Procédé de fabrication de TSV (Through Silicon Via) à très grand ratio profondeur/diamètre

Contexte

La société mise sur le développement de technologies de TSV (Through Silicon Via) pour la réduction de coûts de production par l'intégration 3D et l'encapsulation au niveau de la gaufre de composants microélectronique MEMS avancés.

Pour des raisons de coûts de production, la société favorise une approche électrochimique basée sur un isolant organique, une barrière anti-diffusion de Ni(B) et un remplissage de cuivre. Cette technique a été démontrée pour des TSV de 5µm de diamètre et de plus de 50µm de profondeur mais des densités plus grandes devront être atteintes pour augmenter le potentiel de la technologie. Ainsi, le diamètre des TSV devra être réduit à 3µm tout en maintenant la profondeur à 30µm et plus. La distance entre TSV devra aussi être réduite sous les 20µm amenant leur densité à plus de 6M/cm2 ou encore près de 1M de TSV par puce. La fiabilité industrielle de la solution est évidemment critique car la défaillance d’un seul TSV hypothèque le fonctionnement du composant.

Description de la problématique

Le défi à surmonter provient du très grand ratio profondeur/diamètre des TSV. Alors que dans d’autres domaines d’application microélectronique la solution à une plus grande densité de TSV a été obtenue au prix d’une profondeur très faible (ratio typiquement 5/1 pour des diamètres de 2 à 3µm), les applications MEMS visées par TDS requièrent de maintenir leur profondeur à plus de 30µm afin d’assurer la rigidité mécanique de la gaufre de silicium lors de l’assemblage 3D.

Les techniques de gravure plasma fortement anisotrope devront être développées pour atteindre le ratio profondeur/diamètre en tenant compte de la dynamique du plasma dans de telles cavités. De même, la formation de l’isolant électrique par greffe chimique, le plaquage auto-catalytique subséquent de la barrière anti-diffusion et le remplissage du placage électrolytique du cuivre devront tenir compte de la dynamique des fluides dans de telles formes.

Contrainte(s)

1. Dimension des TSV : diamètre de 3µm pour une profondeur de plus de 30µm
2. TSV fonctionnels comprenant la technique de gravure profonde, la couche d’isolation, la barrière antidiffusion et le remplissage de cuivre « bottom up »
3. Procédé chimique/électrochimique compatible avec la production de volume
4. Procédé à faible coût d’opération