TSV孔徑底材膜厚量測介紹：深入了解矽通孔技術，知道製品優勢在那裡！

目錄 1.TSV矽通孔技術是什麼？跟膜厚量測有關係嗎？   a.TSV 配合 3D IC 製作，形成半導體製程工藝 2.TSV孔徑底材膜厚量測製程差異比較   a.TSV 與 TGV 差異 3.TSV孔徑底材膜厚量測對製程重要嗎？ 4.TSV孔徑底材膜厚量推薦

在現今科技快速發展之下，TSV（Through-Silicon Via）技術已成為三維積體電路（3D IC）中不可或缺的一環。然而，當TSV的尺寸與結構也越來越精細，這對其孔徑底材膜厚的量測也提出了新的挑戰。TSV孔徑底材膜厚量測，對於確保TSV製程的品質與可靠性至關重要。如果你對於TSV孔技術還是一知半解的話，不妨就透過本文來了解其技術創新發展吧！




 

TSV矽通孔技術是什麼？跟膜厚量測有關係嗎？

所謂的「TSV」，就是「Through Silicon Via」的英文縮寫。就字義上的翻譯來看，為「直通矽晶穿孔」，至於其定義於作用為何，則要從半導體的封裝技術開始說起。
就像我們一般在貨物堆積放載的道理一樣，如果是單一物品放置則是一維、 兩個的時候就會朝單一方向成為二維放置，故物品越多後就會成為三維排列的體積來增加空間使用率。
而半導體晶片堆疊，也是相同的概念。
當晶片的功能越來越強大、越來越複雜後，其單一個計算單元已無法滿足的要求，這時候將會增加各種不同的單元以擴張晶片的計算能力。
這時候除了主運算功能的晶片外，還可依據實際需求會有很多周邊功能的晶片，並以二維的方式分散在其周圍。

TSV 配合 3D IC 製作，形成半導體製程工藝

當越多晶片單元需要存在的情況下，則可以考慮最佳效率的前提下，故而產生往三維堆疊所為的「3D IC」一詞；而TSV則是在配合「3D IC」的製作下，所需的一種半導體製程工藝。
你可以想像一下，當我們在蓋房子的時候是一層一層往上蓋時，其樓層與樓層之間要如何能夠使人員及物品能夠流通。
這時候會有樓梯或是電梯，來讓人員或是物品能夠上下樓所使用。
就如同蓋房子般，各單元晶片以一層一層堆疊完成後，各晶片在「3D IC」對疊後，如何讓上下兩層的電流訊號可以流動？
TSV就是為此所存在的工藝，並針對以矽為基底的半導體，在上層要往下層、下層往上層流通電流訊號時，我們則在其上層矽基板開孔。而在開孔後，會需要再填入銅等高導電係數的材料後，其上層或下層的電流訊號就可以順利的流通，故TSV就像是半導體晶片中流通的「電梯」。


利用TSV封裝的好處，是可將半導體的面積從二維轉向三維體積，並大大節省半導體的面積。
在節省半導體的面積後，其電流訊號的流動距離，也可以大大的減少訊號的傳輸的速度也會變快，進而提高晶片在運算的效率。
而電流訊號流動的距離減少後，也會因線路的阻抗而減少，其為阻抗所產生的熱損失也跟著減少，故晶片的效率也跟著提高。
 

TSV孔徑底材膜厚量測製程差異比較

TSV製程，大概會經過下面幾個步驟：
STEP1. 在矽晶圓上附上SiO2及光阻劑
STEP2. 蝕刻後開孔，製成想要的形狀、開孔大小等等
STEP3. 以氣相沉積或原子層沉積法，沉積介電層、阻障層、晶種層
STEP4. 填充入Cu等高導電材質後，以CMP去除多餘多餘的金屬層
STEP5. 以CMP去除多餘的Si層形成流通的孔洞

  在做TSV開孔後，會有很多需要注意的，例如：TSV孔位要開多大才夠滿足需求、TSV孔洞的形狀等等也會影響電流的流動。而這是取決於晶片電流大小，當晶片電流相當大的時候，為了使大電流流過TSV的開孔，則開孔會越大。
當開孔越大，就必須考慮矽基板本身的材料強度。相反的如果開孔數量少，又偏向某一位置，則造成的單一位置的熱累積過大損失過多，故在做TSV開孔時工程師需要經過仔細地計算後再來決定開孔的位置分布、數量及大小。
在目前半導體技術的演進下，不會只有針對矽基板來做開孔。而是針對不同使用目的的半導體晶片，也有提出比矽強度更強，能承受更多開孔數量或適用於通訊時，可以承受更高頻的訊號如玻璃來做為封裝材料；一般稱為TGV（Through Glass Via），但不論使用哪種材料其開孔的目的不便，都是為了讓IC能夠計算速度更快更好。
 

TSV 與 TGV 差異

TSV 和 TGV 皆是在3D封裝領域中，用於實現多晶片堆疊和連接的技術。但兩者的基本材料和製程步驟有所不同，TSV 主要使用在矽晶片上；而 TGV 則使用在玻璃基板上，具有更大的應用靈活性。

	TSV製程（Through Silicon Via）	TGV製程（Through Glass Via）
TGV製程（Through Glass Via）	TSV 是一種通過矽晶片的垂直通孔，將多個晶片層進行堆疊和連接的技術	TGV 是一種通過玻璃基板的垂直通孔，用於將多個晶片層堆疊在一起
製程步驟	TSV 製程包括在矽晶片上鑽孔、填充導體材料、進行薄膜製程等步驟，以建立三維通孔	TGV 製程涉及使用雷射等技術在玻璃基板上製造通孔，然後進行導體填充等步驟，最終實現多層連接。目前在TGV方面，也有使用雷射替代蝕刻液作為開孔方式
應用	TSV 技術主要應用於3D IC（三維積體電路）和3D封裝，有助於提高晶片性能和節省空間	TGV 技術，通常會應用於柔性顯示器、穿戴式裝置等需要輕薄、彎曲性能的產品
優勢		TGV 的製程相對簡單，且能夠提供更高的製程尺寸和更低的製造成本

 

TSV孔徑底材膜厚量測對製程重要嗎？

一般來說，TSV與TGV的開孔，都是以蝕刻的方式來做進行。是先將上下兩層相互bonding後，再來對上層的矽晶圓針對指定的位置，來做蝕刻TSV開孔（以及TGV開孔）的動作。而在蝕刻後，是否完全將TSV（TGV）的孔位貫通，則是一重要需監控的項目。而貫通後其下層的絕緣氧化層是，否受到TSV（TGV）蝕刻的影響，使得薄度變薄也是需要監控的項目。
如果TSV（TGV）的蝕刻製程，沒有做膜厚控制的話，就很容易造成下層絕緣氧化層受到損壞。在厚度損厚的情況下，其絕緣能力下降，輕則造成漏電流增加晶片發熱效率下降，重則有可能使的晶片因斷路而燒毀。故絕緣層膜厚等量測，是相當重要的監控項目之一！

TSV孔徑底材膜厚量推薦

臺灣大塚科技的OPTM系列，在使用40倍的Lens情況下，能將膜厚量測光斑最小微縮到約3um。並可針對TGV幾十um的開孔時，能深入到TGV開孔的底層去量測底層膜厚的厚度。還可依據不同條件下，最大可能對應到TGV孔位及深度最大深寬比6下做非接觸、非破壞且快速的膜厚量測，提供製程工程師相當有助益的膜厚量測結果。
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