Qadoqlash texnologiyasi yarimo'tkazgich sanoatidagi eng muhim jarayonlardan biridir. Paket shakliga ko'ra, uni rozetka to'plami, sirt o'rnatish to'plami, BGA to'plami, chip o'lchami paketi (CSP), bitta chip moduli to'plami (SCM, bosilgan elektron platadagi simlar orasidagi bo'shliq (PCB)) bo'linishi mumkin. va integral mikrosxema (IC) plata yostig'i mos keladi), ko'p chipli modul to'plami (heterojen chiplarni birlashtira oladigan MCM), gofret darajasi to'plami (WLP, shu jumladan fan-out gofret darajasi). paket (FOWLP), mikro sirt o'rnatish komponentlari (microSMD) va boshqalar), uch o'lchovli paket (mikro bump o'zaro bog'lanish paketi, TSV o'zaro bog'lanish paketi va boshqalar), tizim paketi (SIP), chip tizimi (SOC).
3D qadoqlash shakllari asosan uchta toifaga bo'linadi: ko'milgan turi (qurilmani ko'p qatlamli simga ko'mish yoki substratga ko'milgan), faol substrat turi (kremniy gofret integratsiyasi: avval faol substrat hosil qilish uchun komponentlar va gofret substratini birlashtiring. keyin ko'p qatlamli o'zaro bog'lanish liniyalarini tartibga soling va yuqori qatlamda boshqa chiplar yoki komponentlarni yig'ing) va stacked turi (kremniy gofretlar); kremniy gofretlar bilan to'plangan, kremniy gofretlar bilan to'plangan chiplar va chiplar bilan yig'ilgan chiplar).
3D o'zaro bog'lanish usullariga simli ulanish (WB), flip chip (FC), silikon orqali (TSV), plyonkali o'tkazgich va boshqalar kiradi.
TSV chiplar orasidagi vertikal o'zaro bog'lanishni amalga oshiradi. Vertikal o'zaro bog'lanish liniyasi eng qisqa masofa va yuqori quvvatga ega bo'lganligi sababli, miniatyura, yuqori zichlik, yuqori mahsuldorlik va ko'p funktsiyali heterojen tuzilmani qadoqlashni amalga oshirish osonroq. Shu bilan birga, u turli materiallarning chiplarini ham o'zaro bog'lashi mumkin;
Hozirgi vaqtda TSV jarayonidan foydalangan holda ikki turdagi mikroelektronika ishlab chiqarish texnologiyalari mavjud: uch o'lchovli elektron qadoqlash (3D IC integratsiyasi) va uch o'lchovli silikon qadoqlash (3D Si integratsiyasi).
Ikki shakl o'rtasidagi farq shundaki:
(1) 3D sxemali qadoqlash chip elektrodlarini bo'rtmalarga tayyorlashni talab qiladi va bo'shliqlar bir-biriga bog'langan (bog'lanish, termoyadroviy, payvandlash va boshqalar bilan bog'langan), 3D silikon qadoqlash esa chiplar (oksidlar va Cu o'rtasidagi bog'lash) o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri o'zaro bog'liqlikdir. -Cu bog'lanishi).
(2) 3D sxema integratsiya texnologiyasiga gofretlar (3D sxemali qadoqlash, 3D kremniyli qadoqlash) o'rtasida bog'lash orqali erishish mumkin, chip-to-chip va chip-to-wafer ulanishi esa faqat 3D sxemali qadoqlash orqali amalga oshirilishi mumkin.
(3) 3D sxemali qadoqlash jarayoni bilan birlashtirilgan chiplar o'rtasida bo'shliqlar mavjud va tizimning mexanik va elektr xususiyatlarining barqarorligini ta'minlash uchun tizimning issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik kengayish koeffitsientini sozlash uchun dielektrik materiallarni to'ldirish kerak; 3D silikon qadoqlash jarayoni bilan birlashtirilgan chiplar o'rtasida bo'shliqlar yo'q va chipning quvvat sarfi, hajmi va og'irligi kichik va elektr ishlashi juda yaxshi.
TSV jarayoni substrat orqali vertikal signal yo'lini qurishi va uch o'lchamli o'tkazgich yo'lini hosil qilish uchun substratning yuqori va pastki qismidagi RDLni ulashi mumkin. Shuning uchun TSV jarayoni uch o'lchamli passiv qurilma strukturasini qurish uchun muhim poydevor toshlaridan biridir.
Chiziqning oldingi uchi (FEOL) va chiziqning orqa uchi (BEOL) o'rtasidagi tartibga ko'ra, TSV jarayonini uchta asosiy ishlab chiqarish jarayoniga bo'lish mumkin, ya'ni birinchi (ViaFirst), o'rta orqali (Via Middle) va rasmda ko'rsatilganidek, oxirgi (Oxirgi orqali) jarayon orqali.
1. Oshlama jarayoni orqali
Vikipediya jarayoni TSV tuzilishini ishlab chiqarishning kalitidir. Tegishli ishlov berish jarayonini tanlash TSV ning mexanik kuchini va elektr xususiyatlarini samarali ravishda yaxshilashi va TSV uch o'lchovli qurilmalarining umumiy ishonchliligi bilan bog'liq.
Hozirgi vaqtda qirqish jarayonlari orqali to'rtta asosiy TSV mavjud: chuqur reaktiv ion bilan ishlov berish (DRIE), ho'l ishlov berish, foto-yordamchi elektrokimyoviy qirqish (PAECE) va lazerli burg'ulash.
(1) Chuqur reaktiv ion bilan ishlov berish (DRIE)
DRIE jarayoni sifatida ham tanilgan chuqur reaktiv ionli qirqish eng ko'p qo'llaniladigan TSV ishlov berish jarayoni bo'lib, u asosan yuqori nisbatli tuzilmalar orqali TSVni amalga oshirish uchun ishlatiladi. An'anaviy plazma qirqish jarayonlari odatda faqat bir necha mikron chuqurlikka erishish mumkin, past surtish tezligi va o'yma niqobining tanlanmaganligi. Bosch shu asosda tegishli jarayonni takomillashtirishni amalga oshirdi. SF6 dan reaktiv gaz sifatida foydalanish va yon devorlar uchun passivatsiya himoyasi sifatida yonish jarayonida C4F8 gazini chiqarish orqali takomillashtirilgan DRIE jarayoni yuqori nisbatli vizalar uchun mos keladi. Shuning uchun u ixtirochi nomi bilan Bosch jarayoni deb ham ataladi.
Quyidagi rasmda DRIE jarayonini o'rnatish orqali hosil bo'lgan yuqori tomonlar nisbati fotosurati.
DRIE jarayoni yaxshi boshqarilishi tufayli TSV jarayonida keng qo'llanilsa-da, uning kamchiligi shundaki, yon devor tekisligi yomon va taroqsimon ajinlar nuqsonlari hosil bo'ladi. Bu kamchilik yuqori nisbatli avizolarni o'ylashda muhimroqdir.
(2) ho'l surtish
Nam qirqish teshiklardan o'yib o'tish uchun niqob va kimyoviy qirqish kombinatsiyasidan foydalanadi. Eng ko'p ishlatiladigan qirqish eritmasi KOH bo'lib, u niqob bilan himoyalanmagan kremniy substratdagi o'rinlarni yopishtirishi mumkin va shu bilan kerakli teshik tuzilishini hosil qiladi. Ho'l qirqish - bu teshik orqali o'tqazishning eng birinchi usuli. Jarayon bosqichlari va zarur jihozlar nisbatan sodda bo'lgani uchun u TSV ni arzon narxlarda ommaviy ishlab chiqarish uchun javob beradi. Biroq, uning kimyoviy qirqish mexanizmi shuni aniqlaydiki, bu usul bilan hosil bo'lgan teshikka kremniy gofretning kristall yo'nalishi ta'sir qiladi, bu esa o'yilgan teshikni vertikal emas, lekin keng yuqori va tor pastki aniq hodisani ko'rsatadi. Bu nuqson TSV ishlab chiqarishda ho'l qirqishni qo'llashni cheklaydi.
(3) Fotosurat yordamida elektrokimyoviy qirqish (PAECE)
Fotosurat yordamida elektrokimyoviy qirqishning (PAECE) asosiy printsipi elektron-teshik juftlarini yaratishni tezlashtirish uchun ultrabinafsha nurlardan foydalanish va shu bilan elektrokimyoviy qirqish jarayonini tezlashtirishdir. Keng qo'llaniladigan DRIE jarayoni bilan solishtirganda, PAECE jarayoni 100: 1 dan katta bo'lgan o'ta katta nisbatli teshikli tuzilmalarni chizish uchun ko'proq mos keladi, ammo uning kamchiligi shundaki, o'q qilish chuqurligini nazorat qilish DRIEga qaraganda zaifroq va uning texnologiyasi qo'shimcha tadqiqotlar va jarayonlarni takomillashtirishni talab qiladi.
(4) Lazerli burg'ulash
Yuqoridagi uchta usuldan farq qiladi. Lazerli burg'ulash usuli faqat jismoniy usuldir. TSV ning teshik konstruktsiyasini jismoniy amalga oshirish uchun ko'rsatilgan hududda substrat materialini eritish va bug'lash uchun asosan yuqori energiyali lazer nurlanishidan foydalanadi.
Lazerli burg'ulash natijasida hosil bo'lgan teshik yuqori nisbatga ega va yon devor asosan vertikaldir. Biroq, lazerli burg'ulash aslida teshikni hosil qilish uchun mahalliy isitishdan foydalanganligi sababli, TSV ning teshik devori termal shikastlanishdan salbiy ta'sir ko'rsatadi va ishonchlilikni pasaytiradi.
2. Astar qatlamini cho'ktirish jarayoni
TSV ishlab chiqarishning yana bir asosiy texnologiyasi - bu astar qatlamini joylashtirish jarayoni.
Astar qatlamini yotqizish jarayoni teshik o'yilgandan keyin amalga oshiriladi. Cho'ktirilgan astar qatlami odatda SiO2 kabi oksiddir. Astar qatlami TSV ning ichki o'tkazgichi va substrat o'rtasida joylashgan bo'lib, asosan shahar oqimining oqishini izolyatsiya qilish rolini o'ynaydi. Oksidni yotqizishdan tashqari, keyingi jarayonda o'tkazgichni to'ldirish uchun to'siq va urug 'qatlamlari ham talab qilinadi.
Ishlab chiqarilgan astar qatlami quyidagi ikkita asosiy talabga javob berishi kerak:
(1) izolyatsion qatlamning parchalanish kuchlanishi TSV ning haqiqiy ish talablariga javob berishi kerak;
(2) yotqizilgan qatlamlar juda mos keladi va bir-biriga yaxshi yopishadi.
Quyidagi rasmda plazma kuchaytirilgan kimyoviy bug 'cho'kmasi (PECVD) bilan to'plangan astar qatlamining fotosurati ko'rsatilgan.
Cho'kma jarayoni turli TSV ishlab chiqarish jarayonlari uchun mos ravishda sozlanishi kerak. Old teshikdan o'tish jarayoni uchun oksid qatlamining sifatini yaxshilash uchun yuqori haroratli cho'kma jarayonidan foydalanish mumkin.
Odatda yuqori haroratli cho'kma tetraetil ortosilikatga (TEOS) asoslangan bo'lishi mumkin, bu esa yuqori sifatli SiO2 izolyator qatlamini hosil qilish uchun termal oksidlanish jarayoni bilan birlashtirilgan bo'lishi mumkin. O'rta teshik va orqa teshik jarayoni uchun, BEOL jarayoni cho'kish paytida tugallanganligi sababli, BEOL materiallari bilan mosligini ta'minlash uchun past haroratli usul talab qilinadi.
Bunday holda, cho'kma harorati 450 ° gacha cheklanishi kerak, shu jumladan izolyatsion qatlam sifatida SiO2 yoki SiNx yotqizish uchun PECVD dan foydalanish.
Yana bir keng tarqalgan usul - zichroq izolyatsion qatlamni olish uchun Al2O3 ni yotqizish uchun atom qatlamini cho'ktirish (ALD) dan foydalanish.
3. Metallni to'ldirish jarayoni
TSVni to'ldirish jarayoni astarni cho'ktirish jarayonidan so'ng darhol amalga oshiriladi, bu TSV sifatini belgilaydigan yana bir asosiy texnologiyadir.
To'ldirilishi mumkin bo'lgan materiallarga qo'llaniladigan jarayonga qarab doped polisilikon, volfram, uglerod nanotubalari va boshqalar kiradi, lekin eng asosiy oqim hali ham elektrolizlangan misdir, chunki uning jarayoni etuk va uning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi nisbatan yuqori.
O'tish teshigidagi elektrokaplama tezligining taqsimot farqiga ko'ra, rasmda ko'rsatilganidek, uni asosan subkonformal, konformal, superkonformal va pastdan yuqoriga elektrokaplama usullariga bo'lish mumkin.
Subkonformal elektrokaplama asosan TSV tadqiqotining dastlabki bosqichida ishlatilgan. Shakl (a) da ko'rsatilganidek, elektroliz natijasida ta'minlangan Cu ionlari yuqorida to'plangan, pastki qismi esa etarli darajada to'ldirilmagan, bu esa teshikning yuqori qismidagi elektrokaplama tezligi yuqoridan pastdagidan yuqori bo'lishiga olib keladi. Shuning uchun, teshikning yuqori qismi to'liq to'ldirilishidan oldin oldindan yopiladi va uning ichida katta bo'shliq paydo bo'ladi.
Konformal elektrokaplama usulining sxematik diagrammasi va fotosurati (b) shaklda ko'rsatilgan. Cu ionlarining bir xil to'ldirilishini ta'minlash orqali teshikning har bir pozitsiyasida elektrokaplama tezligi asosan bir xil bo'ladi, shuning uchun ichkarida faqat tikuv qoladi va bo'shliq hajmi subkonformal elektrokaplama usulidan ancha kichikdir, shuning uchun u keng qo'llaniladi.
Bo'shliqsiz to'ldirish effektiga erishish uchun konformal elektrokaplama usulini optimallashtirish uchun superkonformal elektrokaplama usuli taklif qilindi. Shakl (c) da ko'rsatilganidek, Cu ionlarining ta'minlanishini nazorat qilish orqali pastki qismdagi to'ldirish tezligi boshqa pozitsiyalarga qaraganda bir oz yuqoriroq bo'ladi va shu bilan to'ldirish tezligining bosqichma-bosqich gradientini pastdan yuqoriga optimallashtiradi, chap tikuvni butunlay yo'q qiladi. to'liq bo'shliqsiz metall mis to'ldirishga erishish uchun konformal elektrokaplama usuli bilan.
Pastdan yuqoriga elektrokaplama usulini superkonformal usulning alohida holati deb hisoblash mumkin. Bunday holda, pastki qismdan tashqari, elektrokaplama tezligi nolga bostiriladi va faqat elektrokaplama asta-sekin pastdan yuqoriga qarab amalga oshiriladi. Konformal elektrokaplama usulining bo'shliqsiz afzalligi bilan bir qatorda, bu usul ham umumiy elektrokaplama vaqtini samarali ravishda qisqartirishi mumkin, shuning uchun u so'nggi yillarda keng o'rganildi.
4. RDL jarayoni texnologiyasi
RDL jarayoni uch o'lchovli qadoqlash jarayonida ajralmas asosiy texnologiyadir. Ushbu jarayon orqali portni qayta taqsimlash yoki paketlar orasidagi o'zaro bog'lanish maqsadiga erishish uchun substratning har ikki tomonida metall ulanishlar ishlab chiqarilishi mumkin. Shuning uchun RDL jarayoni fan-in-fan-out yoki 2.5D/3D qadoqlash tizimlarida keng qo'llaniladi.
Uch o'lchovli qurilmalarni qurish jarayonida RDL jarayoni odatda turli xil uch o'lchamli qurilmalar tuzilmalarini amalga oshirish uchun TSV ni o'zaro bog'lash uchun ishlatiladi.
Hozirgi vaqtda ikkita asosiy RDL jarayoni mavjud. Birinchisi, fotosensitiv polimerlarga asoslangan va misni elektrokaplama va etching jarayonlari bilan birlashtirilgan; ikkinchisi PECVD va kimyoviy mexanik polishing (CMP) jarayoni bilan birgalikda Cu Damashq jarayoni yordamida amalga oshiriladi.
Quyida ushbu ikkita RDLning asosiy jarayon yo'llari mos ravishda taqdim etiladi.
Fotosensitiv polimerga asoslangan RDL jarayoni yuqoridagi rasmda ko'rsatilgan.
Birinchidan, PI yoki BCB elim qatlami aylanish yo'li bilan gofret yuzasiga qoplanadi va qizdirilgandan va qattiqlashgandan so'ng, kerakli holatda teshiklarni ochish uchun fotolitografiya jarayoni qo'llaniladi, so'ngra qirqish amalga oshiriladi. Keyinchalik, fotorezistni olib tashlaganingizdan so'ng, Ti va Cu mos ravishda to'siq qatlami va urug 'qatlami sifatida jismoniy bug 'cho'ktirish jarayoni (PVD) orqali gofretga püskürtülür. Keyinchalik, RDL ning birinchi qatlami fotolitografiya va Cu ni elektrokaplama jarayonlarini birlashtirib, ochiq Ti/Cu qatlamida ishlab chiqariladi, so'ngra fotorezist olib tashlanadi va ortiqcha Ti va Cu o'chiriladi. Ko'p qatlamli RDL tuzilishini yaratish uchun yuqoridagi amallarni takrorlang. Ushbu usul hozirda sanoatda kengroq qo'llaniladi.
RDL ishlab chiqarishning yana bir usuli asosan PECVD va CMP jarayonlarini birlashtirgan Cu Damashq jarayoniga asoslangan.
Ushbu usulning fotosensitiv polimerga asoslangan RDL jarayonidan farqi shundaki, har bir qatlamni ishlab chiqarishning birinchi bosqichida PECVD izolyatsion qatlam sifatida SiO2 yoki Si3N4 ni yotqizish uchun ishlatiladi, so'ngra fotolitografiya va izolyatsion qatlamda oyna hosil bo'ladi. mos ravishda reaktiv ion bilan ishlov berish va Ti / Cu to'siqni / urug 'qatlami va o'tkazgich misi sepiladi, so'ngra o'tkazgich qatlami CMP jarayoni bilan kerakli qalinlikka yupqalashtiriladi, ya'ni RDL qatlami yoki teshik qatlami hosil bo'ladi.
Quyidagi rasmda Cu Damashq jarayoni asosida qurilgan ko'p qatlamli RDLning ko'ndalang kesimining sxematik diagrammasi va fotosurati. Ko'rinib turibdiki, TSV birinchi navbatda V01 teshikli qatlamga ulanadi, so'ngra RDL1, V12 teshik qatlami va RDL2 tartibida pastdan yuqoriga yig'iladi.
RDL yoki teshikli qatlamning har bir qatlami yuqoridagi usulga muvofiq ketma-ketlikda ishlab chiqariladi.RDL jarayoni CMP jarayonidan foydalanishni talab qilganligi sababli, uning ishlab chiqarish narxi fotosensitiv polimerga asoslangan RDL jarayoniga qaraganda yuqori, shuning uchun uni qo'llash nisbatan past.
5. IPD jarayoni texnologiyasi
Uch o'lchovli qurilmalarni ishlab chiqarish uchun, MMIC-da to'g'ridan-to'g'ri chipda integratsiyaga qo'shimcha ravishda, IPD jarayoni yana bir moslashuvchan texnik yo'lni taqdim etadi.
Integratsiyalashgan passiv qurilmalar, shuningdek, IPD jarayoni sifatida ham tanilgan, passiv qurilmalarning har qanday kombinatsiyasi, jumladan, chipdagi induktorlar, kondansatörler, rezistorlar, balun konvertorlari va boshqalarni alohida substratda birlashtirib, uzatish taxtasi ko'rinishidagi passiv qurilmalar kutubxonasini hosil qiladi. dizayn talablariga muvofiq moslashuvchan chaqirilishi mumkin.
IPD jarayonida passiv qurilmalar ishlab chiqariladi va to'g'ridan-to'g'ri uzatish platasida birlashtiriladi, uning jarayon oqimi IC-larning chipdagi integratsiyasiga qaraganda sodda va arzonroqdir va passiv qurilmalar kutubxonasi sifatida oldindan ommaviy ishlab chiqarilishi mumkin.
TSV uch o'lchovli passiv qurilmalarini ishlab chiqarish uchun IPD TSV va RDLni o'z ichiga olgan uch o'lchovli qadoqlash jarayonlarining xarajatlar yukini samarali ravishda qoplashi mumkin.
Xarajatlarning afzalliklaridan tashqari, IPD ning yana bir afzalligi uning yuqori moslashuvchanligidir. IPD ning moslashuvchanligidan biri quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, turli xil integratsiya usullarida aks etadi. Shakl (a) da ko'rsatilgandek flip-chip jarayoni yoki (b) rasmda ko'rsatilgan bog'lash jarayoni orqali IPD ni paket substratiga to'g'ridan-to'g'ri integratsiya qilishning ikkita asosiy usuliga qo'shimcha ravishda, IPD ning boshqa qatlami bir qatlamga birlashtirilishi mumkin. Passiv qurilmalar kombinatsiyalarining kengroq diapazoniga erishish uchun (c)-(e)-rasmlarda ko'rsatilganidek, IPD.
Shu bilan birga, (f) rasmda ko'rsatilganidek, IPD yuqori zichlikli qadoqlash tizimini to'g'ridan-to'g'ri qurish uchun to'g'ridan-to'g'ri o'rnatilgan chipni to'g'ridan-to'g'ri ko'mish uchun adapter platasi sifatida ishlatilishi mumkin.
Uch o'lchovli passiv qurilmalarni yaratish uchun IPD dan foydalanilganda, TSV jarayoni va RDL jarayoni ham ishlatilishi mumkin. Jarayon oqimi asosan yuqorida aytib o'tilgan chipda integratsiyani qayta ishlash usuli bilan bir xil va takrorlanmaydi; farq shundaki, integratsiya ob'ekti chipdan adapter platasiga o'zgartirilganligi sababli, uch o'lchovli qadoqlash jarayonining faol maydon va o'zaro bog'liqlik qatlamiga ta'sirini hisobga olishning hojati yo'q. Bu IPD ning yana bir asosiy moslashuvchanligiga olib keladi: turli xil substrat materiallari passiv qurilmalarning dizayn talablariga muvofiq moslashuvchan tarzda tanlanishi mumkin.
IPD uchun mavjud bo'lgan substrat materiallari nafaqat Si va GaN kabi keng tarqalgan yarimo'tkazgichli substrat materiallari, balki Al2O3 keramika, past haroratli / yuqori haroratli birgalikda pishiriladigan keramika, shisha substratlar va boshqalar. Bu xususiyat passivning dizayn moslashuvchanligini samarali ravishda kengaytiradi. IPD tomonidan integratsiyalangan qurilmalar.
Misol uchun, IPD tomonidan integratsiyalangan uch o'lchovli passiv induktor tuzilishi induktorning ish faoliyatini samarali yaxshilash uchun shisha substratdan foydalanishi mumkin. TSV kontseptsiyasidan farqli o'laroq, shisha taglik ustidagi teshiklar, shuningdek, shisha orqali o'tish (TGV) deb ataladi. IPD va TGV jarayonlari asosida ishlab chiqarilgan uch o'lchovli induktorning fotosurati quyidagi rasmda ko'rsatilgan. Shisha substratning qarshiligi Si kabi an'anaviy yarimo'tkazgichli materiallarga qaraganda ancha yuqori bo'lganligi sababli, TGV uch o'lchovli induktor yaxshiroq izolyatsiyalash xususiyatlariga ega va yuqori chastotalarda substrat parazit ta'siridan kelib chiqadigan kiritish yo'qotilishi ancha kichikdir. an'anaviy TSV uch o'lchovli induktor.
Boshqa tomondan, metall izolyator-metall (MIM) kondansatkichlari, shuningdek, IPD shisha substratida yupqa plyonkali cho'kma jarayoni orqali ishlab chiqarilishi mumkin va uch o'lchovli passiv filtr strukturasini yaratish uchun TGV uch o'lchovli induktor bilan o'zaro bog'lanishi mumkin. Shu sababli, IPD jarayoni yangi uch o'lchamli passiv qurilmalarni ishlab chiqish uchun keng qo'llanilishi mumkin.
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 12-noyabr