的晶圆，为了进行实验验证，评估方法包括配备EDX的扫描电镜，以检测清洗前后TSV试片的含氟聚合物残留物(即CXFY)的存在。采用FIB-SEM技术评价镀铜性能。

电气测试数据(TSV梳状泄漏)是评估清洁性能的一个有用的度量指标，TSV泄漏电流图提供了泄漏电流的径向分布，电压斜坡介电击穿(VRDB)，一个主要的可靠性指标，也被用来评估清洁有效性，(a)溶液中的化学浓度随着TSV深度的增加而降低，且没有超电子效应，(b)在超电子效应下，溶液中的化学浓度几乎不随TSV深度的变化而变化，大部分的TSV残留物，FIB-SEM结果表明，所有晶片都进行了自下而上的无空洞镀铜。

一般来说，不完全清洗会对器件性能恶化，TSV孔中的颗粒和残留会导致低击穿电压、高泄漏电流、移动阈值电压和低产率，SAPS清洁配方表明，与单晶片清洁配方相比，+5V下的整体泄漏电流更低（图2），与传统的单片图和TSV泄漏电流分布图相比，SAPS清洁工艺的性能始终更好，在进行SAPS的晶片中泄漏电流水平低于1e-10A的模具，VRDB结果表明，与传统的单晶片清洗方法相比，SAPS清洗过程具有更高的平均击穿电压和更低的平均击穿电流。

本文提出了一种很有前途的SAPS清洗技术应用于蚀刻(Bosch)TSV晶片，从实验结果来看，SAPS技术为晶片表面提供了均匀的超电子能量分布，并具有显著的TSV残渣去除能力。VRDB结果表明，与传统的单晶片喷雾清洗方法相比，TSV晶片具有明显的电性能增强。
 

　　审核编辑：汤梓红