高深宽比硅通孔的制作与填充技术

摘要

随着MEMS器件不断朝着高集成度和低功耗等方向发展，对传统的封装方式提出了新的挑战。硅通孔技术是三维集成电路中，利用先进的封装工艺和设备条件，通过不同芯片之间实现堆叠以达到互连的一种新的技术解决方案，可以极大地减小芯片间互连引线长度、降低引线寄生效应、提高信号的传输速率以及实现最小化互连线的延迟和功耗，是一种应用于高密度3D封装的新型互连技术。本文结合自身在中国兵器集团第214所的实习工作经历，对硅通孔的制作与填充技术进行了较为深入、系统的研究，在大量实验的基础上，分别对通孔的刻蚀与沉积工艺参数进行调节、验证及改进。本论文的主要研究内容如下:　　(1)通过对不同工艺的原理进行分析与比较，确定了利用ICP刻蚀技术和LPCVD技术分别进行通孔的制作与填充，为后续实验的开展奠定了理论基础。　　(2)综合考虑了硅通孔刻蚀过程中的相关工艺参数对刻蚀结果产生的影响，并完善了高深宽比通孔刻蚀工艺参数，最终实现了上口尺寸14.41μm、下口尺寸8.83μm、深度331.0μm、深宽比大于20∶1的高深宽比通孔的制作，通孔侧壁光滑，为后续的通孔填充工艺做好了准备。　　(3)在大量实验的基础上，研究了多晶硅的沉积速率与沉积温度、反应压力以及硅烷流量之间的关系，确定了最佳沉积工艺参数，成功完成了通孔内多晶硅的无空洞沉积;对一定数量的通孔进行测试，其平均阻值为25Ω，测试结果表明，通孔互连的电学特性较好。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 微机电系统(MEMS)简介

1．2 MEMS封装技术

1．3 硅通孔技术

1．3．1 硅通孔技术简介

1．3．2 硅通孔技术国内外发展状况

1．4 课题研究内容与论文结构

第二章 MEMS基本加工工艺

2．1 光刻

2．2 刻蚀

2．2．1 干法刻蚀

2．2．2 湿法刻蚀

2．3 化学气相沉积

2．4 减薄、CMP

2．4．1 减薄

2．4．2 CMP

2．5 其他MEMS工艺介绍

2．5．1 氧化

2．5．2 掺杂

2．6 硅通孔制作与填充工艺流程设计

2．7 本章小结

第三章 高深宽比的通孔刻蚀

3．1 引言

3．2 电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术

3．2．1 等离子体的产生机制

3．2．2 反应离子刻蚀

3．2．3 ICP刻蚀技术

3．3 实验与讨论

3．3．1 5μm通孔的刻蚀工艺

3．3．2 10μm通孔的刻蚀工艺

3．3．3 高深宽比通孔的刻蚀工艺优化

3．4 本章小结

第四章 通孔多晶硅的沉积技术

4．1 引言

4．2 化学气相沉积

4．2．1 化学气相沉积原理

4．2．2 常压沉积(APCVD)

4．2．3 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)

4．2．4 低压化学气相沉积(LPCVD)技术

4．3 实验与讨论

4．3．1 实验准备

4．3．2 多晶硅沉积速率与沉积温度的关系

4．3．3 多晶硅沉积速率与硅烷浓度关系

4．3．4 多晶硅沉积速率与反应压力的关系

4．3．5 通孔的多晶硅沉积

4．4 通孔电学特性检测

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文