面向三維集成的TSV填充缺陷檢測方法研究

《面向三維集成的TSV填充缺陷檢測方法研究》是依託江蘇師範大學，由陸向寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向三維集成的TSV填充缺陷檢測方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陸向寧
• 依託單位：江蘇師範大學

項目摘要

隨著半導體工藝和方法的改進和提高，TSV技術以其優良的性能而被廣泛套用於3D封裝。而TSV直徑的不斷減小，及深寬比（Aspect Ratio）的進一步增大，給TSV填充工藝及其缺陷檢測帶來了新的挑戰，傳統無損檢測技術因解析度較低而不能滿足檢測要求。本項目以小直徑、高深寬比的TSV結構為研究對象，進行TSV填充缺陷的檢測，提出了基於熱圖像超解析度技術的主動紅外探測方法，以解決微尺度下紅外檢測的空間解析度問題。圍繞多幀圖像的超解析度重建和基於學習的單幀超解析度重建，以模糊辨識、增加圖像動態範圍、消除熱噪聲為核心進行深入研究，並對重構後的熱圖像進行特徵優選和提取，套用神經網路、模糊專家系統對TSV結構缺陷進行識別，快速判斷TSV填充狀態及存在的缺陷，為填充工藝參數調整提供指導，並為3D TSV產品可靠性分析提供一種有效的手段和技術，也為我國IC製造提供基礎理論和技術創新。

結題摘要

本項目以3D-TSV結構為研究對象，旨在揭示TSV電鍍填充缺陷形成機理，研究面向三維封裝缺陷檢測的新原理和新方法，實現小直徑、高深寬比TSV結構的缺陷檢測，快速判斷其填充狀態，為三維封裝可靠性分析提供一種有效的手段和技術，主要成果包括： 系統性地研究了TSV電鍍工藝參數對電鍍質量的影響，包括電鍍前處理方法、電鍍液均勻性、溫度、電流密度、電鍍時間等。電鍍前採用真空潤濕方法可以保護種子層，有效防止空洞缺陷的產生；電鍍液均勻性差，溫度低會影響添加劑局部含量及活性；電鍍電流密度越小，其電鍍的緻密性、均勻性越高，增加電流密度，可以加快金屬沉積速率、減少電鍍時間，但容易產生缺陷、加厚表面過鍍層。進一步分析了TSV盲孔保形電鍍的等壁生長機理及填充缺陷形成機理，為TSV電鍍工藝參數最佳化提供了指導和依據。 提出了TSV熱傳導模型，簡化了三維封裝熱分析，並將TSV缺陷引入熱傳導模型，採用熱阻進行量化描述，為3D-TSV缺陷檢測及智慧型辨識提供了評判的依據。 搭建了主動紅外檢測實驗平台，對TSV樣片微凸點進行檢測，獲取紅外熱圖像，通過時間域插值和擬合，實現了採集信號在更小時間域解析度的細分，通過空間自學習超解析度重構技術提高了空間分辨能力，並對重構後的高解析度圖像信號進行快速處理，進行特徵提取和優選，利用神經網路、模糊聚類的算法實現缺陷的智慧型辨識，為高密度三維封裝可靠性分析提供了一種新的手段。 將圖像超解析度技術與掃描超音波檢測方法相結合，分別採用基於結構相似性學習的單幀圖像超分辨重構技術和小波超解析度圖像重構技術對SAM圖像進行重構，並採用模糊聚類分析，使得微凸點的辨識正確率從94.3%提高到了96.7%，從而解決了SAM檢測技術中檢測解析度與超音波穿透深度之間顧此失彼的技術難題，提高了微納米尺度下SAM缺陷檢測的空間解析度，使之更加適用於高密度微電子封裝檢測。