Tehnologii TSV și TGV: Cheile pentru deblocarea noii ere a ambalajelor 3D

Tehnologia de ambalare, ca unul dintre procesele de bază în industria semiconductoarelor, a asistat la tendința de miniaturizare, de mare densitate, și multifuncționalitate în produsele electronice. De la ambalaj prin orificiu până la ambalaj montat pe suprafață, iar apoi la BGA, CSP, SCM, MCM, WLP, 3D ambalaj, și SIP, fiecare progres în tehnologia de ambalare a condus la salturi semnificative în produsele electronice. Printre aceste tehnologii de ambalare, Prin Silicon Via (TSV) și Prin Glass Via (TGV) tehnologiile sunt, fără îndoială, cele două chei cheie pentru deblocarea noii ere a ambalajelor 3D.

3D Ambalare: Forme și metode de interconectare

3Ambalajele D sunt în principal clasificate în trei tipuri: tip îngropat, tip de substrat activ, și tip stivuit. Tipul îngropat îngroapă dispozitivele în cablarea multistrat sau în interiorul substratului. Tipul de substrat activ integrează mai întâi componente cu un substrat de plachetă pentru a forma un substrat activ, și apoi aranjează interconexiuni multistrat. Tipul stivuit implică stivuirea plachetelor sau cipurilor de siliciu. 3Metodele de interconectare D includ lipirea firelor, flip-chip, TSV, și conductori cu peliculă subțire. Printre ei, TSV permite interconectarea verticală între cipuri, servind ca tehnologie critică pentru realizarea miniaturizării, de mare densitate, de înaltă performanță, și multifuncționalitate în ambalarea cu structură eterogenă.

Tehnologia TSV: Procese și flux de producție

Tehnologia TSV creează căi verticale de semnal prin substrat, conectarea RDL-ului (Stratul de redistribuire) în partea de sus și de jos a substratului, formând un traseu conductor 3D. Bazat pe secvența cu front-end-of-line (CARNE) și back-end-of-line (BEOL) proceselor, Procesele TSV pot fi împărțite în trei fluxuri principale de producție: ViaFirst, ViaMiddle, și ViaLast.

Prin procesul de gravare

Procesul de gravare prin intermediul este crucial pentru fabricarea structurilor TSV. În prezent, există patru procese principale de gravare: Gravare cu ioni reactivi profund (TREI), gravare umedă, Gravura electrochimică foto-asistată (PACE), și foraj cu laser.

TREI

Cel mai frecvent utilizat proces de gravare TSV pentru a obține un raport de aspect ridicat prin structuri. Procesul Bosch, o versiune îmbunătățită a DRIE, folosește gaze SF6 și C4F8 pentru protecția împotriva pasivării pereților laterali, potrivit pentru gravarea cu raport de aspect ridicat vias. Cu toate acestea, Procesele DRIE au ca rezultat o netezime slabă a pereților laterali, formând defecte în formă de scoici.

Gravura umedă

Combină o mască cu gravarea chimică, făcând procesul simplu și potrivit pentru producția de masă cu costuri reduse. Cu toate acestea, datorită influenţei orientării cristalografice a plachetei de siliciu, vias-urile gravate nu sunt verticale, limitându-i aplicarea.

PACE

Utilizează lumina ultravioletă pentru a accelera generarea de perechi electroni-găuri, accelerarea procesului de gravare electrochimică, potrivit pentru gravarea raportului de aspect ultra-înalt prin structuri, dar cu controlabilitate mai slabă a adâncimii de gravare.

Foraj cu laser

Utilizează raze laser de înaltă energie pentru a topi și evapora materialele în zona specificată, formând un raport de aspect ridicat, vertical pe perete lateral vias, dar pereții găurii sunt susceptibili la daune termice care afectează fiabilitatea.

Procesul de depunere a căptușelii

Procesul de depunere a căptușelii este efectuat după prin gravare. Stratul de căptușeală depus, de obicei un oxid cum ar fi SiO2, servește la izolarea scurgerilor de curent continuu. Procesul de depunere trebuie să îndeplinească cerințele de tensiune de rupere ale stratului izolator și să asigure o consistență puternică și o bună aderență între straturi..

PECVD

Folosit pentru a depune SiO2 sau SiNx ca strat izolator, potrivit pentru procesele ViaMiddle și ViaLast, asigurând compatibilitatea cu materialele BEOL.

ALD

Depune Al2O3 pentru a obține un strat izolator mai dens.

Procesul de umplere cu metal

Procesul de umplere TSV determină calitatea TSV, cu cuprul galvanizat fiind materialul principal. Pe baza diferențelor în distribuția ratei de galvanizare, poate fi împărțit în subconforme, conformă, super-conform, și metode de galvanizare de jos în sus.

Galvanizare conformă

Asigură completarea uniformă a ionilor de Cu, făcând ca rata de galvanizare să fie practic consistentă în toate pozițiile din cadrul via, lăsând doar o cusătură înăuntru.

Galvanizare super-conformă

Prin controlul aportului de ioni de Cu, rata de umplere inferioară este puțin mai mare decât în ​​alte poziții, eliminând cusăturile și obținerea umplerii fără goluri.

Galvanizare de jos în sus

Rata de galvanizare este suprimată la zero, cu excepția în partea de jos, galvanizare treptat de jos în sus, reducerea timpului de galvanizare.

Tehnologia proceselor RDL

Tehnologia RDL este o tehnologie de bază esențială în ambalarea 3D, folosit pentru a crea interconexiuni metalice pentru realocarea portului sau interconectarea între pachete. Există două procese principale RDL: pe baza de polimeri fotosensibili si damaschin de Cu.

Proces RDL bazat pe polimeri fotosensibili

Implică acoperirea prin centrifugare cu rășină PI sau BCB, fotolitografie, gravare, Pulverizarea PVD a straturilor de barieră Ti/Cu/semințe, și combinarea fotolitografiei cu galvanizarea cu Cu pentru a produce RDL.

Cu Damascene Process

Mai întâi depune SiO2 sau Si3N4 ca strat izolator, formează ferestre prin fotolitografie și gravură, sputters Ti/Cu, și folosește CMP pentru a reduce la grosimea dorită.

Procesul IPD și tehnologia TGV: O nouă cale pentru dispozitivele pasive 3D

Dispozitivul pasiv integrat (IPD) procesul formează o bibliotecă de dispozitive pasive care pot fi apelate după cum este necesar prin integrarea dispozitivelor pasive pe un substrat separat. IPD oferă avantajele unui cost scăzut și flexibilitate ridicată, potrivit în special pentru fabricarea dispozitivelor pasive TSV 3D. IPD poate folosi diferite materiale de substrat, inclusiv Si, GaN, Ceramica Al2O3, substraturi de sticlă, etc., extinderea flexibilității de proiectare.

3Inductoarele D fabricate pe baza proceselor IPD și TGV prezintă caracteristici de izolare superioare datorită rezistivității mult mai mari a substraturilor din sticlă în comparație cu materialele semiconductoare convenționale, rezultând o pierdere redusă de inserție. În plus, Condensatorii MIM pot fi fabricați pe IPD-uri cu substrat de sticlă, interconectate cu inductori TGV 3D pentru a forma structuri de filtre pasive 3D.

Concluzie

Ca tehnologii cheie în ambalarea 3D, Tehnologiile TSV și TGV nu numai că au condus inovații în tehnologia de ambalare a semiconductoarelor, dar au oferit și un sprijin puternic pentru miniaturizare., de mare densitate, și de înaltă performanță a produselor electronice. Cu o dezvoltare tehnologică continuă, TSV și TGV vor juca un rol din ce în ce mai important în viitoarele produse electronice, inaugurând o nouă eră a ambalajelor 3D. Prin explorare și inovare continuă, avem motive să credem că tehnologiile TSV și TGV vor aduce oamenilor o stare mai inteligentă, mai convenabil, și stil de viață electronic eficient.