化学品和设备供应商致力于降低穿透硅通孔的填充成本，使其成为3-D集成的成本障碍。对每个子步骤都进行优化的多步填充工艺可以帮助进一步降低成本。

    三维集成是目前封装界一个快速发展的方向，可以不用花费将器件特征尺寸缩小到40 nm甚至更小所需的巨额投资，而实现高芯片性能。在目前已经出现的很多3-D工艺流程中，穿透硅通孔（TSV）都是不可缺少的部分。TSV的第一个大规模应用是图像传感器，大部分图像传感器使用部分填充或者侧壁内层填充技术。而本文要讨论的3-D IC叠层则大部分使用全部填充的TSV。

    很多成本模型显示，TSV填充工艺是整个工艺流程中最昂贵的步骤之一。TSV的主要成品率损耗之一是未填满的空洞，但由于还没有一种可靠的测量技术可以检测，因此目前的TSV填充步骤还比较保守。在本文，我们将探索TSV填充与传统铜大马士革孔填充之间的区别，描述TSV填充工艺的关键组成，并给出一种可以保证高成品率、自底向上填充的新型多步骤TSV填充方法。

    TSV vs 铜大马士革

    铜大马士革（Cu-D）电沉积（ECD）是一项众所周知的成熟工艺，业界已经从中学到很多用于TSV填充工艺的开发。与Cu-D应用类似，TSV填充需要一种反常的自底向上生长，才能保证在孔的开口被封死之前将其填满。在传统电镀过程中，凸出位置的生长速度比孔的内部要快，而相反地，对于Cu-D和TSV填充来说，需要抑制外表面的沉积而加速孔和槽内部的沉积。此外，Cu-D和TSV填充设备，特别是用于先通孔TSV（在BEOL布线之前）的设备，通常还包括沉积后退火和边缘斜边铜去除操作。

    ECD流程是：反应物被输运到生长表面，首先通过临近表面的流体输运，然后通过流体边界层的扩散，之后在生长表面经由抑制酶作用的吸附和电化学反应实现沉积。TSV填充的反应物是铜离子和其它几种有机分子。由于Cu-D与TSV的几何尺寸根本不在同一量级,Cu-D电镀中反应物的扩散时间比TSV快几个数量级，这改变了特性扩散次数和表面反应次数之间的比率。而且，由于Cu-D的扩散时间常数很小（微秒量级），因此不同组分扩散速率的差异对TSV的影响比对Cu-D工艺的影响要大得多。