Пакетлау технологиясе ярымүткәргеч индустриясендә иң мөһим процессларның берсе. Пакетның формасы буенча аны розетка пакетына, өслек монтаж пакетына, BGA пакетына, чип зурлыгы пакетына (CSP), бер чип модуль пакетына (SCM, басылган схема тактасы (PCB)) аерырга мөмкин. һәм интеграль схема (IC) такта тактасы матчлары), күп чиплы модуль пакеты (гетероген чипларны берләштерә ала торган MCM), вафер дәрәҗәсе пакеты (WLP, шул исәптән фан-вафер дәрәҗәсе пакеты (FOWLP), микро өслек монтаж компонентлары) (микроСМД) һ.б.), өч үлчәмле пакет (микро бөке үзара бәйләнеш пакеты, TSV үзара бәйләнеш пакеты һ.б.), система пакеты (SIP), чип системасы (SOC).
3D упаковка формалары нигездә өч категориягә бүленә: күмелгән тип (җайланманы күп катламлы чыбыкларга күмү яки субстратка күмү), актив субстрат тибы (кремний вафер интеграциясе: башта компонентларны һәм вафер субстратны актив субстрат формалаштыру өчен). аннары күп катламлы үзара бәйләнеш линияләрен тәртипкә китерегез, һәм өске катламдагы бүтән чипларны яки компонентларны җыясыз) һәм төрләнгән төр (кремний вафлары белән капланган кремний вафлары, кремний вафлары белән тезелгән чиплар, һәм; чиплар белән тезелгән).
3D үзара бәйләнеш ысулларына чыбык бәйләү (WB), флип чип (ФК), кремний аша (TSV), кино үткәргеч һ.б. керә.
TSV чиплар арасында вертикаль бәйләнешне аңлый. Вертикаль үзара бәйләнеш сызыгы иң кыска дистанциягә һәм көчлерәк булганга, миниатюризацияне, югары тыгызлыкны, югары җитештерүчәнлекне һәм күп функцияле гетероген структура пакетларын тормышка ашыру җиңелрәк. Шул ук вакытта, ул шулай ук төрле материалларның чипларын үзара бәйли ала;
хәзерге вакытта TSV процессын кулланып микроэлектроника җитештерү технологияләренең ике төре бар: өч үлчәмле схема упаковкасы (3D IC интеграция) һәм өч үлчәмле кремний упаковкасы (3D Si интеграциясе).
Ике форманың аермасы шунда:
. -Ку бәйләнеше).
(2) 3D челтәр интеграция технологиясенә ваферлар (3D схема упаковкасы, 3D кремний упаковка) бәйләнеше ярдәмендә ирешеп була, ә чип-чип бәйләнеше һәм чип-вафер бәйләнеше 3D схема упаковкасы ярдәмендә генә ирешеп була.
(3) 3D челтәр төрү процессы белән интеграцияләнгән чиплар арасында бушлыклар бар, һәм системаның механик һәм электр үзлекләренең тотрыклылыгын тәэмин итү өчен системаның җылылык үткәрүчәнлеген һәм җылылык киңәйтү коэффициентын көйләү өчен диэлектрик материаллар тутырылырга тиеш; 3D кремний төрү процессы белән интеграцияләнгән чиплар арасында аерма юк, һәм чипның энергия куллануы, күләме һәм авырлыгы кечкенә, һәм электр күрсәткече искиткеч.
TSV процессы субстрат аша вертикаль сигнал юлын төзи һәм субстратның өске һәм аскы өлешендә RDLны тоташтырып, өч үлчәмле үткәргеч юлын ясый ала. Шуңа күрә, TSV процессы - өч үлчәмле пассив җайланма структурасын төзү өчен мөһим нигез ташларының берсе.
Сызыкның алгы очлары (FEOL) белән арткы оч (BEOL) арасындагы тәртип буенча, TSV процессын өч төп җитештерү процессына бүлеп була, ягъни беренче (ViaFirst) аша, урта аша (Урта аша) һәм соңгы (Соңгы аша) процессы аша, рәсемдә күрсәтелгәнчә.
1. Эшләү процессы аша
Эшләү процессы - TSV структурасын җитештерү өчен ачкыч. Уңайлы эшкәртү процессын сайлау TSVның механик көчен һәм электр үзлекләрен эффектив рәвештә яхшырта ала, һәм шулай ук TSV өч үлчәмле җайланмаларның гомуми ышанычлылыгы белән бәйле.
Хәзерге вакытта дүрт төп агым TSV эшкәртү процессы аша бар: тирән реактив ион эфиры (DRIE), дымлы эфир, фото ярдәмендә электрохимик эфир (PAECE) һәм лазер бораулау.
(1) Тирән реактив Ион Этчинг (DRIE)
Тирән реактив ион эшкәртү, шулай ук DRIE процессы дип атала, иң еш кулланыла торган TSV эшкәртү процессы, ул, нигездә, югары аспектлы структуралар аша TSVны тормышка ашыру өчен кулланыла. Традицион плазманы эшкәртү процесслары, гадәттә, берничә микронның тирәнлегенә ирешә ала, түбән эфир тизлеге һәм маска сайлап алу мөмкинлеге булмаганда. Bosch бу нигездә тиешле процесс камилләштерде. SF6-ны реактив газ итеп кулланып, C4F8 газын тротуарлар өчен пассивациядән саклаучы итеп, яхшыртылган DRIE процессы югары аспект коэффициентын алу өчен яраклы. Шуңа күрә ул шулай ук Bosch процессы дип атала.
Түбәндәге рәсем - DRIE процессын эчеп формалашкан югары аспект коэффициенты фотосы.
DRIE процессы яхшы идарә итүчәнлеге аркасында TSV процессында киң кулланылса да, аның җитешсезлеге - тротуарның яссылыгы начар, кабак формасындагы бөртек җитешсезлекләре барлыкка киләчәк. Бу җитешсезлек югары аспект коэффициентын алганда мөһимрәк.
(2) Дымлы эфир
Дым эфиры тишекләр аша чыгу өчен маска һәм химик эфир комбинациясен куллана. Иң еш кулланыла торган эфир эремәсе - KOH, ул кремний субстратындагы позицияләрне маска белән сакланмый, шуның белән кирәкле тишек структурасын формалаштыра ала. Дым эфиры - тишек аша иң эре процесс. Аның процесс адымнары һәм кирәкле җиһазлар чагыштырмача гади булганлыктан, аз бәядән TSV массакүләм җитештерү өчен яраклы. Ләкин, аның химик эшкәртү механизмы, бу ысул белән барлыкка килгән тишек кремний вафатының кристалл ориентациясенә тәэсир итәчәген билгели, тишек аша вертикаль булмаган, ләкин киң һәм тар төбенең ачык күренешен күрсәтә. Бу җитешсезлек TSV җитештерүдә дым эфирын куллануны чикли.
(3) Фото ярдәмендә электрохимик эшкәртү (PAECE)
Фото ярдәмендә электрохимик эфирның (PAECE) төп принцибы - ультрафиолет нурын электрон тишекле парлар тудыруны тизләтү, шуның белән электрохимик эшкәртү процессын тизләтү. Киң кулланылган DRIE процессы белән чагыштырганда, PAECE процессы 100: 1 дән зуррак тишек структуралар аша ультра-зур аспект коэффициентын эшкәртү өчен кулайрак, ләкин аның җитешсезлеге шунда ки, тирәнлекне контрольдә тоту DRIE белән чагыштырганда көчсезрәк, һәм аның технологиясе булырга мөмкин. алга таба тикшерүне һәм процессны камилләштерүне таләп итә.
(4) Лазер бораулау
Aboveгарыдагы өч ысулдан аерылып тора. Лазер бораулау ысулы - физик ысул. Ул, нигездә, TSV тишек төзелешен физик яктан тормышка ашыру өчен, күрсәтелгән өлкәдәге субстрат материалны эретү һәм парга әйләндерү өчен югары энергияле лазер нурланышын куллана.
Лазер бораулау аркасында барлыкка килгән тишек югары аспектка ия һәм тротуар нигездә вертикаль. Ләкин, лазер бораулау чыннан да җирле җылытуны кулланганлыктан, TSV тишек дивары җылылык зарарына тискәре йогынты ясаячак һәм ышанычлылыгын киметәчәк.
2. Лайнер катламын чүпләү процессы
TSV җитештерү өчен тагын бер төп технология - лайнер катламын чүпләү процессы.
Лайнер катламын чүпләү процессы тишек тишелгәннән соң башкарыла. Сакланган лайнер катламы, гадәттә, SiO2 кебек оксид. Лайнер катламы TSV эчке үткәргеч белән субстрат арасында урнашкан, һәм нигездә DC ток агып чыгуын изоляцияләү ролен башкара. Киләсе процесста үткәргеч тутыру өчен оксид, барьер һәм орлык катламнары кирәк.
.Итештерелгән лайнер катламы түбәндәге ике төп таләпкә туры килергә тиеш:
(1) изоляцион катламның өзелү көчәнеше ТСВның эш таләпләренә туры килергә тиеш;
2) урнаштырылган катламнар бик эзлекле һәм бер-берсенә яхшы ябышалар.
Түбәндәге рәсемдә плазманы көчәйтелгән химик пар парламенты (PECVD) урнаштырылган лайнер катламы фотосы күрсәтелә.
Төрле TSV җитештерү процесслары өчен чүпләү процессы тиешенчә көйләнергә тиеш. Алгы тишек процессы өчен, югары температураны чүпләү процессы оксид катламының сыйфатын яхшырту өчен кулланылырга мөмкин.
Типик югары температуралы чокыр тетретил ортосиликатына (TEOS) нигезләнеп, җылылык оксидлаштыру процессы белән кушылып, югары эзлекле SiO2 изоляцион катлам формалаштырырга мөмкин. Урта тишек һәм арткы тишек процессы өчен, BEOL процессы чүпләү вакытында тәмамланганлыктан, BEOL материаллары белән туры килүен тәэмин итү өчен түбән температуралы ысул кирәк.
Бу шартларда, температура 450 ° белән чикләнергә тиеш, шул исәптән SiO2 яки SiNx изоляцион катлам итеп урнаштыру өчен PECVD куллануны да кертеп.
Тагын бер киң таралган ысул - тыгызрак изоляцион катлам алу өчен Al2O3 күчерү өчен атом катламын (ALD) куллану.
3. Металл тутыру процессы
TSV тутыру процессы лайнерны чүпләү процессыннан соң ук башкарыла, бу TSV сыйфатын билгеләүче тагын бер төп технология.
Тотырырга мөмкин булган материалларга кулланылган полисиликон, вольфрам, углерод нанотубы һ.б. керә, ләкин иң төп агым һаман да электроплатланган бакыр, чөнки аның процессы җитлеккән, электр һәм җылылык үткәрүчәнлеге чагыштырмача югары.
Электроплатинг тизлегенең тишек аша тарату аермасы буенча, аны, нигездә, субконформаль, конформаль, суперконформаль һәм аста өскә электроплатлау ысулларына бүлеп була, рәсемдә күрсәтелгәнчә.
Субконформаль электроплатинг, нигездә, TSV тикшеренүләренең башлангыч этабында кулланылган. Рәсемдә (а) күрсәтелгәнчә, электролиз белән тәэмин ителгән Ку ионнары өскә тупланганнар, ә аскы өлеше тулыландырылмаган, бу тишек өстендәге электроплатинг тизлегенең өске астыннан югарырак булуына китерә. Шуңа күрә, тишекнең өске өлеше тулысынча тутырылганчы алдан ябылачак, һәм эчендә зур бушлык барлыкка киләчәк.
Конформаль электроплатинг ысулының схематик схемасы һәм фотосы Рәсемдә (б) күрсәтелгән. Ку ионнарын бертөрле тулыландыруны тәэмин итеп, тишекнең һәр позициясендә электроплатировкалау дәрәҗәсе бер үк, шуңа күрә эчендә тегү генә калачак, һәм бушлык күләме субконформаль электроплатлау ысулыннан күпкә кечерәк. киң кулланыла.
Алга таба буш буш тутыру эффектына ирешү өчен, конформаль электроплатлау ысулын оптимальләштерү өчен суперконформаль электроплатлау ысулы тәкъдим ителде. Рәсемдә күрсәтелгәнчә, C ионнары белән тәэмин итүне контрольдә тотып, астагы тутыру ставкасы башка позицияләргә караганда бераз югарырак, шуның белән тутыру ставкасының баскыч градиентын оптимальләштереп, сул якны тулысынча бетерү өчен. конформаль электроплатлау ысулы белән, тулысынча буш бакыр тутыруга ирешү өчен.
Электроплатинг ысулы супер-конформаль ысулның махсус очрагы булып каралырга мөмкин. Бу очракта, электроплатинг темплары нульдән кысыла, һәм электроплатинг кына акрынлап астыннан өскә алып барыла. Конформаль электроплатлау ысулының бушсыз өстенлегенә өстәп, бу ысул гомуми электроплатлау вакытын эффектив кыскартырга мөмкин, шуңа күрә ул соңгы елларда киң өйрәнелде.
4. RDL процесс технологиясе
RDL процессы - өч үлчәмле төрү процессында алыштыргысыз төп технология. Бу процесс ярдәмендә портны бүлү яки пакетлар арасындагы үзара бәйләнешкә ирешү өчен субстратның ике ягында металл үзара бәйләнешләр җитештерелергә мөмкин. Шуңа күрә, RDL процессы фанат-фанатта яки 2.5D / 3D төрү системаларында киң кулланыла.
Өч үлчәмле җайланмалар төзү процессында, RDL процессы, гадәттә, өч үлчәмле җайланма структураларын тормышка ашыру өчен TSVны үзара бәйләү өчен кулланыла.
Хәзерге вакытта ике төп агым RDL процессы бар. Беренчесе фотосенсив полимерларга нигезләнгән һәм бакыр электроплатинг һәм эфир процесслары белән берләштерелгән; икенчесе Cu Damask процессын кулланып PECVD һәм химик механик полировка (CMP) процессы белән берләштерелә.
Түбәндә бу ике РДЛның төп процесс юллары кертеләчәк.
Фотосенсив полимерга нигезләнгән RDL процессы югарыдагы рәсемдә күрсәтелгән.
Беренчедән, PI яки BCB клей катламы вафер өслегендә әйләнү белән капланган, һәм җылыту һәм дәвалаганнан соң, кирәкле урында тишекләр ачу өчен фотолитография процессы кулланыла, аннары эфир ясала. Алга таба, фоторесистны бетергәннән соң, Ti һәм Cu, парны физик парны чүпләү процессы (PVD) аша, барьер катламы һәм орлык катламы итеп чәчәләр. Алга таба, RDLның беренче катламы Ti / Cu катламында фотолитография һәм электроплатирование Cu процессларын берләштереп җитештерелә, аннары фоторезист бетерелә һәм артык Ti һәм Cu юкка чыга. Күп катламлы RDL структурасын формалаштыру өчен югарыдагы адымнарны кабатлагыз. Бу ысул хәзерге вакытта тармакта киң кулланыла.
RDL җитештерүнең тагын бер ысулы, нигездә, PECVD һәм CMP процессларын берләштергән Cu Дамаск процессына нигезләнгән.
Бу ысул белән фотосенсив полимерга нигезләнгән RDL процессы арасындагы аерма шунда: һәр катлам җитештерүнең беренче адымында PECVD SiO2 яки Si3N4 изоляцион катлам итеп урнаштырыла, аннары изоляцион катламда фотолитография ярдәмендә тәрәзә барлыкка килә һәм реактив ион эфиры, һәм Ti / Cu барьер / орлык катламы һәм үткәргеч бакыр тиешенчә чәчәләр, аннары үткәргеч катламы CMP процессы белән кирәкле калынлыкка нечкәләнәләр, ягъни а. RDL катламы яки тишек катламы барлыкка килә.
Түбәндәге рәсем схематик схема һәм Ку Дамаск процессына нигезләнеп төзелгән күп катламлы RDL киселешенең фотосы. Моны күзәтеп була, TSV башта V01 тишек катламы белән тоташтырылган, аннары RDL1 тәртибе буенча, астыннан өскә тезелгән, V12 тишек катламы һәм RDL2.
RDLның һәр катламы яки тишек катламы югарыдагы ысул буенча эзлеклелектә җитештерелә.RDL процессы CMP процессын куллануны таләп иткәнгә, аның җитештерү бәясе фотосенсив полимер нигезендә RDL процессына караганда югарырак, шуңа күрә аны куллану чагыштырмача түбән.
5. IPD процесс технологиясе
Өч үлчәмле җайланмалар җитештерү өчен, MMIC-та туры чип интеграциясенә өстәп, IPD процессы тагын да сыгылучан техник юл бирә.
Интеграль пассив җайланмалар, шулай ук IPD процессы буларак та билгеле, пассив җайланмаларның комбинациясен, шул исәптән чип индуктивлык кәтүкләрен, конденсаторларны, резисторларны, балун конвертерларын һ.б. аерым субстратта берләштерә, күчерү тактасы формасында пассив җайланма китапханәсен формалаштыра ала. дизайн таләпләре буенча сыгылмалы булырга тиеш.
IPD процессында пассив җайланмалар җитештерелә һәм тапшыру тактасына турыдан-туры интеграцияләнә, аның процесс агымы IC-чип интеграциясенә караганда гадирәк һәм арзанрак, һәм пассив җайланма китапханәсе буларак алдан җитештерелергә мөмкин.
TSV өч үлчәмле пассив җайланма җитештерү өчен, IPD TSV һәм RDL да кертеп, өч үлчәмле упаковка процессларының чыгым авырлыгын эффектив каплый ала.
Кыйммәт өстенлекләренә өстәп, IPD-ның тагын бер өстенлеге - аның югары сыгылмасы. IPD-ның сыгылмалылыгы түбәндәге рәсемдә күрсәтелгәнчә, төрле интеграция ысулларында чагыла. IPD-ны пакет субстратына турыдан-туры интеграцияләүнең ике төп ысулына өстәп, рәсемдә күрсәтелгәнчә флип-чип процессы яки рәсемдә күрсәтелгәнчә бәйләү процессы, IPDның тагын бер катламы бер катламга интеграцияләнергә мөмкин. Рәсемнәрдә күрсәтелгән IPD (в) - (e) пассив җайланма комбинацияләренең киң ассортиментына ирешү өчен.
Шул ук вакытта, рәсемдә (f) күрсәтелгәнчә, IPD алга таба югары тыгызлыктагы упаковка системасын төзү өчен интеграль чипны турыдан-туры күмү өчен адаптер такта буларак кулланылырга мөмкин.
Өч үлчәмле пассив җайланмалар төзү өчен IPD кулланганда, TSV процессы һәм RDL процессы да кулланылырга мөмкин. Процесс агымы югарыда телгә алынган чип интеграция эшкәртү ысулы белән бертигез, һәм ул кабатланмаячак; аерма шунда: интеграция объекты чиптан адаптер тактага үзгәртелгәнгә, өч үлчәмле төрү процессының актив мәйданга һәм үзара бәйләнеш катламына йогынтысын карарга кирәкми. Бу тагын IPD-ның тагын бер төп сыгылучылыгына китерә: төрле субстрат материаллар пассив җайланмаларның дизайн таләпләренә туры китереп сайланырга мөмкин.
IPD өчен булган субстрат материаллар Si һәм GaN кебек гомуми ярымүткәргеч субстрат материаллар гына түгел, ә Al2O3 керамикасы, түбән температура / югары температурада кушылган керамика, пыяла субстратлар һ.б. IPD белән интеграцияләнгән җайланмалар.
Мәсәлән, IPD белән интеграцияләнгән өч үлчәмле пассив индуктивлык кәтүге структурасы индуктивлык кәтүгенең эффективлыгын яхшырту өчен пыяла субстрат куллана ала. TSV төшенчәсеннән аермалы буларак, пыяла субстратта ясалган тишекләр шулай ук пыяла виас (TGV) дип атала. IPD һәм TGV процесслары нигезендә җитештерелгән өч үлчәмле индуктивлык кәтүгенең фотосы түбәндәге рәсемдә күрсәтелгән. Пыяла субстратның каршылыгы Si кебек гадәти ярымүткәргеч материаллардан күпкә югарырак булганлыктан, TGV өч үлчәмле индуктивлык кәтүгенең изоляция үзенчәлекләре яхшырак, һәм югары ешлыкларда субстрат паразитик эффект аркасында кертелгән югалту күпкә кечерәк. гадәти TSV өч үлчәмле индуктивлык кәтүге.
Икенче яктан, металл-изолятор-металл (MIM) конденсаторлар шулай ук нечкә пленка субстратында җитештерелергә мөмкин, һәм TGV өч үлчәмле индуктивлык кәтүге белән үзара бәйләнештә, өч үлчәмле пассив фильтр структурасы. Шуңа күрә, IPD процессы яңа өч үлчәмле пассив җайланмалар үсеше өчен киң куллану потенциалына ия.
Пост вакыты: 12-2024 ноябрь