Когда говорят про оборудование для TSV, многие сразу представляют установку глубокого реактивно-ионного травления — и на этом мысль заканчивается. Это, конечно, ключевой этап, но если ты реально занимался внедрением этой технологии на производственной линии, то понимаешь, что вся головная боль начинается как раз после etcher'а. Проблемы с покрытием барьерного слоя на стенках скважин с высоким соотношением сторон, неоднородность осаждения меди, тепловые напряжения при отжиге... Список можно продолжать. И для каждого из этих этапов нужно своё, часто кастомизированное, оборудование для TSV. Вот о чём редко пишут в глянцевых брошюрах.
Начнём с самого начала — литографии. Для формирования маски под глубокие TSV нужна не просто точная совмещаемость. Здесь критична стабильность процесса на всей площади пластины, особенно по краям. Мы как-то работали с системой, которая в центре давала идеальный профиль, а на периферии — небольшой подтрав. Казалось бы, ерунда. Но когда дело дошло до осаждения барьера и семени, этот перепад привёл к образованию пустот в металлизации на краевых чипах. Потери вышли колоссальные.
Именно поэтому сейчас многие обращают внимание на комплексные решения. Я видел, как компания ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии? (их сайт — ywxtbdt.ru) позиционирует себя именно как интегратора, а не просто продавца единичных аппаратов. В их описании заявлено, что компания основана экспертами с 20-летним опытом, и это чувствуется в подходе. Они не говорят: ?Вот вам etcher, он лучший?. Они спрашивают про весь техпроцесс, про целевое соотношение сторон, про последующие интеграционные шаги. Это правильный путь.
Но вернёмся к литографии. После неё идёт, собственно, травление. Здесь битва идёт за селективность маски, чистоту боковой стенки и — что очень важно — за скорость. Долгое травление — это не только низкая производительность, но и риск теплового повреждения активных слоёв. Наш опыт показал, что системы с двойным источником плазмы (ICP + CCP) дают больше гибкости в управлении профилем. Но и настраивать их — искусство.
Вот мы протравили скважины. Дальше — осаждение изоляции, барьерного слоя и слоя семени. Оборудование для этого этапа — это, как правило, PECVD и PVD-установки. И здесь кроется один из главных подводных камней. PVD, например, плохо ?забрасывает? материал на дно высоких и узких скважин. Приходится играть с давлением, мощностью, углом наклона подложки.
Мы пробовали разные конфигурации катодов, в том числе ионное распыление с самосмещением. Результат был... неоднозначным. Однородность по пластине улучшилась, но скорость процесса упала. Пришлось искать компромисс между покрытием и производительностью. Часто решение лежит в комбинации методов — например, начать с ALD для гарантированного покрытия конформного барьерного слоя даже на дне, а потом добрать толщину более быстрым PVD. Но ALD-оборудование — это отдельная статья затрат и сложности в обслуживании.
Именно на таких этапах полезен опыт сторонних интеграторов. Глядя на портфель решений на ywxtbdt.ru, видно, что они фокусируются на подобных проблемных точках. Не просто продажа ?железа?, а предложение технологической цепочки, где оборудование подобрано так, чтобы выходные параметры одного этапа были оптимальным входом для следующего. Это критически важно для TSV.
Самый ответственный этап — заполнение медью. Здесь оборудование для TSV превращается из механического в химико-электротехнический комплекс. Важно всё: чистота электролита, система его фильтрации и регенерации, форма тока (импульсный, обратный), температура, гидродинамика у поверхности пластины.
Помню, как мы столкнулись с проблемой образования швов (seam) в центре скважины. Теоретически, при правильном режиме заполнение должно идти снизу вверх без образования пустот. На практике — малейшая нестабильность в составе добавок-акселераторов и подавителей (suppressor) приводила к тому, что медь срасталась не полностью, оставляя микроскопическую полость. Она потом давала о себе знать при температурных циклах — рост напряжений, трещины.
Решение нашли в жёстком контроле параметров ванны и в переходе на систему с многоканальным анализом состава электролита в реальном времени. Это, конечно, удорожало установку, но спасало от брака целых партий. Кстати, подобные системы мониторинга — это тоже часть современного оборудования для TSV, о которой часто забывают при планировании бюджета.
Медью заполнили — отлично. Теперь её излишки нужно удалить химико-механической полировкой (CMP). И это отдельный ад. Полировка меди и барьерного слоя (тантала, нитрида титана) с остановкой на изоляторе — задача нетривиальная. Неоднородность по пластине, эрозия диэлектрика, дисхинг (dishing) в самой скважине...
Оборудование CMP для TSV должно обеспечивать не просто глобальную, а локальную, в масштабе чипов, плоскостность. Мы использовали станки с продвинутыми системами контроля конечной точки, основанными на измерении трения или оптических свойствах. Работало, но требовало тонкой калибровки под каждую новую партию пад.
После полировки обязательна инспекция. Оптическая микроскопия тут бессильна — нужна либо рентгеновская томография, либо ультразвуковая микроскопия (SAM). У нас был случай, когда SAM выявил скрытые дефекты срастания меди в скважинах на краях пластины, которые при термоциклировании привели к отказу. Без такого оборудования для TSV для неразрушающего контроля мы бы пропустили этот брак в сборку.
И вот, допустим, у тебя есть все идеальные аппараты по отдельности. Самая большая проблема — заставить их работать как единая линия. Вопросы совместимости интерфейсов (SECS/GEM), логистики пластин между модулями, общего программного управления — это гигантский пласт работы.
Наша первая попытка собрать линию из установок от разных вендоров провалилась именно на этом. Один станок ?не понимал? команды от контроллера другого, возникали задержки, простои. Пришлось привлекать сторонних интеграторов для написания слоя промежуточного ПО. Это дорого и долго.
Поэтому сейчас ценен подход, который предлагают такие компании, как ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии?. Суть в том, чтобы получить если не полностью готовую линию от одного поставщика, то хотя бы технологический модуль (например, модуль осаждения и заполнения), где всё оборудование уже ?притёрто? друг к другу. Судя по информации на их сайте ywxtbdt.ru, они как раз делают акцент на комплексных решениях для продвинутой упаковки, что для TSV является ключевым. Их 20-летний опыт, о котором говорится в описании, наверняка включает и горький опыт решения подобных интеграционных проблем.
Сейчас тренд — увеличение плотности и уменьшение диаметра скважин. Это бросает новые вызовы оборудованию. Травление скважин с соотношением сторон больше 20:1, осаждение барьерных слоев толщиной в несколько нанометров на такие структуры, бесшовное заполнение...
Видится, что будущее за ещё большей гибридизацией методов. Например, совмещение процессов в одной вакуумной кластерной системе, чтобы минимизировать контакт пластины с атмосферой и загрязнения. Или использование лазерного травления для формирования TSV в уже собранных стеках (via-last).
Но каким бы совершенным ни было оборудование для TSV, итог всегда определяет не станок сам по себе, а глубина понимания технологами всего процесса. Оборудование — это лишь инструмент. Самый дорогой реактор не спасет, если неверно подобран химический состав или температурный режим. И в этом плане ценность поставщиков, которые могут поделиться именно технологическим ноу-хау, а не просто продать ?железо?, будет только расти. Похоже, что некоторые игроки на рынке, включая упомянутую компанию из Сычуани, это уже хорошо поняли.
