Таңгактоо технологиясы жарым өткөргүч өнөр жайындагы эң маанилүү процесстердин бири. Пакеттин формасы боюнча аны розетка пакети, үстүнкү монтаждоо пакети, BGA пакети, чип өлчөмү пакети (CSP), бир чип модулунун пакети (SCM, басылган схемадагы зымдардын ортосундагы ажырым (PCB)) деп бөлүүгө болот. жана интегралдык микросхема (IC) тактасы дал келет), көп чиптүү модулдун пакети (гетерогендүү микросхемаларды бириктире ала турган MCM), вафли деңгээли пакети (WLP, анын ичинде желдетүүчү пластинанын деңгээли) пакет (FOWLP), микро беттик монтаждоо компоненттери (microSMD) ж.б.), үч өлчөмдүү пакет (микро бумп интерконнект пакети, TSV интерконнект пакети ж.б.), системалык пакет (SIP), чип системасы (SOC).
3D таңгактарынын формалары негизинен үч категорияга бөлүнөт: көмүлгөн түрү (түзмөктү көп катмарлуу зымдарга көмүү же субстраттын ичине көмүлгөн), активдүү субстрат түрү (кремний пластинкасын интеграциялоо: алгач активдүү субстрат түзүү үчүн компоненттерди жана пластинка субстраттарын бириктирүү андан кийин көп катмарлуу байланыш линияларын уюштуруп, башка микросхемаларды же компоненттерди үстүнкү катмарга) жана үйүлгөн типтеги (кремний пластинкалары) чогултуңуз; кремний пластинкалары менен үйүлгөн, кремний пластиналар менен үйүлгөн чиптер жана чиптер менен үйүлгөн чиптер).
3D өз ара байланыш ыкмаларына зым байланышы (WB), флип чип (FC), кремний аркылуу (TSV), пленка өткөргүч ж.б.у.с.
TSV микросхемалардын ортосундагы вертикалдык байланышты ишке ашырат. Тик байланыш линиясы эң кыска аралыкка жана жогорку күчкө ээ болгондуктан, миниатюризацияны, жогорку тыгыздыкты, жогорку өндүрүмдүүлүктү жана көп функциялуу гетерогендүү түзүлүштү таңгактоо оңой. Ошол эле учурда, ал ошондой эле ар кандай материалдардын чиптерин бири-бири менен байланыштыра алат;
азыркы учурда, TSV жараянын колдонуу менен микроэлектроника өндүрүш технологияларынын эки түрү бар: үч өлчөмдүү схема пакеттөө (3D IC интеграция) жана үч өлчөмдүү кремний кутулоо (3D Si интеграция).
Бул эки форманын айырмасы:
(1) 3D схемасынын таңгагы чип электроддорунун бүдүрчөлөргө даярдалышын талап кылат жана бүдүрчөлөр бири-бири менен байланышкан (байланыштыруу, терүү, ширетүү ж. -Cu байланышы).
(2) 3D схемасын интеграциялоо технологиясына пластинкалардын (3D схемасынын таңгагы, 3D кремний таңгагы) ортосундагы байланыш аркылуу жетсе болот, ал эми чиптен чипке жана чиптен пластинкага 3D схемасынын таңгагы менен гана жетишүүгө болот.
(3) 3D схемасынын таңгактоо процесси менен интеграцияланган микросхемалардын ортосунда боштуктар бар жана системанын механикалык жана электрдик касиеттеринин туруктуулугун камсыз кылуу үчүн системанын жылуулук өткөрүмдүүлүгүн жана жылуулук кеңейүү коэффициентин жөнгө салуу үчүн диэлектрдик материалдарды толтуруу керек; 3D кремний таңгактоо процесси менен интеграцияланган микросхемалардын ортосунда эч кандай боштук жок жана чиптин кубаты, көлөмү жана салмагы аз жана электрдик көрсөткүчү эң сонун.
TSV процесси субстрат аркылуу тик сигнал жолун куруп, үч өлчөмдүү өткөргүч жолду түзүү үчүн субстраттын үстүнкү жана астындагы RDLди туташтыра алат. Ошондуктан, TSV жараяны үч өлчөмдүү пассивдүү түзүлүш структурасын куруу үчүн маанилүү негиздердин бири болуп саналат.
Саптын алдыңкы аягы (FEOL) менен линиянын арткы аягы (BEOL) ортосундагы тартипке ылайык, TSV процессин үч негизги өндүрүш процессине бөлүүгө болот, атап айтканда, биринчи (ViaFirst), орто аркылуу (Via Middle) жана сүрөттө көрсөтүлгөндөй, акыркы (Va Last) процесси аркылуу.
1. Оюту процесси аркылуу
Vietching процесси TSV түзүмүн өндүрүүнүн ачкычы болуп саналат. Ылайыктуу оюу жараянын тандоо TSVдин механикалык күчүн жана электрдик касиеттерин натыйжалуу жакшыртууга жана TSV үч өлчөмдүү түзүлүштөрдүн жалпы ишенимдүүлүгүнө байланыштуу.
Азыркы учурда төрт негизги агым бар TSV оюу процесстери аркылуу: Терең Реактивдүү Ион Этчинг (DRIE), нымдуу оюу, фото-жардамдагы электрохимиялык оюу (PAECE) жана лазердик бургулоо.
(1) Терең реактивдүү иондук оюу (DRIE)
DRIE процесси деп да белгилүү болгон терең реактивдүү иондук оюу эң көп колдонулган TSV процесси болуп саналат, ал негизинен жогорку пропорциядагы структуралар аркылуу TSVди ишке ашыруу үчүн колдонулат. Салттуу плазмадан оюу процесстери, адатта, бир нече микрондук оюу тереңдигине гана жетише алат, мында оюу ылдамдыгы төмөн жана бет каптын тандалмалыгы жок. Bosch ушул негизде тиешелүү процессти өркүндөттү. SF6 реактивдүү газ катары колдонуу жана капталдарды пассивациялоодон коргоо катары оюу процессинде C4F8 газын чыгаруу менен, жакшыртылган DRIE процесси жогорку пропорциядагы визиттерди оюу үчүн ылайыктуу. Ошондуктан, ал өзүнүн ойлоп табуучусунун атынан Bosch процесси деп да аталат.
Төмөнкү сүрөттө DRIE процессин оюу аркылуу түзүлгөн жогорку пропорциянын сүрөтү.
DRIE процесси жакшы башкарылуучулугунан улам TSV процессинде кеңири колдонулса да, анын кемчилиги капталынын тегиздиги начар жана тарак сымал бырыш кемчиликтери пайда болот. Бул кемчилик жогорку пропорциядагы визиттерди оюп жатканда олуттуураак болот.
(2) нымдуу оюу
Нымдуу оюу тешиктер аркылуу оюу үчүн маска менен химиялык оюу айкалышын колдонот. Эң көп колдонулган оюу эритмеси KOH болуп саналат, ал кремний субстратында маска менен корголбогон позицияларды оюп, ошону менен керектүү тешик структурасын түзө алат. Нымдуу оюу - эң алгачкы тешик аркылуу оюп түшүрүү процесси. Анын процессинин кадамдары жана талап кылынган жабдуулар салыштырмалуу жөнөкөй болгондуктан, аз чыгым менен TSV массалык өндүрүшү үчүн ылайыктуу. Бирок, анын химиялык оюу механизми бул ыкма менен түзүлгөн тешикчеге кремний пластинкасынын кристаллдык багыты таасир этип, оюп түшүрүлгөн тешик вертикалдуу эмес, бирок кең үстүнкү жана кууш түбүнүн ачык көрүнүшүн көрсөтөт. Бул кемчилик TSV өндүрүшүндө нымдуу оюу колдонууну чектейт.
(3) Фото көмөкчү электрохимиялык оюу (PAECE)
Фотокөмөкчү электрохимиялык оюунун (PAECE) негизги принциби ультрафиолет нурун колдонуу менен электрон-тешик жуптарынын генерациясын тездетүү, ошону менен электрохимиялык оюу процессин тездетүү болуп саналат. Кеңири колдонулган DRIE процесси менен салыштырганда, PAECE процесси 100:1ден ашкан ультра чоң пропорциядагы тешик түзүмдөрдү оюу үчүн ылайыктуу, бирок анын кемчилиги DRIEге караганда оюу тереңдигин башкаруу мүмкүнчүлүгү алсыз жана анын технологиясы изилдөөлөрдү жана процесстерди жакшыртууну талап кылат.
(4) Лазердик бургулоо
Жогорудагы үч ыкмадан айырмаланат. Лазердик бургулоо ыкмасы таза физикалык ыкма болуп саналат. Бул негизинен TSV аркылуу тешик курулуш физикалык ишке ашыруу үчүн көрсөтүлгөн аймакта субстрат материалды эритүү жана буулантуу үчүн жогорку энергиялуу лазер нурланууну колдонот.
Лазердик бургулоодо пайда болгон тешик жогорку пропорцияга ээ жана капталы негизинен вертикалдуу. Бирок, лазердик бургулоо, чынында, аркылуу-тешик түзүү үчүн жергиликтүү жылытуу колдонот, анткени, TSV тешик дубал терс жылуулук зыян таасир этет жана ишенимдүүлүгүн төмөндөтөт.
2. Лайнердин катмарын түшүрүү процесси
TSV өндүрүү үчүн дагы бир негизги технология лайнер катмарын түшүрүү жараяны болуп саналат.
Лайнердин катмарын жайгаштыруу процесси тешик оюлгандан кийин жүргүзүлөт. Депозиттик лайнер катмары көбүнчө SiO2 сыяктуу оксид болуп саналат. Лайнер катмары ТСВнын ички өткөргүчү менен субстраттын ортосунда жайгашкан жана негизинен туруктуу токтун агып кетүүсүн изоляциялоочу ролду ойнойт. Кийинки процессте өткөргүчтөрдү толтуруу үчүн оксидди коюудан тышкары, тосмо жана урук катмарлары да талап кылынат.
Өндүрүлгөн лайнер катмары төмөнкү эки негизги талаптарга жооп бериши керек:
(1) изоляциялоочу катмардын бузулуу чыңалуусу ТСВнын иш жүзүндөгү талаптарына жооп бериши керек;
(2) депонирленген катмарлар абдан ырааттуу жана бири-бирине жакшы адгезиясы бар.
Төмөнкү сүрөттө плазмадагы жакшыртылган химиялык буу катмары (PECVD) менен сакталган лайнер катмарынын сүрөтү көрсөтүлгөн.
Депозиттик процессти ар кандай TSV өндүрүш процесстерине жараша тууралоо керек. Алдыңкы тешик процесси үчүн оксид катмарынын сапатын жакшыртуу үчүн жогорку температурадагы тундурма процессин колдонсо болот.
Типтүү жогорку температурадагы чөктүрүүнү тетраэтил ортосиликатына (TEOS) жана термикалык кычкылдануу процессине негиздесе болот, бул өтө ырааттуу жогорку сапаттагы SiO2 изоляциялоочу катмарды түзөт. Ортоңку тешик жана арткы тешик процесси үчүн, BEOL процесси чөкүү учурунда аяктагандыктан, BEOL материалдары менен шайкеш келүүнү камсыз кылуу үчүн төмөнкү температуралык ыкма талап кылынат.
Бул шартта, каптоо температурасы 450° менен чектелиши керек, анын ичинде PECVD менен SiO2 же SiNx изоляциялоочу катмар катары жайгаштырылат.
Дагы бир кеңири таралган ыкма - тыгызыраак изоляциялык катмарды алуу үчүн Al2O3 коюу үчүн атомдук катмардын катмарын (ALD) колдонуу.
3. Металл толтуруу процесси
TSV толтуруу процесси лайнерди жайгаштыруу процессинен кийин дароо жүргүзүлөт, бул TSV сапатын аныктаган дагы бир негизги технология.
Толтурула турган материалдарга колдонулган процесске жараша легирленген полисиликон, вольфрам, көмүртек нанотүтүктөрү ж.б. кирет, бирок эң негизги агым дагы эле электрокапталган жез, анткени анын процесси жетилген жана электрдик жана жылуулук өткөрүмдүүлүк салыштырмалуу жогору.
Тешикте анын электропландоо ылдамдыгынын бөлүштүрүү айырмасына ылайык, сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ал негизинен субконформалдык, конформдык, суперконформалдуу жана төмөндөн өйдө электропластика ыкмаларына бөлүнөт.
Subconformal electroplating негизинен TSV изилдөө алгачкы этабында колдонулган. Сүрөттө (а) көрсөтүлгөндөй, электролиз менен камсыздалган Cu иондору үстү жагында топтолгон, ал эми түбү жетишсиз толукталган, бул өтүүчү тешиктин үстүнкү бөлүгүндө электроплантациялоо ылдамдыгы жогорудан ылдыйдагыдан жогору болушуна алып келет. Демек, тешиктин үстү толугу менен толгонго чейин алдын ала жабылып, ичинде чоң боштук пайда болот.
Конформдык электропландоо ыкмасынын схемалык схемасы жана фотосу (б) сүрөттө көрсөтүлгөн. Cu иондорунун бирдей кошумчаланышын камсыз кылуу менен, тешиктеги ар бир позициядагы электропластинанын ылдамдыгы негизинен бирдей, андыктан ичинде тигиш гана калат, ал эми боштуктун көлөмү субконформалдык электропластика ыкмасына караганда бир топ азыраак, ошондуктан ал кеңири колдонулат.
Мындан ары боштуксуз толтуруу эффектине жетишүү үчүн, конформдык электропластика ыкмасын оптималдаштыруу үчүн суперконформалдык электропластика ыкмасы сунушталды. Сүрөттө (c) көрсөтүлгөндөй, Cu иондорунун берилишин көзөмөлдөө менен, ылдыйдагы толтуруу ылдамдыгы башка позициялардагыга караганда бир аз жогору, ошону менен толтуруу ылдамдыгынын кадам градиентин ылдыйдан өйдө карай оптималдаштырып, сол тигишти толугу менен жок кылат. толугу менен боштуксуз металл жез толтурууга жетишүү үчүн, конформдык электропластика ыкмасы менен.
Төмөндөн өйдө электропластика ыкмасын суперконформалдык ыкманын өзгөчө учуру катары кароого болот. Мында ылдыйдан башка электропландоо ылдамдыгы нөлгө чейин басылып, ылдыйдан өйдө карай акырындык менен жалатуу гана жүргүзүлөт. Конформдык электропластика ыкмасынын боштуксуз артыкчылыгынан тышкары, бул ыкма жалпы электропластика убактысын эффективдүү кыскарта алат, ошондуктан акыркы жылдары кеңири изилденип келет.
4. RDL процессинин технологиясы
RDL процесси үч өлчөмдүү таңгактоо процессинде алмаштырылгыс негизги технология болуп саналат. Бул процесс аркылуу, портту кайра бөлүштүрүү же пакеттердин ортосундагы өз ара байланыш максатына жетүү үчүн субстраттын эки тарабында металл байланыштарды жасоого болот. Ошондуктан, RDL процесси вентилятордо же 2.5D/3D пакеттөө системаларында кеңири колдонулат.
Үч өлчөмдүү түзүлүштөрдү куруу процессинде RDL процесси, адатта, ар кандай үч өлчөмдүү түзүлүш структураларын ишке ашыруу үчүн TSVди туташтыруу үчүн колдонулат.
Учурда эки негизги RDL процесси бар. Биринчиси фотосезгич полимерлерге негизделген жана жезди электропластика жана оюу процесстери менен айкалыштырат; экинчиси Cu Damascus процессин PECVD жана химиялык механикалык жылмалоо (CMP) процесси менен айкалыштыруу аркылуу ишке ашырылат.
Төмөндө тиешелүүлүгүнө жараша бул эки RDLдин негизги процесс жолдору киргизилет.
Фотосезгич полимерге негизделген RDL процесси жогорудагы сүрөттө көрсөтүлгөн.
Алгач пластинанын бетине айлануу жолу менен PI же BCB клей катмары капталат жана ысытып, катуулатылгандан кийин фотолитография процесси менен керектүү абалда тешиктерди ачышат, андан кийин оюу жасалат. Андан кийин, фоторезистти алып салгандан кийин, Ti жана Cu, тиешелүүлүгүнө жараша, тосмо катмар жана урук катмары катары физикалык буу коюу процесси (PVD) аркылуу пластинкага чачылат. Андан кийин, RDL биринчи катмары ачык Ti/Cu катмарында фотолитография жана электропластика Cu процесстерин айкалыштыруу жолу менен өндүрүлөт, андан кийин фоторезист алынып салынат жана ашыкча Ti жана Cu жок кылынат. Көп катмарлуу RDL түзүмүн түзүү үчүн жогорудагы кадамдарды кайталаңыз. Бул ыкма учурда өнөр жайда кеңири колдонулууда.
RDL өндүрүшүнүн дагы бир ыкмасы негизинен PECVD жана CMP процесстерин айкалыштырган Cu Damascus процессине негизделген.
Бул методдун фотосезгич полимердин негизиндеги RDL процессинен айырмасы, ар бир катмарды өндүрүүнүн биринчи этабында PECVD жылуулоочу катмар катары SiO2 же Si3N4 түшүрүү үчүн колдонулат, андан кийин фотолитография жана изоляциялоочу катмарда терезе түзүлөт. реактивдүү иондук оюу жана Ti/Cu тосмо/урук катмары жана өткөргүч жез тиешелүү түрдө чачыратылып, андан кийин өткөргүч катмар CMP процесси менен талап кылынган калыңдыкка чейин суюлтулган, башкача айтканда, RDL катмары же тешикче катмар пайда болот.
Төмөнкү сүрөттө Cu Дамаск процессинин негизинде курулган көп катмарлуу RDLдин кесилишинин схемалык диаграммасы жана сүрөтү. TSV адегенде V01 тешик катмарына туташып, андан кийин RDL1, V12 тешик катмары жана RDL2 тартибинде ылдыйдан өйдө карай тизилгенин байкоого болот.
RDL же тешик катмарынын ар бир катмары жогорудагы ыкмага ылайык ырааттуулукта даярдалат.RDL процесси CMP процессин колдонууну талап кылгандыктан, анын өндүрүш баасы фотосезгич полимерге негизделген RDL процессине караганда жогору, ошондуктан анын колдонулушу салыштырмалуу төмөн.
5. IPD процессинин технологиясы
Үч өлчөмдүү түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн, MMIC боюнча чипте түз интеграциялоодон тышкары, IPD процесси дагы бир ийкемдүү техникалык жолду камсыз кылат.
Интеграцияланган пассивдүү түзүлүштөр, ошондой эле IPD процесси катары белгилүү, пассивдүү түзүлүштөрдүн ар кандай комбинациясын, анын ичинде чиптеги индукторлорду, конденсаторлорду, резисторлорду, балун конвертерлерин ж. ийкемдүү дизайн талаптарына ылайык чакырылышы мүмкүн.
IPD процессинде пассивдүү түзүлүштөр өндүрүлүп, түздөн-түз өткөрүп берүү тактасында бириктирилгендиктен, анын процессинин агымы ИКтин чиптеги интеграциясына караганда жөнөкөй жана арзаныраак жана пассивдүү түзүлүш китепканасы катары алдын ала массалык түрдө өндүрүлүшү мүмкүн.
TSV үч өлчөмдүү пассивдүү түзүлүштү өндүрүү үчүн, IPD TSV жана RDL, анын ичинде үч өлчөмдүү таңгактоо процесстеринин чыгаша жүгүн эффективдүү толтура алат.
Наркы артыкчылыктардан тышкары, IPD дагы бир артыкчылыгы - анын жогорку ийкемдүүлүгү. IPD ийкемдүүлүгүнүн бири төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ар түрдүү интеграциялык методдордо чагылдырылган. Сүрөттө (а) көрсөтүлгөндөй флип-чип процесси же (b) сүрөттө көрсөтүлгөндөй бириктирүү процесси аркылуу IPDди пакеттин субстратына түздөн-түз интеграциялоонун эки негизги ыкмасынан тышкары, IPDдин башка катмарын бир катмарга интеграциялоого болот. (c)-(e) сүрөттөрдө көрсөтүлгөндөй, пассивдүү түзүлүштөрдүн айкалыштарынын кеңири спектрине жетүү үчүн IPD.
Ошол эле учурда, (f) сүрөттө көрсөтүлгөндөй, IPD андан ары жогорку тыгыздыктагы пакеттөө системасын түз куруу үчүн ага интеграцияланган чипти түздөн-түз көмүү үчүн адаптер тактасы катары колдонулушу мүмкүн.
Үч өлчөмдүү пассивдүү түзүлүштөрдү куруу үчүн IPD колдонуп жатканда, TSV процесси жана RDL процесси да колдонулушу мүмкүн. Процесс агымы негизинен жогоруда айтылган чипте интеграцияланган иштетүү ыкмасы менен бирдей жана кайталанбайт; айырмасы, интеграция объектиси чиптен адаптер тактасына өзгөртүлгөндүктөн, үч өлчөмдүү таңгактоо процессинин активдүү аймакка жана өз ара байланыш катмарына тийгизген таасирин эске алуунун кереги жок. Бул андан ары IPD дагы бир негизги ийкемдүүлүгүн алып келет: субстрат материалдарын ар кандай ийкемдүү пассивдүү түзүлүштөрдүн дизайн талаптарына ылайык тандалып алынышы мүмкүн.
IPD үчүн жеткиликтүү субстрат материалдар Si жана GaN сыяктуу жалпы жарым өткөргүч субстрат материалдары гана эмес, ошондой эле Al2O3 керамика, төмөнкү температурада/жогорку температурада бирге күйүүчү керамика, айнек субстраттар ж.б. Бул өзгөчөлүк пассивдүү дизайн ийкемдүүлүгүн натыйжалуу кеңейтет. IPD тарабынан интеграцияланган түзмөктөр.
Мисалы, IPD менен интеграцияланган үч өлчөмдүү пассивдүү индуктор түзүмү индуктордун иштешин натыйжалуу жакшыртуу үчүн айнек субстратты колдоно алат. TSV концепциясынан айырмаланып, айнек субстратында жасалган тешикчелер айнек аркылуу өтүүчү (TGV) деп да аталат. IPD жана TGV процесстеринин негизинде даярдалган үч өлчөмдүү индуктордун сүрөтү төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн. Айнек субстраттын каршылыгы Si сыяктуу кадимки жарым өткөргүч материалдарга караганда бир топ жогору болгондуктан, TGV үч өлчөмдүү индуктор жакшыраак изоляциялык касиетке ээ жана жогорку жыштыктагы субстраттын мителик эффектинен келип чыккан киргизүү жоготуулары кадимки TSV үч өлчөмдүү индуктор.
Башка жагынан алып караганда, металл-изолятор-металл (MIM) конденсаторлору да айнек субстрат IPD боюнча жука пленка коюу жараяны аркылуу өндүрүлгөн жана үч өлчөмдүү пассивдүү чыпка структурасын түзүү үчүн TGV үч өлчөмдүү индуктор менен өз ара байланышта болот. Ошондуктан, IPD процесси жаңы үч өлчөмдүү пассивдүү түзүлүштөрдү иштеп чыгуу үчүн кеңири колдонуу потенциалына ээ.
Посттун убактысы: Ноябрь-12-2024