A tecnulugia di imballaggio hè unu di i prucessi più impurtanti in l'industria di i semiconduttori. Sicondu a forma di u pacchettu, pò esse divisu in un pacchettu di socket, un pacchettu di superficia, un pacchettu BGA, un pacchettu di dimensione di chip (CSP), un pacchettu di modulu unicu chip (SCM, a distanza trà i cablaggi nantu à u circuitu stampatu (PCB). è i partiti di u pad di circuitu integratu (IC), u pacchettu di moduli multi-chip (MCM, chì pò integrà chips eterogenei), u pacchettu di livellu di wafer (WLP, cumpresu u pacchettu di livellu di wafer fan-out (FOWLP), Micru cumpunenti di superficia muntagna (microSMD), etc.), pacchettu tridimensionale (micro bump interconnect package, TSV interconnect package, etc.), package system (SIP), chip system (SOC).
E forme di imballaggio 3D sò principarmenti divisu in trè categurie: tipu intarratu (sepultura di u dispusitivu in cablaggio multistratu o intarratu in u sustrato), tipu di sustrato attivu (integrazione di wafer di silicone: integra prima i cumpunenti è u sustrato di wafer per furmà un sustrato attivu). ; dopu organizzanu linee di interconnessione multi-layer, è assemblee altri chips o cumpunenti nantu à a capa superiore) è u tipu di stacked (wafers di siliciu impilati cù wafers di silicuu, chips accatastati cù wafers di silicone, è chips impilati cù chips).
I metudi di interconnessione 3D includenu u filu di ligame (WB), flip chip (FC), à traversu siliciu via (TSV), film conductor, etc.
TSV realiza l'interconnessione verticale trà chips. Siccomu a linea di interconnessione verticale hà a distanza più corta è a forza più alta, hè più faciule per rializà a miniaturizazione, alta densità, altu rendiment è imballaggio di struttura eterogenea multifunzionale. À u listessu tempu, pò ancu interconnect chips di diversi materiali;
Attualmente, ci sò dui tipi di tecnulugia di fabricazione di microelettronica chì utilizanu u prucessu TSV: imballaggio di circuitu tridimensionale (integrazione 3D IC) è imballaggio tridimensionale di siliciu (integrazione 3D Si).
A diferenza trà e duie forme hè chì:
(1) L'imballaggio di circuiti 3D richiede l'elettrodi di chip per esse preparati in bumps, è i bumps sò interconnessi (ligatu per ligame, fusione, saldatura, etc.), mentre chì l'imballu di siliciu 3D hè una interconnessione diretta trà chips (bonding trà ossidi è Cu). -Cu bonding).
(2) A tecnulugia di integrazione di u circuitu 3D pò esse ottenuta da uniamentu trà i wafers (imballu di circuitu 3D, imballaggio di silicio 3D), mentre chì u ligame di chip-to-chip è u legame di chip-to-wafer ponu esse ottenuti solu da l'imballu di circuitu 3D.
(3) Ci sò lacune trà i chips integrati da u prucessu di imballaggio di u circuitu 3D, è i materiali dielettrici anu da esse pienu per aghjustà a conduttività termale è u coefficient di espansione termale di u sistema per assicurà a stabilità di e proprietà meccaniche è elettriche di u sistema; ùn ci hè micca spazii trà i chip integrati da u prucessu di imballaggio di silicio 3D, è u cunsumu di energia, u voluminu è u pesu di u chip sò chjuchi, è u rendiment elettricu hè eccellente.
U prucessu TSV pò custruisce una strada di signale verticale attraversu u sustrato è cunnette u RDL in a cima è in u fondu di u sustrato per furmà una strada di cunduttore tridimensionale. Per quessa, u prucessu TSV hè unu di i punti principali per a custruzzione di una struttura passiva tridimensionale.
Sicondu l'ordine trà u front end of line (FEOL) è u back end of line (BEOL), u prucessu TSV pò esse divisu in trè prucessi di fabricazione mainstream, vale à dì, via prima (ViaFirst), via middle (Via Middle) è via l'ultimu prucessu (Via Last), cum'è mostra in a figura.
1. Via prucessu di incisione
U prucessu di incisione via hè a chjave per a fabricazione di a struttura TSV. A scelta di un prucessu di incisione adattatu pò migliurà efficacemente a forza meccanica è e proprietà elettriche di TSV, è ancu in relazione cù l'affidabilità generale di i dispositi tridimensionali TSV.
Attualmente, ci sò quattru TSV mainstream principali via prucessi di incisione: Deep Reactive Ion Etching (DRIE), incisione umida, incisione elettrochimica fotoassistita (PAECE) è perforazione laser.
(1) Deep Reactive Ion Etching (DRIE)
L'incisione ionica reattiva profonda, cunnisciuta ancu com'è prucessu DRIE, hè u prucessu di incisione TSV più cumunimenti utilizatu, chì hè principalmente utilizatu per realizà TSV via strutture cù un altu rapportu d'aspettu. In generale, i prucessi di incisione di plasma tradiziunali ponu ottene solu una prufundità di incisione di parechji microni, cù una bassa rata di incisione è mancanza di selettività di maschera di incisione. Bosch hà fattu migliurà u prucessu currispundenti nant'à sta basa. Utilizendu SF6 cum'è gasu reattivu è liberatu u gasu C4F8 durante u prucessu di incisione cum'è una prutezzione di passivazione per i fianchi, u prucessu DRIE migliuratu hè adattatu per l'incisione di via d'aspettu altu. Per quessa, hè ancu chjamatu u prucessu Bosch dopu u so inventore.
A figura sottu hè una foto di un altu rapportu d'aspettu via furmatu da incisione u prucessu DRIE.
Ancu s'è u prucessu DRIE hè largamente utilizatu in u prucessu TSV per via di a so bona cuntrullabilità, u so svantaghju hè chì a flatness di u sidewall hè poviru è i difetti di arrughe in forma di scallop seranu furmatu. Stu difettu hè più significativu quandu incisione vias ratio d'aspettu altu.
(2) Incisione umida
L'incisione umida usa una cumminazione di maschera è incisione chimica per incisione attraversu i buchi. A suluzione di incisione più comunamente usata hè KOH, chì pò incisione e pusizioni nantu à u sustrato di siliciu chì ùn sò micca prutetti da a maschera, furmendu cusì a struttura di u foru desideratu. L'incisione umida hè u primu prucessu di incisione à traversu sviluppatu. Siccomu i so passi di prucessu è l'equipaggiu necessariu sò relativamente simplici, hè adattatu per a produzzione in massa di TSV à pocu costu. Tuttavia, u so mecanismu di incisione chimica determina chì u foru attraversu furmatu da stu metudu serà affettatu da l'orientazione di u cristallu di l'ostia di siliciu, facendu u foru traversante incisu micca verticale, ma chì mostra un fenomenu chjaru di u fondu largu è strettu. Stu difettu limita l'applicazione di incisione umida in a fabricazione di TSV.
(3) Incisione elettrochimica fotoassistita (PAECE)
U principiu di basa di l'incisione elettrochimica fotoassistita (PAECE) hè di utilizà a luce ultravioletta per accelerà a generazione di coppie elettroni-buchi, accelerà cusì u prucessu di incisione elettrochimica. In cunfrontu cù u prucessu DRIE largamente utilizatu, u prucessu PAECE hè più adattatu per l'incisione di strutture ultra-large cù un rapportu d'aspettu più grande di 100: 1, ma u so svantaghju hè chì a cuntrollabilità di a prufundità di incisione hè più debule di DRIE, è a so tecnulugia pò esse. necessitanu più ricerca è migliurà u prucessu.
(4) Perforazione laser
Hè differente da i trè metudi sopra. U metudu di perforazione laser hè un metudu puramente fisicu. Utilizà principalmente l'irradiazione laser d'alta energia per fonde è evaporà u materiale di sustrato in l'area specificata per realizà fisicamente a custruzzione di TSV à traversu.
U foru passante furmatu da a perforazione laser hà un altu rapportu d'aspettu è a parete laterale hè basicamente verticale. In ogni casu, postu chì a perforazione laser in realtà usa u riscaldamentu lucale per furmà u foru attraversu, u muru di u foru di TSV serà affettatu negativamente da danni termichi è riduce l'affidabilità.
2. Prucessu di depositu di liner strata
Un'altra tecnulugia chjave per a fabricazione di TSV hè u prucessu di deposizione di u stratu di liner.
U prucessu di deposizione di a capa di liner hè realizatu dopu chì u foru passante hè incisu. A capa di liner depositata hè generalmente un oxidu cum'è SiO2. U stratu di liner hè situatu trà u cunduttore internu di u TSV è u sustrato, è ghjoca principarmenti u rolu di isolà a fuga di corrente DC. In più di deposità l'ossidu, i strati di barriera è di sementi sò ancu necessarii per u riempimentu di u cunduttore in u prossimu prucessu.
U stratu di liner fabbricatu deve risponde à i seguenti dui requisiti basi:
(1) a tensione di rottura di u stratu insulating deve risponde à i bisogni di u travagliu attuale di TSV;
(2) i strati dipositati sò assai consistenti è anu una bona aderenza l'una à l'altru.
A figura seguente mostra una foto di a strata di liner depositata da a deposizione chimica di vapore rinforzata di plasma (PECVD).
U prucessu di depositu deve esse aghjustatu in cunfurmità per i diversi prucessi di fabricazione di TSV. Per u prucessu di traversu di fronte, un prucessu di depositu à alta temperatura pò esse usatu per migliurà a qualità di a capa d'ossidu.
A deposizione tipica à alta temperatura pò esse basatu annantu à l'ortosilicate di tetraetile (TEOS) cumminata cù un prucessu d'ossidazione termale per furmà una strata isolante SiO2 d'alta qualità altamente consistente. Per u prucedimentu di u bule mediu è di u prucedimentu, postu chì u prucessu BEOL hè statu finitu durante a deposizione, un metudu di bassa temperatura hè necessariu per assicurà a cumpatibilità cù i materiali BEOL.
Sutta sta cundizione, a temperatura di depositu deve esse limitata à 450 °, cumpresu l'usu di PECVD per deposità SiO2 o SiNx cum'è una capa insulante.
Un altru mètudu cumuni hè di utilizà a deposizione di a strata atomica (ALD) per deposità Al2O3 per ottene una capa insulante più densa.
3. Prucessu di riempimentu di metallu
U prucessu di riempimentu di TSV hè realizatu immediatamente dopu à u prucessu di deposizione di liner, chì hè una altra tecnulugia chjave chì determina a qualità di TSV.
I materiali chì ponu esse riempiti include polisiliconu dopatu, tungstenu, nanotubi di carbone, etc., secondu u prucessu utilizatu, ma u più mainstream hè sempre di ramu electroplated, perchè u so prucessu hè maturu è a so cunduttività elettrica è termale hè relativamente alta.
Sicondu a diffarenza di distribuzione di a so rata di galvanica in u foru attraversu, pò esse principarmenti divisu in metudi di galvanica subconformal, conformal, superconformal è bottom-up, cum'è mostra in a figura.
L'electroplating subconformal hè stata utilizata principalmente in a prima fase di a ricerca TSV. Comu mostra in a Figura (a), l'ioni Cu forniti da l'elettrolisi sò cuncentrati à a cima, mentre chì u fondu hè insufficiently supplemented, chì face chì a tarifa di l'electroplating in a cima di u passaghju hè più altu ch'è quì sottu à a cima. Per quessa, a cima di u passaghju serà chjusu in anticipu prima ch'ella sia cumplettamente pienu, è un grande vacu serà furmatu in l'internu.
U schema schematicu è a foto di u metudu di electroplating conformale sò mostrati in Figura (b). Assicurendu a supplementazione uniforme di ioni Cu, a tarifa di electroplating à ogni pusizioni in u foru passaghju hè basicamente u stessu, cusì solu una cucitura serà lasciata in l'internu, è u voluminu vacu hè assai più chjucu di quellu di u metudu electroplating subconformal, cusì hè largamente utilizatu.
Per ottene più un effettu di riempimentu senza vuoti, u metudu di electroplating superconformal hè statu prupostu per ottimisà u metudu di electroplating conformale. Cum'è mostra in a Figura (c), cuntrullendu l'offerta di ioni Cu, a rata di riempimentu in u fondu hè ligeramente più altu ch'è quella in altre pusizioni, ottimizendu cusì u gradiente di gradiente di u tassu di riempimentu da u fondu à a cima per eliminà completamente a cucitura manca. da u metudu di l'electroplating conformale, in modu di ottene un riempimentu di rame metallicu completamente senza vuoti.
U metudu electroplating bottom-up pò esse cunsideratu cum'è un casu spiciali di u metudu super-cunfurmale. In questu casu, a tarifa di l'electroplating, eccettu u fondu, hè suppressa à cero, è solu l'electroplating hè gradualmente realizatu da u fondu à a cima. In più di u vantaghju senza vuoti di u metudu di electroplating conformale, stu metudu pò ancu riduce in modu efficace u tempu di electroplating generale, per quessa hè statu assai studiatu in l'ultimi anni.
4. Tecnulugia di prucessu RDL
U prucessu RDL hè una tecnulugia di basa indispensabile in u prucessu di imballaggio tridimensionale. Per mezu di stu prucessu, l'interconnessioni metalliche ponu esse fabbricate da i dui lati di u sustrato per ottene u scopu di ridistribuzione portu o interconnessione trà i pacchetti. Dunque, u prucessu RDL hè largamente utilizatu in sistemi di imballaggio fan-in-fan-out o 2.5D/3D.
In u prucessu di custruzzione di dispusitivi tridimensionali, u prucessu RDL hè di solitu usatu per interconnect TSV à rializà una varietà di strutture di dispusitivu tridimensionale.
Ci sò attualmente dui prucessi principali di RDL. U primu hè basatu nantu à polimeri fotosensibili è cumminati cù prucessi di galvanizazione è incisione di cobre; l'altru hè implementatu cù u prucessu Cu Damascu cumminatu cù PECVD è prucessu di lucidatura meccanica chimica (CMP).
U seguitu introduverà i percorsi di prucessu mainstream di sti dui RDL rispettivamente.
U prucessu RDL basatu nantu à polimeru fotosensibile hè mostratu in a figura sopra.
Prima, una strata di cola PI o BCB hè rivestita nantu à a superficia di l'ostia per rotazione, è dopu à u riscaldamentu è a curazione, un prucessu di fotolitografia hè utilizatu per apre i buchi à a pusizione desiderata, è dopu l'incisione hè realizata. Dopu, dopu avè sguassatu u photoresist, Ti è Cu sò sputtered nantu à u wafer attraversu un prucessu di deposizione di vapore fisicu (PVD) cum'è una capa di barriera è una capa di sumente, rispettivamente. In seguitu, u primu stratu di RDL hè fabbricatu nantu à a strata di Ti / Cu esposta cumminendu i prucessi di fotolitografia è di galvanica Cu, è poi a fotoresist hè eliminata è l'eccessu di Ti è Cu sò incisi. Repetite i passi sopra per furmà una struttura RDL multi-layer. Stu metudu hè attualmente più largamente utilizatu in l'industria.
Un altru mètudu per a fabricazione di RDL hè principalmente basatu annantu à u prucessu Cu Damascus, chì combina i prucessi PECVD è CMP.
A diffarenza trà stu metudu è u prucessu RDL basatu nantu à u polimeru fotosensibile hè chì in u primu passu di a fabricazione di ogni strata, PECVD hè utilizatu per deposità SiO2 o Si3N4 cum'è una capa insulating, è dopu una finestra hè furmata nantu à a capa insulating per fotolitografia è L'incisione di ioni reattivi, è a barriera Ti / Cu / u stratu di sementi è u rame di cunduttore sò sputtered rispettivamente, è poi u stratu di cunduttore hè diluita à u spessore necessariu da u prucessu CMP, vale à dì, una strata di RDL o una strata di buchi passanu hè furmatu.
A figura seguente hè un diagramma schematicu è una foto di a sezione trasversale di un RDL multi-layer custruitu nantu à u prucessu Cu Damascu. Pò esse osservatu chì TSV hè prima cunnessu à a strata di u foru passante V01, è poi stacked from bottom to top in l'ordine di RDL1, through-hole layer V12, è RDL2.
Ogni strata di RDL o strata à traversu hè fabbricata in sequenza secondu u metudu sopra.Siccomu u prucessu RDL richiede l'usu di u prucessu CMP, u so costu di fabricazione hè più altu ch'è quellu di u prucessu RDL basatu in polimeru fotosensibile, cusì a so applicazione hè relativamente bassa.
5. Tecnulugia di prucessu IPD
Per a fabricazione di dispusitivi tridimensionali, in più di l'integrazione diretta in chip in MMIC, u prucessu IPD furnisce un altru percorsu tecnicu più flexible.
I dispositi passivi integrati, cunnisciuti ancu com'è prucessu IPD, integranu qualsiasi cumminazzioni di dispositivi passivi cumpresi induttori in chip, condensatori, resistori, convertitori balun, etc., nantu à un sustrato separatu per furmà una biblioteca di dispositivi passivi in forma di una scheda di trasferimentu chì pò. esse chjamatu in modu flessibile secondu e esigenze di disignu.
Siccomu in u prucessu IPD, i dispositi passivi sò fabbricati è integrati direttamente nantu à u bordu di trasferimentu, u so flussu di prucessu hè più simplice è menu caru di l'integrazione in chip di IC, è pò esse pruduciutu in massa in anticipu cum'è una libreria di dispositivi passivi.
Per a fabricazione di dispositivi passivi tridimensionali TSV, IPD pò cumpensà in modu efficace u pesu di u costu di i prucessi di imballaggio tridimensionale cumpresi TSV è RDL.
In più di vantaghji di costu, un altru vantaghju di IPD hè a so alta flessibilità. Una di a flessibilità di l'IPD hè riflessa in i diversi metudi di integrazione, cum'è mostra in a figura sottu. In più di i dui metudi basi di integrazione diretta IPD in u sustrato di u pacchettu attraversu u prucessu flip-chip cum'è mostra in Figura (a) o u prucessu di ligame cum'è mostra in Figura (b), un altru stratu di IPD pò esse integratu nantu à una sola capa. di IPD cum'è mostra in Figure (c)-(e) per ottene una gamma più larga di cumminazzioni di dispositivi passivi.
À u listessu tempu, cum'è mostra in a Figura (f), l'IPD pò esse più utilizatu cum'è una scheda adattatore per intarrà direttamente u chip integratu nantu à ellu per custruisce direttamente un sistema di imballaggio d'alta densità.
Quandu si usa IPD per custruisce i dispositi passivi tridimensionali, u prucessu TSV è u prucessu RDL pò ancu esse usatu. U flussu di prucessu hè basu u listessu cum'è u metudu di trasfurmazioni di integrazione in chip sopra citatu, è ùn serà micca ripetutu; a diffarenza hè chì, postu chì l'ughjettu di l'integrazione hè cambiatu da u chip à u bordu di l'adattatore, ùn ci hè bisognu di cunsiderà l'impattu di u prucessu di imballaggio tridimensionale nantu à a zona attiva è a strata di interconnessione. Questu porta ancu à un'altra flessibilità chjave di l'IPD: una varietà di materiali di sustrato ponu esse selezziunati in modu flessibile secondu e esigenze di cuncepimentu di i dispositi passivi.
I materiali di sustrato dispunibuli per IPD ùn sò micca solu materiali di sustrato di semiconductor cum'è Si è GaN, ma ancu ceramiche Al2O3, ceramiche co-fired à bassa temperatura / alta temperatura, sustrati di vetru, ecc. dispusitivi integrati da IPD.
Per esempiu, a struttura di l'induttore passiva tridimensionale integrata da IPD pò usà un sustrato di vetru per migliurà efficacemente u rendiment di l'inductor. In cuntrastu à u cuncettu di TSV, i fori di traversu fatti nantu à u sustrato di vetru sò ancu chjamati vias through-glass (TGV). A foto di l'inductor tridimensionale fabbricatu basatu annantu à i prucessi IPD è TGV hè mostrata in a figura sottu. Siccomu a resistività di u sustrato di vetru hè assai più altu ch'è quella di i materiali semiconductori cunvinziunali cum'è Si, l'induttore tridimensionale TGV hà megliu proprietà d'insulazione, è a perdita d'inserzione causata da l'effettu parasiticu di u sustrato à frequenze alte hè assai più chjuca di quella di l'induttore tridimensionale TSV convenzionale.
Per d 'altra banda, i condensatori di metallu-insulatore-metallu (MIM) ponu ancu esse fabbricati nantu à u sustrato di vetru IPD attraversu un prucessu di deposizione di film sottile, è interconnessi cù l'induttore tridimensionale TGV per furmà una struttura di filtru passiva tridimensionale. Per quessa, u prucessu IPD hà un vastu potenziale di applicazione per u sviluppu di novi dispositi passivi tridimensionali.
Tempu di Postu: Nov-12-2024