TSV硅通孔铜抛光液:先进封装厚铜平坦化核心工艺耗材
在HBM高带宽内存、2.5D/3D IC、硅转接板、CMOS图像传感器等先进封装工艺中,TSV硅通孔技术是实现芯片垂直互联、高密度堆叠的关键支撑。很多工艺同仁都清楚TSV是硅片垂直导通的核心通道,但在实际量产中,电镀填铜后的厚铜平坦化,往往是影响通孔良率、键合可靠性的核心瓶颈,而TSV铜抛光液,正是解决这一工序痛点的关键CMP耗材。

完整的TSV成型流程包含深硅刻蚀、绝缘层沉积、Ta/TaN阻挡层与铜籽晶层制备、电镀填铜等多道工序。电镀工艺会将硅通孔完全填满铜金属,同时会在晶圆表面形成一层较厚的冗余溢铜。这层多余铜层无法直接用于后续制程,必须通过化学机械抛光工艺精准去除,在保留孔内完好铜柱的前提下,实现晶圆全局平坦化,为后续减薄、凸点制备、混合键合等工序奠定基础。
行业内经常会将TSV铜抛光与传统芯片后端BEOL铜抛光混淆,实际上二者工艺场景与技术要求差异极大。BEOL工艺针对的是微米级薄铜布线,抛光难度较低;而TSV工艺面对的是大孔径、大厚度填铜结构,不仅要求更高的铜去除速率,最核心的难点在于控制通孔碟形凹陷、避免铜柱过抛。一旦抛光过程中孔内铜层出现严重下凹、形貌不均,会直接导致后续堆叠互联导通异常、器件可靠性下降,也是各大封测厂量产中重点管控的工艺问题。
TSV硅通孔铜抛光液为水基胶体分散体系,依托化学作用与机械研磨的协同效应实现精准平坦化,核心配方组分各司其职、相互适配:纳米级胶体二氧化硅磨料负责温和机械研磨,规避晶圆表面划伤缺陷;双氧水作为核心氧化剂,将凸起的金属铜氧化为质地松软的氧化层,便于高效剥离;络合剂可有效络合抛光过程中析出的铜离子,杜绝金属离子回沉污染晶圆;专用缓蚀抑制剂是配方核心,能够在通孔内侧铜表面形成均匀保护膜,抑制孔内铜层过度腐蚀,精准控制碟坑形貌;搭配适配的表面活性剂与pH调节剂,可保障浆料全程分散稳定,适配量产产线的输送、过滤与连续抛光需求。
目前行业量产主流采用两段式抛光工艺,分工明确、兼顾产能与良率:
第一阶段为粗抛bulk去除,依靠高去除速率的TSV铜抛光液,快速剥离晶圆表面绝大部分厚层冗余铜,大幅提升产线抛光效率与产能;
第二阶段为精抛与阻挡层抛光,采用高选择比、低损伤的抛光体系,彻底清除残余铜层,精准停止于Ta/TaN阻挡层,精细化修正TSV铜柱形貌,最大限度降低碟形凹陷、表面颗粒与微缺陷,保障整片晶圆的工艺均匀性。

量产场景下,评判TSV铜抛光液性能的核心指标,主要包含铜去除速率、铜与阻挡层、氧化硅的材料选择比、通孔碟坑控制能力、晶圆片内与片间均匀性,同时对表面低划伤、低残留、工艺兼容性、批次稳定性都有着严苛要求。
针对当前先进封装TSV量产工艺痛点,吉致电子自研量产的TSV硅通孔铜抛光液,打造了适配粗抛、精抛的成套化解决方案,两套浆料体系化学兼容性强、工艺衔接顺畅,可全面覆盖晶圆正面TSV厚铜平坦化、背面TSV Reveal铜尖露出两大核心制程场景。
区别于通用型抛光浆料,吉致电子深度贴合国内TSV产线实际工况,针对大孔径厚铜抛光易过抛、碟坑偏大、均匀性差等问题做了专项配方优化,在保证高效铜去除速率、满足量产产能需求的同时,大幅优化通孔阵列形貌一致性,有效降低抛光缺陷率。同时产品具备优异的批次稳定性与过滤适配性,可完美适配主流CMP设备平台。
在技术服务层面,吉致电子可根据客户不同的通孔规格、工艺目标、设备参数,提供定制化的配方微调与工艺参数调试服务,从小样测试、中试验证到量产导入,配备专属工艺工程师全程跟进,解决客户试产、量产中的各类工艺适配问题。产品广泛适配HBM存储、CMOS图像传感器、2.5D硅转接板、3D IC堆叠等主流先进封装场景。

随着国内先进封装产业快速扩产,TSV核心CMP耗材的国产化替代、稳定供货、低成本量产需求持续攀升。吉致电子依托自主配方研发、成熟量产管控体系与完善的配套技术服务,以高稳定、高适配、高良率的国产化TSV铜抛光液方案,助力国内封测企业降本增效,保障产业链供应链自主可控。
无锡吉致电子科技有限公司
联系电话:17706168670
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