3D 堆叠的主要形式和分类 O- G6 Y! t! }1 q
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目前有多种基于 3D 堆叠方法, 主要包括: 芯片与芯片的堆叠( D2D) 、芯片与圆片的堆叠( D2W ) 以及圆片与圆片的堆叠( W2W) 。' w5 U, ?, t$ {0 Q
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) L. T, f- f; T- |D2D 堆叠方式是当前系统级封装( SiP) 方式的主要互联方式, 该堆叠方法主要利用引线键合的方式, 实现3D 方向芯片间的互联, 如图( a) 所示。 D2D 方式虽然可以实现3D 堆叠, 提高系统集成度, 但由于主要使用引线键合方式互联, 限制了系统集成度进一步提高, 并由于引线会引入寄生效应, 降低了 3D 系统的性能; 9 D+ o- M3 ^0 n: m0 b
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D2W 堆叠方式利用芯片分别与圆片相应功能位置实现3D 堆叠,如图( b) 所示, 该种方式主要利用 flip-chip( 倒装)方式和bump( 置球) 键合方式, 实现芯片与圆片电极的互联, 该方式与 D2D 方式相比, 具有更高的互联密度和性能, 并且与高性能的 flip-chip 键合机配合,可以获得较高的生产效率；' }& C9 \! G2 W% t
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W2W 堆叠方式利用圆片与圆片键合, 实现3D 堆叠, 在圆片键合过程中, 利用 TSV 实现信号的互联, 如图( c) 所示, 该种方式具有互联密度高、成本低并且可同时实现圆片级封装( WLP) 的优点, 可以实现 AD、I/ O、传感器等多功能器件的混合集成。
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对于 D2W 和 W2W 堆叠方式,从生产效率的角度, W 2W 方式效率最高, 但从成品率角度考虑, 由于 D2W 方式可以通过筛选, 实现合格芯片( Know good die, KGD) 之间的堆叠, 因此成品率较高; 而 W2W 方式, 无法通过实现事先筛选,会严重影响堆叠的成品率。 v; F0 `1 o. B: b6 J* }
3 A) }! H& ^: A% k% T: k. Z( r1 p对于 W2W 堆叠方式, 必须严格控制芯片及 3D 堆叠工艺的成品率, 否则, 随着堆叠层数的增加, 成品率将大幅下降。 对于一个需要 3 层的堆叠工艺来说, 必须将圆片成品率及层叠成品率均控制在 98%以上, 才可能获得 90%以上的 3D 堆叠成品率。
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层间互联技术——TSV* l/ P; N2 h2 n% r7 C0 [
# a2 P4 a! w. w& ?4 g从微电子技术的发展趋势看, 基于 TSV 技术的3D 堆叠技术, 将是微电子技术发展的必然趋势, 但也面临许多技术挑战, 如 TSV 技术、超薄片加工技术( 临时键合、减薄等) 、异质键合技术、层间对准技术等等, 其中, TSV 技术最为关键。- E1 N7 t5 F: N6 e# f# J' @
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穿透硅通孔( TSV) 将在先进的三维集成电路( 3D IC) 设计中提供多层芯片之间的互连功能, 是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通, 实现芯片之间互连的最新技术。 与以往的IC 封装键合和使用凸点的叠加技术不同, TSV 能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、外形尺寸最小, 并且大大改善芯片速度和降低功耗的性能。
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$ A# e$ D1 I0 y0 \( m4 a; \' k$ f采用硅通孔技术( TSVs) 的堆叠器件
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TSV 与目前应用于多层互连的通孔有所不同,一方面 TSV 通孔的直径通常仅为为 1～100 μm , 深度 10～400 μm, 为集成电路或者其他多功能器件的高密度混合集成提供可能; 另一方面, 它们不仅需要穿透组成叠层电路的各种材料, 还需要穿透很厚的硅衬底, 因此对通孔的刻蚀技术具有较高的要求。目前制造商们正在考虑的多种三维集成方案, 也需要多种尺寸的T SV 与之配合。 等离子刻蚀技术已经广泛应用于存储器和 MEM S 生产的深硅刻蚀工艺, 同样也非常适合于制造 TSV。 - X! L5 t2 Y6 w- g! {
& [7 W$ f9 o3 z' Q; |6 y2 r0 X利用3D 堆叠技术实现微系统, 是未来发展的必然趋势, 是突破摩尔定律发展的必然选择。其中利用MEMS 技术实现 TSV 互连, 是该技术的核心技术,必须重点解决与突破。 |
发表于 2018-4-28 22:42:00
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