深硅刻蚀实现3D集成封装

　　贯穿硅的通孔技术的成功集成需要刻蚀、氧化层淀积以及金属种子层生长与填充等设备的供应商展开密切的合作。

　　Sematech在2004年提出，光靠改变互连的工艺和材料还不足以满足下一代IC的性能要求，同时预测所需的推动力可能来自于不同种类器件的混合集成¹。目前，各大器件制造商和 封装 厂都在积极研发晶圆级 封装 技术，以满足未来器件小型化和更多功能的要求。这类尺寸缩小对数码相机、手机和PDA等产品带来的好处最大。

　　3D集成是一种将两个或更多平面器件堆叠并连接起来的晶圆级 封装 方法。晶圆级 封装 有多种键合形式，包括引线键合和倒装芯片键合，以及另一种较复杂但能提升性能的方法是使用贯穿晶圆的通孔（through-wafer via）。2007年，ITRS将首次引入并跟踪3D互连的设计节点和架构。

　　基于Bosch气体切换的深硅刻蚀（deep silicon etching）技术最早用于制造MEMS器件。目前，除MEMS以外，它还是用于新型功率器件（更深的沟槽、更高的工作电压和电流）和刻蚀贯穿硅的通孔（图1）的关键技术。深硅 刻蚀的工艺涉及到硅刻蚀和用于硅侧墙保护的聚合物淀积之间的快速切换，分别使用SF₆和C₄F₈作为刻蚀和淀积循环的主要工艺气体。采用切换工序（通常步长为1-3秒）的好处是能够获得单步硅刻蚀方法所无法达到的高刻蚀速率和大的掩模刻蚀选择比。缺点是会出现“扇形边”侧墙，这是采用刻蚀和淀积循环所造成的结果。当然通过适当的工艺优化可以尽可能地抑制扇形边的出现（图2）

　　拥有成本

　　随着3D 封装 的重要性与日俱增，Sematech制定了一个泛业界的路线图来指导3D 封装 的发展，而IMEC也成立了一个目标相同的产业联盟。这些关注和工作将有助于巩固产业成果，提高市场认同度。目前已经出现的许多3D 封装 方法受到IC产业链内不同群体的广泛关注。其中，前段工艺（FEOL）方法在电路设计过程中就已设计好通孔，接着在IDM或foundry完成通孔的制造，然后在 封装 厂减薄晶圆，使通孔露出来，从而实现IC与IC的键合。而另一类3D 封装 技术，后段工艺（BEOL）方法则要求芯片设计者在晶圆上预留出额外区域，以便于 封装 厂添加通孔。这增加了 封装 的价值，但需要使用非传统的技术。

　　结论

　　深硅刻蚀是一种能够实现3D 封装 的技术。为了成功地集成贯穿硅的通孔技术，要求刻蚀、氧化淀积以及金属种子层生长与填充等设备供应商展开密切的合作。这些新技术的成本模型仍有待确定，而怎样使它们适用于现有IC产业链的后勤工作也在探论中。