Технологијата на пакување е еден од најважните процеси во индустријата за полупроводници. Според обликот на пакувањето, може да се подели на пакет со штекер, пакет за монтирање на површина, пакет BGA, пакет со големина на чип (CSP), пакет модул со еден чип (SCM, јаз помеѓу жиците на плочата за печатено коло (PCB) и се совпаѓаат подлогата на плочката за интегрирано коло (IC), пакетот модул со повеќе чипови (MCM, кој може да интегрира хетерогени чипови), пакетот за ниво на нафора (WLP, вклучувајќи го и нивото на нафора со вентилатор пакет (FOWLP), компоненти за микроповршинско монтирање (microSMD) итн.), тродимензионален пакет (пакет за интерконекција со микро удар, пакет за интерконекција TSV итн.), системски пакет (SIP), систем за чипови (SOC).
Формите на 3D пакување главно се поделени во три категории: закопан тип (закопување на уредот во повеќеслојни жици или закопани во подлогата), тип на активен супстрат (интеграција на силиконска обланда: прво интегрирајте ги компонентите и подлогата од обланда за да формирате активна подлога , потоа наредете повеќеслојни линии за меѓусебно поврзување и составете други чипови или компоненти на горниот слој) и наредениот тип (силикон); наполитанки наредени со силиконски наполитанки, чипови наредени со силиконски наполитанки и чипови наредени со чипс).
Методите на 3D интерконекција вклучуваат поврзување со жица (WB), преклопен чип (FC), преку силикон преку (TSV), филмски проводник итн.
TSV реализира вертикална интерконекција помеѓу чиповите. Бидејќи вертикалната линија за интерконекција има најкратко растојание и поголема јачина, полесно е да се реализира минијатуризација, висока густина, високи перформанси и мултифункционална хетерогена структура пакување. Во исто време, исто така може да ги поврзува чиповите од различни материјали;
во моментов, постојат два вида технологии за производство на микроелектроника кои користат TSV процес: тродимензионално пакување кола (3D IC интеграција) и тридимензионално силиконско пакување (3D Si интеграција).
Разликата помеѓу двете форми е во тоа:
(1) Пакувањето со 3D кола бара чип-електродите да се подготват во испакнатини, а испакнатините се меѓусебно поврзани (врзани со спојување, фузија, заварување, итн.), додека пак 3D силиконската амбалажа е директна меѓусебна врска помеѓу чипови (врзување помеѓу оксиди и Cu -Сврзување со Cu).
(2) Технологијата за интеграција на 3D кола може да се постигне со поврзување помеѓу обланди (3D пакување кола, 3D силиконско пакување), додека поврзувањето од чип со чип и поврзување од чип со нафора може да се постигне само со пакување на 3Д коло.
(3) Има празнини помеѓу чиповите интегрирани со процесот на пакување на 3D кола, а треба да се пополнат диелектрични материјали за да се прилагоди топлинската спроводливост и коефициентот на термичка експанзија на системот за да се обезбеди стабилност на механичките и електричните својства на системот; нема празнини помеѓу чиповите интегрирани со процесот на 3D силиконско пакување, а потрошувачката на енергија, волуменот и тежината на чипот се мали, а електричните перформанси се одлични.
Процесот TSV може да конструира вертикална патека на сигналот низ подлогата и да го поврзе RDL на врвот и на дното на подлогата за да формира тродимензионална патека на проводникот. Затоа, процесот TSV е еден од важните камен-темелници за конструирање на тродимензионална структура на пасивен уред.
Според редоследот помеѓу предниот крај на линијата (FEOL) и задниот крај на линијата (BEOL), процесот TSV може да се подели на три главни производни процеси, имено, преку првиот (ViaFirst), преку средината (Via Middle) и преку последниот (Via Last) процес, како што е прикажано на сликата.
1. Преку процес на офорт
Процесот на офорт е клучот за производство на структурата на TSV. Изборот на соодветен процес на офорт може ефикасно да ги подобри механичката сила и електричните својства на TSV, а дополнително да се поврзе со севкупната доверливост на тридимензионалните уреди TSV.
Во моментов, постојат четири главни TSV преку процеси на офорт: Длабоко реактивно јонско офортување (DRIE), влажно офортување, електрохемиско офортување со помош на фотографија (PAECE) и ласерско дупчење.
(1) Длабоко реактивно јонско гравирање (DRIE)
Длабоко реактивно јонско гравирање, исто така познато како процес DRIE, е најчесто користениот процес на офорт на TSV, кој главно се користи за реализација на TSV преку структури со висок сооднос. Традиционалните процеси на офорт со плазма генерално може да постигнат длабочина на офорт од неколку микрони, со мала стапка на офорт и недостаток на селективност на маската за офорт. На оваа основа, Bosch направи соодветни подобрувања на процесот. Со користење на SF6 како реактивен гас и ослободување на гас C4F8 за време на процесот на офорт како заштита од пасивација на страничните ѕидови, подобрениот процес DRIE е погоден за офортување на визите со висок сооднос. Затоа, тој се нарекува и процес на Бош по неговиот пронаоѓач.
Сликата подолу е фотографија од висок сооднос преку формиран со офортување на процесот DRIE.
Иако процесот DRIE е широко користен во процесот TSV поради неговата добра контролираност, неговиот недостаток е што плошноста на страничниот ѕид е слаба и ќе се формираат дефекти на брчки во форма на раковина. Овој дефект е позначаен кога се офортуваат визите со висок сооднос.
(2) Влажно офорт
Влажното офорт користи комбинација од маска и хемиско офорт за да се опише низ дупките. Најчесто употребуваниот раствор за офорт е KOH, кој може да ги гравира позициите на силициумската подлога кои не се заштитени со маската, со што се формира саканата структура со дупчиња. Влажното офортување е најраниот процес на офорт преку дупки. Бидејќи неговите процесни чекори и потребната опрема се релативно едноставни, тој е погоден за масовно производство на TSV по ниска цена. Сепак, неговиот хемиски механизам за офорт одредува дека пропустливата дупка формирана со овој метод ќе биде под влијание на кристалната ориентација на силиконската обланда, правејќи ја гравираната дупка невертикална, но покажува јасен феномен на широк врв и тесно дно. Овој дефект ја ограничува примената на влажно офорт во производството на TSV.
(3) Електрохемиско офорт со помош на фотографија (PAECE)
Основниот принцип на фото-асистираното електрохемиско офортување (PAECE) е да се користи ултравиолетова светлина за да се забрза генерирањето на парови електрон-дупки, а со тоа да се забрза процесот на електрохемиско офортување. Во споредба со широко користениот процес DRIE, процесот PAECE е посоодветен за офортување на структури со ултра голем сооднос поголем од 100:1, но неговиот недостаток е што контролирањето на длабочината на офорт е послаба од DRIE, а неговата технологија може да бараат дополнително истражување и подобрување на процесот.
(4) Ласерско дупчење
Се разликува од горенаведените три методи. Методот на ласерско дупчење е чисто физички метод. Главно користи високо-енергетско ласерско зрачење за да се стопи и испарува материјалот на подлогата во наведената област за физички да се реализира конструкцијата преку дупка на TSV.
Преку дупката формирана со ласерско дупчење има висок сооднос, а страничниот ѕид е во основа вертикален. Меѓутоа, бидејќи ласерското дупчење всушност користи локално загревање за да се формира проодната дупка, ѕидот на дупката на TSV ќе биде негативно погоден од термичко оштетување и ќе ја намали доверливоста.
2. Процес на таложење на лагер слој
Друга клучна технологија за производство на TSV е процесот на таложење на лагер.
Процесот на таложење на облогата се изведува откако ќе се гравира пропустливата дупка. Депонираниот облоген слој е генерално оксид како што е SiO2. Слојот на облогата се наоѓа помеѓу внатрешниот проводник на TSV и подлогата и главно ја игра улогата на изолирање на истекување на DC струја. Покрај депонирањето оксид, потребни се и преградни и семенски слоеви за полнење на проводникот во следниот процес.
Произведениот облоген слој мора да ги исполнува следните два основни барања:
(1) пробивниот напон на изолациониот слој треба да ги исполнува реалните работни барања на TSV;
(2) депонираните слоеви се многу конзистентни и имаат добра адхезија едни на други.
Следната слика покажува фотографија од облогата депонирана со хемиско таложење на пареа засилено со плазма (PECVD).
Процесот на таложење треба соодветно да се прилагоди за различни процеси на производство на TSV. За процесот на предната дупка, може да се користи процес на таложење со висока температура за да се подобри квалитетот на оксидниот слој.
Типичното таложење на висока температура може да се заснова на тетраетил ортосиликат (TEOS) во комбинација со процес на термичка оксидација за да се формира високо-квалитетен изолационен слој SiO2. За процесот на средна дупка и задна преку дупка, бидејќи процесот BEOL е завршен за време на таложењето, потребен е метод на ниска температура за да се обезбеди компатибилност со материјалите BEOL.
Под овој услов, температурата на таложење треба да се ограничи на 450°, вклучувајќи ја и употребата на PECVD за депонирање на SiO2 или SiNx како изолационен слој.
Друг вообичаен метод е да се користи таложење на атомски слој (ALD) за да се депонира Al2O3 за да се добие погуст изолационен слој.
3. Процес на полнење на метал
Процесот на полнење на TSV се спроведува веднаш по процесот на таложење на лагер, што е уште една клучна технологија што го одредува квалитетот на TSV.
Материјалите што може да се полнат вклучуваат допингуван полисиликон, волфрам, јаглеродни наноцевки итн. во зависност од процесот што се користи, но најглавниот е сè уште галванот бакар, бидејќи неговиот процес е зрел, а неговата електрична и топлинска спроводливост се релативно високи.
Според разликата во распределбата на неговата стапка на галванизација во проодната дупка, таа главно може да се подели на субконформални, конформални, суперконформални и методи на галванизација оддолу нагоре, како што е прикажано на сликата.
Субконформалното галванизација главно се користеше во раната фаза на истражувањето на TSV. Како што е прикажано на слика (а), Cu јоните обезбедени со електролиза се концентрирани на врвот, додека дното е недоволно надополнето, што предизвикува стапката на галванизација на врвот на проодната дупка да биде повисока од онаа под врвот. Затоа, врвот на пропустливата дупка ќе се затвори однапред пред целосно да се пополни, а внатре ќе се формира голема празнина.
Шематскиот дијаграм и фотографијата на конформалниот метод на галванизација се прикажани на слика (б). Со обезбедување на еднообразно дополнување на Cu јони, брзината на галванизација на секоја позиција во пропустливата дупка е во основа иста, така што ќе остане само шев внатре, а волуменот на празнината е многу помал од оној на методот на субконформална галванизација, така што широко се користи.
Со цел дополнително да се постигне ефект на полнење без празнини, беше предложен методот на суперконформално галванизација за да се оптимизира методот на конформално галванизација. Како што е прикажано на слика (в), со контролирање на снабдувањето со Cu јони, стапката на полнење на дното е малку повисока од онаа на другите позиции, со што се оптимизира чекорниот градиент на брзината на полнење од дното кон врвот за целосно да се елиминира левото шевот со конформален метод на галванизација, за да се постигне целосно полнење на метал бакар без празнини.
Методот на галванизација од дното нагоре може да се смета како посебен случај на суперконформалниот метод. Во овој случај, стапката на галванизација освен дното е потисната на нула, а само галванизацијата постепено се изведува од дното кон врвот. Покрај предноста без празнини на конформалниот метод на галванизација, овој метод може ефикасно да го намали целокупното време на галванизација, па затоа е широко проучуван во последниве години.
4. RDL процесна технологија
Процесот RDL е незаменлива основна технологија во процесот на тридимензионално пакување. Преку овој процес, металните меѓусебни врски може да се произведат од двете страни на подлогата за да се постигне целта на редистрибуција на пристаништето или меѓусебно поврзување помеѓу пакетите. Затоа, процесот RDL е широко користен во системи за пакување вентилатор во вентилатор или 2.5D/3D.
Во процесот на градење тродимензионални уреди, процесот RDL обично се користи за меѓусебно поврзување на TSV за да се реализираат различни тродимензионални структури на уреди.
Во моментов има два главни RDL процеси. Првиот е базиран на фотосензитивни полимери и комбиниран со бакарни процеси на галванизација и офорт; другиот е имплементиран со користење на процес Cu Damascus во комбинација со PECVD и процес на хемиско механичко полирање (CMP).
Следното ќе ги претстави главните процеси на патеките на овие два RDL соодветно.
Процесот RDL базиран на фотосензитивен полимер е прикажан на сликата погоре.
Најпрво со ротација на површината на нафората се премачкува слој од PI или BCB лепак, а по загревањето и стврднувањето се користи процес на фотолитографија за отворање на дупки на саканата положба, а потоа се врши офорт. Следно, по отстранувањето на фоторезистот, Ti и Cu се распрснуваат на нафората преку процес на физичко таложење на пареа (PVD) како преграден слој и слој на семе, соодветно. Следно, првиот слој на RDL се произведува на изложениот слој Ti/Cu со комбинирање на процесите на фотолитографија и галванизација на Cu, а потоа фоторезистот се отстранува и вишокот Ti и Cu се гравираат. Повторете ги горните чекори за да формирате повеќеслојна RDL структура. Овој метод во моментов е пошироко користен во индустријата.
Друг метод за производство на RDL главно се базира на процесот Cu Damascus, кој ги комбинира процесите PECVD и CMP.
Разликата помеѓу овој метод и процесот RDL базиран на фотосензитивен полимер е во тоа што во првиот чекор од производството на секој слој, PECVD се користи за депонирање SiO2 или Si3N4 како изолационен слој, а потоа се формира прозорец на изолациониот слој со фотолитографија и реактивно јонско гравирање и Ti/Cu бариерата/семенскиот слој и спроводниот бакар се распрснуваат соодветно, а потоа и проводниот слој се разредува до потребната дебелина со процес на CMP, односно се формира слој од RDL или слој преку дупка.
Следната слика е шематски дијаграм и фотографија на пресек на повеќеслоен RDL конструиран врз основа на процесот Cu Дамаск. Може да се забележи дека TSV прво е поврзан со слојот со вдлабнатини V01, а потоа се наредени од дното кон врвот по редоследот на RDL1, слојот низ дупка V12 и RDL2.
Секој слој од RDL или слој со дупка се произведува во низа според горенаведениот метод.Бидејќи процесот RDL бара употреба на процес CMP, неговата производна цена е повисока од онаа на процесот RDL базиран на фотосензитивен полимер, така што неговата примена е релативно ниска.
5. ИПД процесна технологија
За производство на тридимензионални уреди, покрај директната интеграција на чипот на MMIC, процесот IPD обезбедува уште една пофлексибилна техничка патека.
Интегрираните пасивни уреди, исто така познати како процес на IPD, интегрираат која било комбинација на пасивни уреди, вклучувајќи индуктори на чип, кондензатори, отпорници, конвертори на балун итн. на посебна подлога за да формираат пасивна библиотека на уреди во форма на преносна плоча која може да да бидат флексибилно повикани според барањата за дизајн.
Бидејќи во процесот на IPD, пасивните уреди се произведуваат и директно се интегрираат на таблата за пренос, неговиот процесен тек е поедноставен и поевтин од интеграцијата на IC на чиповите и може да се масовно произведени однапред како библиотека на пасивна уреди.
За производство на тродимензионални пасивни уреди TSV, IPD може ефективно да го надомести товарот на трошоците на процесите на тридимензионално пакување, вклучувајќи TSV и RDL.
Покрај предностите во трошоците, друга предност на IPD е неговата висока флексибилност. Една од флексибилноста на IPD се рефлектира во различните методи на интеграција, како што е прикажано на сликата подолу. Покрај двата основни методи за директно интегрирање на IPD во подлогата на пакувањето преку процесот на преклопување како што е прикажано на слика (а) или процесот на поврзување како што е прикажано на слика (б), друг слој на IPD може да се интегрира на еден слој. на IPD како што е прикажано на сликите (в)-(д) за да се постигне поширок опсег на комбинации на пасивни уреди.
Во исто време, како што е прикажано на слика (ѓ), IPD може дополнително да се користи како адаптерска плоча за директно закопување на интегрираниот чип на него за директно да се изгради систем за пакување со висока густина.
Кога користите IPD за изградба на тридимензионални пасивни уреди, може да се користат и TSV процес и RDL процес. Текот на процесот е во основа ист како горенаведениот метод за обработка на интеграција на чип и нема да се повторува; Разликата е во тоа што со оглед на тоа што предметот на интеграција се менува од чип во адаптерска плоча, нема потреба да се разгледува влијанието на процесот на тридимензионално пакување врз активната област и слојот за меѓусебно поврзување. Ова дополнително води кон уште една клучна флексибилност на IPD: разновидни материјали за подлогата можат флексибилно да се изберат во согласност со барањата за дизајн на пасивни уреди.
Материјалите на подлогата достапни за IPD не се само обични материјали за полупроводничка подлога како што се Si и GaN, туку и керамика Al2O3, керамика со ниска/висока температура, стаклени подлоги итн. Оваа карактеристика ефикасно ја проширува дизајнерската флексибилност на пасивните уреди интегрирани со IPD.
На пример, тридимензионалната структура на пасивен индуктор интегрирана со IPD може да користи стаклена подлога за ефикасно да ги подобри перформансите на индукторот. За разлика од концептот на TSV, проодните дупки направени на стаклената подлога се нарекуваат и преку стакло (TGV). Фотографијата на тридимензионалниот индуктор произведен врз основа на IPD и TGV процесите е прикажана на сликата подолу. Бидејќи отпорноста на стаклената подлога е многу поголема од онаа на конвенционалните полупроводнички материјали како што е Si, тридимензионалниот индуктор TGV има подобри изолациски својства, а загубата на вметнување предизвикана од паразитскиот ефект на подлогата на високи фреквенции е многу помала од онаа на конвенционалниот тридимензионален TSV индуктор.
Од друга страна, кондензаторите метал-изолатор-метал (MIM) може да се произведуваат и на IPD на стаклената подлога преку процес на таложење на тенок филм и меѓусебно да се поврзат со тридимензионалниот индуктор TGV за да формираат тродимензионална пасивна структура на филтер. Затоа, процесот на IPD има широк апликативен потенцијал за развој на нови тридимензионални пасивни уреди.
Време на објавување: ноември-12-2024 година