Ontzien teknologia erdieroaleen industriako prozesu garrantzitsuenetako bat da. Paketearen formaren arabera, entxufe paketea, gainazaleko muntaketa paketea, BGA paketea, txip tamaina paketea (CSP), txip bakarreko modulu paketea (SCM, zirkuitu inprimatuko plakako kableatuaren arteko tartea (PCB)) bana daiteke. eta zirkuitu integratuko (IC) plaka pad partidak), txip anitzeko modulu paketea (MCM, txip heterogeneoak integra ditzakeena), oblea maila paketea (WLP, fan-out wafer maila paketea (FOWLP) barne), gainazaleko mikro muntaketa osagaiak (microSMD), etab.), hiru dimentsioko paketea (micro bump interconnect paketea, TSV interkonexio paketea, etab.), sistema paketea (SIP), txip sistema (SOC).
3D bilgarrien formak hiru kategoriatan banatzen dira nagusiki: lurperatutako mota (gailua geruza anitzeko kableatuan lurperatzea edo substratuan lurperatuta), substratu aktibo mota (siliziozko obleen integrazioa: lehenik osagaiak eta obleen substratua integratzeko substratu aktibo bat osatzeko). Ondoren, antolatu geruza anitzeko interkonexio-lerroak, eta muntatu beste txip edo osagaiak goiko geruzan) eta pilatutako mota (siliziozko obleekin pilatuta), siliziozko obleekin pilatutako txipak eta txipekin pilatutako txipak).
3D interkonexio metodoak alanbre lotura (WB), flip chip (FC), silizio bidez (TSV), film eroale, etab.
TSV-k txipen arteko interkonexio bertikala egiten du. Interkonexio-lerro bertikalak distantziarik laburrena eta indar handiagoa dituenez, errazagoa da miniaturizazioa, dentsitate handikoa, errendimendu handikoa eta funtzio anitzeko egitura heterogeneoaren ontziratzea. Aldi berean, material ezberdinetako txipak ere elkarlotu ditzake;
gaur egun, mikroelektronika fabrikatzeko bi teknologia mota daude TSV prozesua erabiliz: hiru dimentsioko zirkuituen ontziratzea (3D IC integrazioa) eta hiru dimentsioko siliziozko ontziratzea (3D Si integrazioa).
Bi formen arteko aldea hau da:
(1) 3D zirkuituaren ontziratzeak txip-elektrodoak kolpeetan prestatzea eskatzen du, eta kolpeak elkarri lotuta daude (loturaz, fusioz, soldatuz, etab.), 3D siliziozko ontziak txirren arteko interkonexio zuzena da (oxidoen eta Curen arteko lotura). -Cu lotura).
(2) 3D zirkuituaren integrazio-teknologia obleen arteko loturaren bidez lor daiteke (3D zirkuituaren ontziratzea, 3D siliziozko ontziratzea), txip-to-txip-en lotura eta txip-to-wafer lotzea 3D zirkuitu ontziarekin soilik lor daiteke.
(3) 3D zirkuituaren ontziratze-prozesuak integratutako txip-en artean hutsuneak daude, eta material dielektrikoak bete behar dira sistemaren eroankortasun termikoa eta hedapen termikoaren koefizientea doitzeko, sistemaren propietate mekaniko eta elektrikoen egonkortasuna bermatzeko; 3D siliziozko ontziratze-prozesuak integratutako txip-en artean ez dago hutsunerik, eta txiparen energia-kontsumoa, bolumena eta pisua txikiak dira eta errendimendu elektrikoa bikaina da.
TSV prozesuak seinale-bide bertikala eraiki dezake substratuan zehar eta RDL substratuaren goiko eta beheko aldean konektatu dezake hiru dimentsioko eroale-bide bat osatzeko. Hori dela eta, TSV prozesua hiru dimentsioko gailu pasiboen egitura eraikitzeko oinarri garrantzitsuetako bat da.
Lehen lerroaren (FEOL) eta linearen atzealdeko (BEOL) arteko ordenaren arabera, TSV prozesua hiru fabrikazio prozesu nagusitan bana daiteke, hots, lehen (ViaFirst), erdiko (Via Middle) eta azken (Via Last) prozesuaren bidez, irudian ikusten den moduan.
1. Aguaforte-prozesuaren bidez
Bidezko grabaketa prozesua TSV egitura fabrikatzeko gakoa da. Grabaketa-prozesu egoki bat aukeratzeak TSV-ren erresistentzia mekanikoa eta propietate elektrikoak eraginkortasunez hobetu ditzake, eta TSV hiru dimentsioko gailuen fidagarritasun orokorrarekin erlazionatuta dago.
Gaur egun, lau TSV nagusi daude grabaketa prozesuen bidez: Deep Reactive Ion Etching (DRIE), akuaforte hezea, foto-lagundutako grabaketa elektrokimikoa (PAECE) eta laser bidezko zulaketa.
(1) Ioi erreaktibo sakoneko grabaketa (DRIE)
Ioi erreaktibo sakoneko grabaketa, DRIE prozesu gisa ere ezagutzen dena, gehien erabiltzen den TSV grabaketa-prozesua da, batez ere TSVa aspektu-erlazio handiko egituren bidez gauzatzeko erabiltzen dena. Plasma grabatzeko prozesu tradizionalek, oro har, hainbat mikratako grabaketa-sakonera bakarrik lor dezakete, grabazio-tasa baxuarekin eta akuaforte-maskararen selektibitate faltarekin. Boschek dagozkion prozesuen hobekuntzak egin ditu oinarri horretan. SF6 gas erreaktibo gisa erabiliz eta grabaketa-prozesuan C4F8 gasa askatuz alboetako hormetarako pasivazio babes gisa, DRIE prozesu hobetua egokia da aspektu-erlazio handiko bidez grabatzeko. Hori dela eta, Bosch prozesua ere deitzen zaio bere asmatzaileari esker.
Beheko irudia DRIE prozesua grabatuz eratutako aspektu-erlazio handiko argazkia da.
DRIE prozesua kontrolagarritasun ona dela eta TSV prozesuan oso erabilia den arren, bere desabantaila da alboko hormaren lautasuna eskasa dela eta bieira-formako zimur akatsak sortuko direla. Akats hau esanguratsuagoa da aspektu-erlazio altua bidez grabatzean.
(2) Aguaforte hezea
Hezearen grabaketak maskara eta grabatu kimikoaren konbinazioa erabiltzen du zuloetatik grabatzeko. Gehien erabiltzen den grabaketa-soluzioa KOH da, maskarak babestuta ez dauden silizio-substratuaren posizioak graba ditzake, eta horrela nahi den zulo-egitura osatuz. Hezea grabatzea zulo bidezko grabaketa-prozesurik goiztiarrena da. Bere prozesuaren urratsak eta beharrezko ekipoak nahiko sinpleak direnez, kostu baxuko TSV masiboan ekoizteko egokia da. Hala eta guztiz ere, bere grabaketa kimikoko mekanismoak zehazten du metodo honen bidez eratutako zuloa silizio-oblearen kristal-orientazioaren eraginpean egongo dela, grabatutako zuloa ez bertikala eginez, baina goiko zabaleko eta beheko estuaren fenomeno argia erakutsiz. Akats honek TSV fabrikazioan grabaketa hezearen aplikazioa mugatzen du.
(3) Foto-lagundutako grabatu elektrokimikoa (PAECE)
Foto-lagundutako grabaketa elektrokimikoaren (PAECE) oinarrizko printzipioa argi ultramorea erabiltzea da elektroi-zulo bikoteen sorrera bizkortzeko, eta horrela grabaketa elektrokimikoko prozesua bizkortzeko. Oso erabilia den DRIE prozesuarekin alderatuta, PAECE prozesua egokiagoa da 100:1 baino handiagoak diren zuloen bidezko aspektu-erlazio ultra-handiak grabatzeko, baina bere desabantaila da grabazioaren sakoneraren kontrolagarritasuna DRIE baino ahulagoa dela eta bere teknologiak agian. ikerketa gehiago eta prozesuak hobetzea eskatzen du.
(4) Laser zulaketa
Goiko hiru metodoetatik ezberdina da. Laser zulaketa metodoa metodo fisiko hutsa da. Batez ere energia handiko laser irradiazioa erabiltzen du zehaztutako eremuan substratu-materiala urtzeko eta lurruntzeko TSV-ren zuloen eraikuntza fisikoki gauzatzeko.
Laser zulaketaren bidez egindako zuloak aspektu-erlazio handia du eta alboko horma bertikala da funtsean. Hala ere, laser bidezko zulaketak tokiko berogailua erabiltzen duenez zeharkako zuloa osatzeko, TSV-ren zuloaren horma kalte termikoak kaltetuko du eta fidagarritasuna murriztuko du.
2. Liner-geruzaren jalkitze-prozesua
TSV fabrikatzeko funtsezko beste teknologia bat forru-geruzaren deposizio-prozesua da.
Forru-geruzaren deposizio-prozesua zeharkako zuloa grabatu ondoren egiten da. Gordailatutako forru-geruza, oro har, SiO2 bezalako oxido bat da. Forru-geruza TSVaren barne-eroalearen eta substratuaren artean kokatzen da, eta DC korronte-ihesak isolatzeko papera betetzen du batez ere. Oxidoa metatzeaz gain, hesi- eta hazi-geruzak ere beharrezkoak dira hurrengo prozesuan eroaleak betetzeko.
Fabrikatutako forru-geruzak oinarrizko bi baldintza hauek bete behar ditu:
(1) geruza isolatzailearen matxura-tentsioak TSVren benetako lan-eskakizunak bete behar ditu;
(2) metatutako geruzak oso koherenteak dira eta elkarren artean atxikimendu ona dute.
Ondorengo irudian plasma-lurrun-deposizio kimiko hobetuaren bidez (PECVD) metatutako forru-geruzaren argazki bat erakusten da.
Deposizio-prozesua horren arabera egokitu behar da TSV fabrikazio-prozesu desberdinetarako. Aurrealdeko zulo-prozesurako, tenperatura altuko deposizio-prozesu bat erabil daiteke oxido-geruzaren kalitatea hobetzeko.
Tenperatura altuko jalkitze tipikoa tetraetil ortosilikatuan (TEOS) oinarritu daiteke oxidazio termikoko prozesuarekin konbinatuta, kalitate handiko SiO2 geruza isolatzaile oso koherentea osatzeko. Erdiko zeharkako eta atzeko zuloko prozesurako, BEOL prozesua deposizioan amaitu denez, tenperatura baxuko metodo bat behar da BEOL materialekin bateragarritasuna ziurtatzeko.
Baldintza honetan, deposizio-tenperatura 450°-ra mugatu behar da, PECVD erabiltzea barne SiO2 edo SiNx geruza isolatzaile gisa metatzeko.
Ohiko beste metodo bat geruza atomikoaren deposizioa (ALD) erabiltzea da Al2O3 metatzeko geruza isolatzaile trinkoagoa lortzeko.
3. Metalak betetzeko prozesua
TSV betetze-prozesua forruaren deposizio-prozesuaren ondoren berehala egiten da, hau da, TSVren kalitatea zehazten duen funtsezko beste teknologia bat.
Bete daitezkeen materialen artean dopatutako polisilicioa, wolframioa, karbono-nanohodiak, etab. erabiltzen den prozesuaren arabera, nagusiena oraindik kobrea electroplated da, bere prozesua heldua baita eta eroankortasun elektrikoa eta termikoa nahiko altua delako.
Galvanizazio-tasaren banaketa-diferentziaren arabera, batez ere subkonformal, konformal, superconformal eta behetik gorako galvanizazio metodoetan bana daiteke, irudian ikusten den moduan.
Electroplating subkonformala TSV ikerketaren hasierako fasean erabili zen batez ere. (a) Irudian ikusten den bezala, elektrolisiak emandako Cu ioiak goialdean kontzentratuta daude, behekoa, berriz, ez da nahikoa osatuta, eta horrek zeharkako zuloaren goiko aldean galvanizazio-tasa goitik beherakoa baino handiagoa da. Hori dela eta, zeharkako zuloaren goialdea aldez aurretik itxiko da guztiz bete baino lehen, eta hutsune handi bat sortuko da barruan.
Galvanizazio konformalaren metodoaren diagrama eskematikoa eta argazkia (b) irudian agertzen dira. Cu ioien osagarri uniformea bermatuz, zeharkako zuloko posizio bakoitzean electroplating-tasa berdina da, beraz, barruan jostura bat bakarrik geratuko da, eta hutsunearen bolumena electroplating metodo subconformalarena baino askoz txikiagoa da, beraz. oso erabilia da.
Hutsik gabeko betetze-efektua gehiago lortzeko, galvanoplastatze superkonformalaren metodoa proposatu zen galvanizazio konformalaren metodoa optimizatzeko. (c) Irudian erakusten den bezala, Cu ioien hornidura kontrolatuz, beheko betetze-tasa beste posizioetan dagoena baino apur bat handiagoa da, horrela betetze-tasaren pauso-gradientea behetik gora optimizatuz, ezkerreko jostura guztiz ezabatzeko. electroplating metodoaren bidez, guztiz hutsik gabeko metalezko kobre betegarria lortzeko.
Behetik gorako electroplating metodoa metodo super-konformalaren kasu berezitzat har daiteke. Kasu honetan, electroplating-abiadura behea izan ezik zerora kentzen da, eta galvanizazioa bakarrik egiten da pixkanaka behetik gora. Galvanizazio konformalaren metodoaren hutsunerik gabeko abantailaz gain, metodo honek electroplating denbora orokorra modu eraginkorrean murrizten du, beraz, azken urteotan asko aztertu da.
4. RDL prozesuen teknologia
RDL prozesua ezinbesteko oinarrizko teknologia da hiru dimentsioko ontziratzeko prozesuan. Prozesu honen bidez, metalezko interkonexioak fabrikatu daitezke substratuaren bi aldeetan, portuen birbanaketaren edo paketeen arteko interkonexioaren helburua lortzeko. Hori dela eta, RDL prozesua oso erabilia da fan-in-fan-out edo 2.5D/3D ontziratze sistemetan.
Hiru dimentsioko gailuak eraikitzeko prozesuan, RDL prozesua erabiltzen da normalean TSV elkarren artean konektatzeko, hiru dimentsioko gailuen egitura desberdinak gauzatzeko.
Gaur egun, bi RDL prozesu nagusi daude. Lehenengoa polimero fotosentikoretan oinarritzen da eta kobre-galvanizazio- eta grabaketa-prozesuekin konbinatuta dago; bestea Cu Damascus prozesua erabiliz PECVD eta leunketa mekaniko kimikoarekin (CMP) prozesuarekin konbinatuta ezartzen da.
Jarraian, bi RDL hauen prozesu nagusien bideak aurkeztuko dira hurrenez hurren.
Polimero fotosentiblean oinarritutako RDL prozesua goiko irudian ageri da.
Lehenik eta behin, PI edo BCB kola geruza bat estali egiten da oblearen gainazalean biraketaren bidez, eta berotu eta ondu ondoren, fotolitografia prozesu bat erabiltzen da zuloak nahi duzun posizioan irekitzeko, eta ondoren grabatua egiten da. Ondoren, fotoerresistentzia kendu ondoren, Ti eta Cu oblean sputtertzen dira lurrun-deposizio-prozesu fisiko baten bidez (PVD) hesi-geruza gisa eta hazi-geruza gisa, hurrenez hurren. Ondoren, RDL-ren lehen geruza agerian dagoen Ti/Cu geruzaren gainean fabrikatzen da fotolitografia eta electroplating Cu prozesuak konbinatuz, eta, ondoren, fotorresistentzia kentzen da eta gehiegizko Ti eta Cu grabatu egiten dira. Errepikatu goiko urratsak geruza anitzeko RDL egitura bat osatzeko. Metodo hau gaur egun gehiago erabiltzen da industrian.
RDL fabrikatzeko beste metodo bat, batez ere, Cu Damascus prozesuan oinarritzen da, zeinak PECVD eta CMP prozesuak konbinatzen dituena.
Metodo honen eta polimero fotosentikorrean oinarritutako RDL prozesuaren arteko aldea zera da: geruza bakoitza fabrikatzeko lehen urratsean, PECVD erabiltzen da SiO2 edo Si3N4 geruza isolatzaile gisa metatzeko, eta, ondoren, leiho bat sortzen da geruza isolatzailean fotolitografia bidez eta Ioi erreaktiboen grabaketa, eta Ti/Cu hesi/hazi geruza eta kobre eroalea sputted dira hurrenez hurren, eta gero geruza eroalea da. CMP prozesuaren bidez behar den lodiera arte mehetua, hau da, RDL edo zeharkako zuloko geruza bat eratzen da.
Hurrengo irudia Cu Damascus prozesuan oinarrituta eraikitako geruza anitzeko RDL baten ebakiduraren eskema eta argazkia da. Ikus daiteke lehenik eta behin TSV zuloaren V01 geruzara konektatzen dela, eta gero behetik gora pilatzen dela RDL1, V12 zeharkako geruza eta RDL2 ordenan.
RDL edo zulo zeharkako geruza bakoitza sekuentzian fabrikatzen da goiko metodoaren arabera.RDL prozesuak CMP prozesua erabiltzea eskatzen duenez, bere fabrikazio-kostua polimero fotosentikorran oinarritutako RDL prozesuarena baino handiagoa da, beraz, bere aplikazioa nahiko baxua da.
5. IPD prozesuen teknologia
Hiru dimentsioko gailuak fabrikatzeko, MMIC-en txiparen zuzeneko integrazioaz gain, IPD prozesuak beste bide tekniko malguagoa eskaintzen du.
Gailu pasibo integratuak, IPD prozesu gisa ere ezagutzen direnak, gailu pasiboen edozein konbinazio integratzen dute txip-eko induktoreak, kondentsadoreak, erresistentziak, balun bihurgailuak eta abar bereizi batean, gailu pasiboen liburutegia osatzeko, transferentzia-taula baten moduan. diseinu-baldintzen arabera malgutasunez deitu.
IPD prozesuan, gailu pasiboak transferentzia-taulan zuzenean fabrikatu eta zuzenean integratzen direnez, bere prozesu-fluxua IC-en txip-en integrazioa baino sinpleagoa eta merkeagoa da, eta aldez aurretik masiboki ekoiztu daiteke gailu pasiboen liburutegi gisa.
TSV hiru dimentsioko gailu pasiboen fabrikaziorako, IPDk modu eraginkorrean konpentsatu dezake hiru dimentsioko ontziratze prozesuen kostuaren zama, TSV eta RDL barne.
Kostu abantailez gain, IPDren beste abantaila bat malgutasun handia da. IPDren malgutasunetako bat integrazio-metodo ezberdinetan islatzen da, beheko irudian ikusten den bezala. IPD paketeen substratuan zuzenean integratzeko oinarrizko bi metodoez gain (a) irudian erakusten den flip-chip prozesuaren bidez edo (b irudian erakusten den lotura-prozesuaren bidez), IPD-ren beste geruza bat integra daiteke geruza batean. (c)-(e) irudietan agertzen den IPD-a, gailu pasiboen konbinazio sorta zabalagoa lortzeko.
Aldi berean, (f) irudian ikusten den bezala, IPD egokitzaile-plaka gisa erabil daiteke bertan integratutako txipa zuzenean lurperatzeko, dentsitate handiko ontziratze-sistema zuzenean eraikitzeko.
IPD hiru dimentsioko gailu pasiboak eraikitzeko erabiltzen denean, TSV prozesua eta RDL prozesua ere erabil daitezke. Prozesuaren fluxua, funtsean, goian aipatutako txiparen integrazioaren prozesatzeko metodoaren berdina da, eta ez da errepikatuko; aldea zera da: integrazioaren objektua txipetik moldagailura aldatzen denez, ez dago kontuan hartu beharrik hiru dimentsioko ontziratze prozesuak eremu aktiboan eta interkonexio-geruzan duen eragina. Horrek IPDren beste funtsezko malgutasun bat dakar: hainbat substratu-material malgutasunez hauta daitezke gailu pasiboen diseinu-eskakizunen arabera.
IPDrako eskuragarri dauden substratu-materialak ez dira soilik erdieroaleen substratu-material arruntak, hala nola Si eta GaN, baizik eta Al2O3 zeramika, tenperatura baxuko/tenperatura altuko zeramika, beirazko substratuak, etab. Ezaugarri honek modu eraginkorrean zabaltzen du pasiboen diseinu-malgutasuna. IPDk integratutako gailuak.
Esate baterako, IPD-k integratutako hiru dimentsioko indukzio-egitura pasiboak beirazko substratu bat erabil dezake induzitzailearen errendimendua modu eraginkorrean hobetzeko. TSV kontzeptuaren aldean, kristalezko substratuan egindako zuloei zeharkako beira bidez (TGV) ere deitzen zaie. IPD eta TGV prozesuetan oinarrituta fabrikatutako hiru dimentsioko induktorearen argazkia beheko irudian ageri da. Beira-substratuaren erresistibitatea Si bezalako material erdieroale konbentzionalena baino askoz handiagoa denez, TGV hiru dimentsioko induktoreak isolamendu-propietate hobeak ditu, eta substratuaren efektu parasitoak maiztasun altuetan eragindako txertatze-galera askoz txikiagoa da. ohiko TSV hiru dimentsioko induktorea.
Bestalde, metal-isolatzaile-metal (MIM) kondentsadoreak beirazko substratuan IPD-n ere fabrika daitezke film meheko deposizio-prozesu baten bidez, eta TGV hiru dimentsioko induktorearekin konektatu hiru dimentsioko iragazki-egitura pasiboa osatzeko. Hori dela eta, IPD prozesuak aplikazio potentzial zabala du hiru dimentsioko gailu pasibo berriak garatzeko.
Argitalpenaren ordua: 2024-12-12