Teknolojia ya ufungaji ni moja ya michakato muhimu zaidi katika tasnia ya semiconductor. Kulingana na sura ya kifurushi, inaweza kugawanywa katika kifurushi cha tundu, kifurushi cha mlima wa uso, kifurushi cha BGA, kifurushi cha saizi ya chip (CSP), kifurushi cha moduli ya chip moja (SCM, pengo kati ya wiring kwenye bodi ya mzunguko iliyochapishwa (PCB) na saketi iliyojumuishwa (IC) ya pedi ya bodi inayolingana), kifurushi cha moduli za chip nyingi (MCM, ambacho kinaweza kuunganisha chip tofauti), kifurushi cha kiwango cha kaki (WLP, ikijumuisha kifurushi cha kiwango cha kaki cha feni (FOWLP), kipandikizi cha uso kidogo. vipengele (microSMD), n.k.), kifurushi cha pande tatu (kifurushi cha muunganisho mdogo wa bump, kifurushi cha muunganisho wa TSV, n.k.), kifurushi cha mfumo (SIP), mfumo wa chipu (SOC).
Aina za vifungashio vya 3D hasa zimegawanywa katika makundi matatu: aina ya kuzikwa (kuzika kifaa katika nyaya za safu nyingi au kuzikwa kwenye substrate), aina ya substrate hai (muunganisho wa kaki ya silicon: kwanza unganisha vipengele na substrate ya kaki ili kuunda substrate hai. kisha panga mistari ya uunganisho wa tabaka nyingi, na ukusanye chips au vipengee vingine kwenye safu ya juu) na aina zilizopangwa (kaki za silicon zilizopangwa kwa kaki za silicon, chipsi, chipsi; iliyopangwa kwa kaki za silicon, na chips zilizowekwa na chips).
Mbinu za muunganisho wa 3D ni pamoja na kuunganisha waya (WB), flip chip (FC), kupitia silicon kupitia (TSV), kondakta wa filamu, n.k.
TSV inatambua muunganisho wa wima kati ya chips. Kwa kuwa laini ya muunganisho wima ina umbali mfupi zaidi na nguvu ya juu zaidi, ni rahisi kutambua uboreshaji mdogo, msongamano wa juu, utendakazi wa hali ya juu, na ufungaji wa miundo mingi tofauti tofauti. Wakati huo huo, inaweza pia kuunganisha chips za vifaa tofauti;
kwa sasa, kuna aina mbili za teknolojia ya utengenezaji wa microelectronics kwa kutumia mchakato wa TSV: ufungaji wa mzunguko wa tatu-dimensional (ushirikiano wa 3D IC) na ufungaji wa silicon wa tatu-dimensional (ushirikiano wa 3D Si).
Tofauti kati ya fomu hizi mbili ni kwamba:
(1) Ufungaji wa mzunguko wa 3D unahitaji elektrodi za chip kutayarishwa kuwa matuta, na matuta yameunganishwa (yameunganishwa kwa kuunganisha, kuunganisha, kulehemu, nk), wakati ufungaji wa silicon ya 3D ni muunganisho wa moja kwa moja kati ya chips (kuunganisha kati ya oksidi na Cu). -Kuunganisha).
(2) Teknolojia ya kuunganisha mzunguko wa 3D inaweza kupatikana kwa kuunganisha kati ya kaki (ufungaji wa mzunguko wa 3D, ufungaji wa silikoni wa 3D), wakati kuunganisha kwa chip-to-chip na kuunganisha kwa chip-kwa-kaki kunaweza kupatikana tu kwa ufungaji wa saketi ya 3D.
(3) Kuna mapengo kati ya chips zilizounganishwa na mchakato wa ufungaji wa mzunguko wa 3D, na vifaa vya dielectric vinahitaji kujazwa ili kurekebisha conductivity ya mafuta na mgawo wa upanuzi wa joto wa mfumo ili kuhakikisha utulivu wa mali ya mitambo na umeme ya mfumo; hakuna mapengo kati ya chipsi zilizounganishwa na mchakato wa ufungaji wa silicon ya 3D, na matumizi ya nguvu, kiasi, na uzito wa chip ni ndogo, na utendaji wa umeme ni bora.
Mchakato wa TSV unaweza kuunda njia ya ishara ya wima kupitia substrate na kuunganisha RDL juu na chini ya substrate kuunda njia ya kondakta tatu-dimensional. Kwa hivyo, mchakato wa TSV ni moja wapo ya msingi muhimu wa kuunda muundo wa kifaa chenye sura tatu.
Kulingana na mpangilio kati ya ncha ya mbele ya mstari (FEOL) na mwisho wa nyuma wa mstari (BEOL), mchakato wa TSV unaweza kugawanywa katika michakato mitatu kuu ya utengenezaji, ambayo ni, kupitia kwanza (ViaFirst), kupitia katikati (Kupitia Kati) na kupitia mchakato wa mwisho (Kupitia Mwisho), kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu.
1. Kupitia mchakato wa etching
Mchakato wa kupitia etching ndio ufunguo wa utengenezaji wa muundo wa TSV. Kuchagua mchakato unaofaa wa kupachika kunaweza kuboresha uimara wa kimitambo na sifa za umeme za TSV, na kuhusiana zaidi na utegemezi wa jumla wa vifaa vya TSV vya pande tatu.
Kwa sasa, kuna TSV kuu kuu nne kupitia michakato ya uwekaji: Deep Reactive Ion Etching (DRIE), etching mvua, etching electrokemikali inayosaidiwa na picha (PAECE) na uchimbaji wa leza.
(1) Uchongaji wa Ioni wa Kina (DRIE)
Uwekaji wa ioni za kina, unaojulikana pia kama mchakato wa DRIE, ndio mchakato wa uwekaji wa TSV unaotumika sana, ambao hutumiwa zaidi kutambua TSV kupitia miundo yenye uwiano wa juu. Michakato ya kitamaduni ya kuweka plazima kwa ujumla inaweza kufikia kina kidogo cha mikroni kadhaa tu, kwa kiwango cha chini cha kuchota na ukosefu wa uteuzi wa barakoa. Bosch imefanya maboresho yanayolingana ya mchakato kwa msingi huu. Kwa kutumia SF6 kama gesi tendaji na kutoa gesi ya C4F8 wakati wa mchakato wa kupachika kama ulinzi wa kuta za kando, mchakato ulioboreshwa wa DRIE unafaa kwa kuweka uwiano wa kipengele cha juu. Kwa hiyo, pia inaitwa mchakato wa Bosch baada ya mvumbuzi wake.
Kielelezo kilicho hapa chini ni picha ya uwiano wa hali ya juu kupitia kuundwa kwa kuweka mchakato wa DRIE.
Ingawa mchakato wa DRIE unatumika sana katika mchakato wa TSV kutokana na udhibiti wake mzuri, hasara yake ni kwamba ubapa wa ukuta wa kando ni duni na kasoro za mikunjo yenye umbo la koho itaundwa. Kasoro hii ni muhimu zaidi wakati wa kuweka uwiano wa hali ya juu kupitias.
(2) Mchoro wa unyevu
Uwekaji unyevu hutumia mchanganyiko wa barakoa na uchongaji wa kemikali ili kuchomeka kupitia mashimo. Suluhisho la kawaida la etching ni KOH, ambayo inaweza kuweka nafasi kwenye substrate ya silicon ambayo haijalindwa na mask, na hivyo kuunda muundo unaohitajika wa kupitia shimo. Uchoraji unyevu ndio mchakato wa mapema zaidi wa kuweka shimo kupitia shimo. Kwa kuwa hatua zake za mchakato na vifaa vinavyohitajika ni rahisi, vinafaa kwa uzalishaji wa wingi wa TSV kwa gharama nafuu. Hata hivyo, utaratibu wake wa kuchota kemikali huamua kwamba shimo linaloundwa na njia hii litaathiriwa na mwelekeo wa kioo wa kaki ya silicon, na kufanya shimo lililochongwa lisiwe wima lakini likionyesha hali ya wazi ya sehemu ya juu pana na chini nyembamba. Kasoro hii inazuia utumiaji wa uwekaji mvua katika utengenezaji wa TSV.
(3) Uchongaji wa kemikali wa kielektroniki unaosaidiwa na picha (PAECE)
Kanuni ya msingi ya uwekaji umeme wa kielektroniki unaosaidiwa na picha (PAECE) ni kutumia mwanga wa urujuanimno ili kuharakisha uundaji wa jozi za mashimo ya elektroni, na hivyo kuharakisha mchakato wa etching ya kielektroniki. Ikilinganishwa na mchakato unaotumika sana wa DRIE, mchakato wa PAECE unafaa zaidi kwa kuweka uwiano wa kipengele kikubwa zaidi cha shimo zaidi ya 100:1, lakini hasara yake ni kwamba udhibiti wa kina cha etching ni dhaifu kuliko DRIE, na teknolojia yake inaweza. zinahitaji utafiti zaidi na uboreshaji wa mchakato.
(4) Uchimbaji wa laser
Ni tofauti na njia tatu hapo juu. Njia ya kuchimba visima laser ni njia ya kimwili tu. Hasa hutumia miale ya leza yenye nishati nyingi kuyeyusha na kuyeyusha nyenzo za mkatetaka katika eneo lililobainishwa ili kutambua ujenzi wa shimo la TSV.
Shimo linaloundwa na uchimbaji wa laser lina uwiano wa hali ya juu na ukuta wa kando kimsingi ni wima. Hata hivyo, kwa vile uchimbaji wa leza hutumia upashaji joto wa ndani kuunda shimo la kupitia, ukuta wa shimo wa TSV utaathiriwa vibaya na uharibifu wa joto na kupunguza kutegemewa.
2. Mchakato wa kuweka safu ya mjengo
Teknolojia nyingine muhimu ya utengenezaji wa TSV ni mchakato wa utuaji wa safu ya mjengo.
Mchakato wa uwekaji wa safu ya mjengo unafanywa baada ya shimo la kupitia kuchongwa. Safu ya mjengo uliowekwa kwa ujumla ni oksidi kama vile SiO2. Safu ya mjengo iko kati ya kondakta wa ndani wa TSV na substrate, na hasa ina jukumu la kutenganisha uvujaji wa sasa wa DC. Mbali na kuweka oksidi, tabaka za kizuizi na mbegu zinahitajika pia kwa kujaza kondakta katika mchakato unaofuata.
Safu ya mjengo iliyotengenezwa lazima ikidhi mahitaji mawili ya msingi:
(1) voltage ya kuvunjika kwa safu ya kuhami joto inapaswa kukidhi mahitaji halisi ya kazi ya TSV;
(2) tabaka zilizowekwa ni thabiti sana na zina mshikamano mzuri kwa kila mmoja.
Kielelezo kifuatacho kinaonyesha picha ya safu ya mjengo iliyowekwa na uwekaji wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa wa plasma (PECVD).
Mchakato wa uwekaji unahitaji kurekebishwa ipasavyo kwa michakato tofauti ya utengenezaji wa TSV. Kwa mchakato wa shimo la mbele, mchakato wa uwekaji wa halijoto ya juu unaweza kutumika kuboresha ubora wa safu ya oksidi.
Uwekaji wa kawaida wa halijoto ya juu unaweza kutegemea tetraethyl orthosilicate (TEOS) pamoja na mchakato wa uoksidishaji wa joto ili kuunda safu ya kuhami joto ya SiO2 ya ubora wa juu. Kwa mchakato wa katikati kupitia shimo na nyuma, kwa kuwa mchakato wa BEOL umekamilika wakati wa uwekaji, njia ya chini ya joto inahitajika ili kuhakikisha utangamano na vifaa vya BEOL.
Chini ya hali hii, halijoto ya uwekaji inapaswa kupunguzwa hadi 450°, ikijumuisha matumizi ya PECVD kuweka SiO2 au SiNx kama safu ya kuhami joto.
Njia nyingine ya kawaida ni kutumia uwekaji wa safu ya atomiki (ALD) kuweka Al2O3 ili kupata safu mnene ya kuhami.
3. Mchakato wa kujaza chuma
Mchakato wa kujaza TSV unafanywa mara baada ya mchakato wa uwekaji wa mjengo, ambayo ni teknolojia nyingine muhimu ambayo huamua ubora wa TSV.
Nyenzo zinazoweza kujazwa ni pamoja na polysilicon ya doped, tungsten, nanotubes za kaboni, nk kulingana na mchakato unaotumiwa, lakini njia kuu zaidi bado ni shaba ya electroplated, kwa sababu mchakato wake umekomaa na conductivity yake ya umeme na ya joto ni ya juu kiasi.
Kulingana na tofauti ya usambazaji wa kiwango chake cha uwekaji umeme kwenye shimo kupitia shimo, inaweza kugawanywa katika njia zisizo rasmi, zisizo rasmi, zisizo za kawaida na za chini-juu za uwekaji umeme, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu.
Uwekaji umeme usio rasmi ulitumika hasa katika hatua ya awali ya utafiti wa TSV. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro (a), ioni za Cu zinazotolewa na elektrolisisi hujilimbikizia juu, wakati sehemu ya chini haijaongezewa vya kutosha, ambayo husababisha kiwango cha umwagiliaji wa elektroni kilicho juu ya shimo kuwa kubwa kuliko ile iliyo chini ya juu. Kwa hiyo, sehemu ya juu ya shimo itafungwa mapema kabla ya kujazwa kabisa, na tupu kubwa itaundwa ndani.
Mchoro wa kielelezo na picha ya mbinu ya uchongaji umeme inayofanana imeonyeshwa kwenye Mchoro (b). Kwa kuhakikisha uongezaji sare wa ioni za Cu, kiwango cha uwekaji umeme katika kila nafasi kwenye shimo la kupitia-kimsingi ni sawa, kwa hivyo mshono tu ndio utaachwa ndani, na ujazo wa utupu ni mdogo sana kuliko ule wa njia ya upako wa umeme. inatumika sana.
Ili kufikia zaidi athari ya kujaza isiyo na batili, mbinu ya upakoji wa elektroni ya hali ya juu ilipendekezwa ili kuboresha mbinu ya utandawazi wa elektroni. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro (c), kwa kudhibiti ugavi wa Cu ions, kiwango cha kujaza chini ni cha juu kidogo kuliko ile kwenye nafasi zingine, na hivyo kuboresha upinde wa hatua ya kiwango cha kujaza kutoka chini hadi juu ili kuondoa kabisa mshono wa kushoto. kwa njia ya utandawazi wa umeme, ili kufikia kujazwa kwa shaba isiyo na utupu kabisa.
Njia ya electroplating ya chini-juu inaweza kuchukuliwa kama kesi maalum ya njia ya super-conformal. Katika kesi hiyo, kiwango cha electroplating isipokuwa chini kinakandamizwa hadi sifuri, na tu electroplating hufanyika hatua kwa hatua kutoka chini hadi juu. Mbali na faida isiyo na utupu ya njia ya uwekaji elektroni, njia hii inaweza pia kupunguza kwa ufanisi muda wa jumla wa uwekaji umeme, kwa hivyo imesomwa sana katika miaka ya hivi karibuni.
4. Teknolojia ya mchakato wa RDL
Mchakato wa RDL ni teknolojia ya msingi ya lazima katika mchakato wa ufungaji wa pande tatu. Kupitia mchakato huu, miunganisho ya chuma inaweza kutengenezwa kwa pande zote mbili za substrate ili kufikia madhumuni ya ugawaji wa bandari au uunganisho kati ya vifurushi. Kwa hiyo, mchakato wa RDL hutumiwa sana katika mifumo ya ufungaji ya shabiki-in-fan-out au 2.5D/3D.
Katika mchakato wa kujenga vifaa vya pande tatu, mchakato wa RDL kwa kawaida hutumiwa kuunganisha TSV ili kutambua miundo mbalimbali ya vifaa vya pande tatu.
Kwa sasa kuna michakato miwili kuu ya RDL. Ya kwanza ni ya msingi wa polima za picha na pamoja na michakato ya electroplating ya shaba na etching; nyingine inatekelezwa kwa kutumia mchakato wa Cu Damascus pamoja na PECVD na mchakato wa ung'arisha mitambo wa kemikali (CMP).
Ifuatayo itatambulisha njia kuu za mchakato wa RDL hizi mbili mtawalia.
Mchakato wa RDL kulingana na polima ya picha unaonyeshwa kwenye takwimu hapo juu.
Kwanza, safu ya gundi ya PI au BCB imewekwa juu ya uso wa kaki kwa kuzunguka, na baada ya kupokanzwa na kuponya, mchakato wa kupiga picha hutumiwa kufungua mashimo kwenye nafasi inayotakiwa, na kisha etching inafanywa. Kisha, baada ya kuondoa kipiga picha, Ti na Cu hutawanywa kwenye kaki kupitia mchakato wa uwekaji wa mvuke halisi (PVD) kama safu ya kizuizi na safu ya mbegu, mtawalia. Ifuatayo, safu ya kwanza ya RDL inatengenezwa kwenye safu ya Ti/Cu iliyofichuliwa kwa kuchanganya upigaji picha na michakato ya electroplating Cu, na kisha kipiga picha huondolewa na Ti na Cu ya ziada hukatwa. Rudia hatua zilizo hapo juu ili kuunda muundo wa safu nyingi za RDL. Njia hii kwa sasa inatumika sana katika tasnia.
Njia nyingine ya utengenezaji wa RDL inategemea sana mchakato wa Cu Damascus, ambao unachanganya michakato ya PECVD na CMP.
Tofauti kati ya njia hii na mchakato wa RDL kulingana na polima ya picha ni kwamba katika hatua ya kwanza ya utengenezaji wa kila safu, PECVD hutumiwa kuweka SiO2 au Si3N4 kama safu ya kuhami joto, na kisha dirisha huundwa kwenye safu ya kuhami kwa picha na picha. uchongaji wa ioni tendaji, na kizuizi cha Ti/Cu/safu ya mbegu na shaba ya kondakta hutawanywa mtawalia, na kisha safu ya kondakta hupunguzwa hadi unene unaohitajika kwa Mchakato wa CMP, yaani, safu ya RDL au safu ya kupitia shimo huundwa.
Kielelezo kifuatacho ni mchoro wa kielelezo na picha ya sehemu ya msalaba ya RDL yenye safu nyingi iliyojengwa kwa msingi wa mchakato wa Cu Damascus. Inaweza kuzingatiwa kuwa TSV inaunganishwa kwanza kwenye safu ya shimo la V01, na kisha kupangwa kutoka chini kwenda juu kwa mpangilio wa RDL1, safu ya shimo ya V12, na RDL2.
Kila safu ya RDL au safu ya kupitia shimo hutengenezwa kwa mlolongo kulingana na njia iliyo hapo juu.Kwa kuwa mchakato wa RDL unahitaji matumizi ya mchakato wa CMP, gharama yake ya utengenezaji ni ya juu zaidi kuliko ile ya mchakato wa RDL kulingana na polima ya picha, kwa hivyo matumizi yake ni ya chini.
5. Teknolojia ya mchakato wa IPD
Kwa ajili ya utengenezaji wa vifaa vya tatu-dimensional, pamoja na ushirikiano wa moja kwa moja kwenye chip kwenye MMIC, mchakato wa IPD hutoa njia nyingine ya kiufundi rahisi zaidi.
Vifaa vilivyounganishwa vya passiv, pia vinajulikana kama mchakato wa IPD, huunganisha mchanganyiko wowote wa vifaa vya passi ikiwa ni pamoja na inductors kwenye-chip, capacitors, vipingamizi, vigeuzi vya baluni, n.k. kwenye sehemu ndogo tofauti ili kuunda maktaba ya kifaa tulicho katika mfumo wa ubao wa uhamishaji ambao unaweza iitwe kwa urahisi kulingana na mahitaji ya muundo.
Kwa kuwa katika mchakato wa IPD, vifaa visivyotumika hutengenezwa na kuunganishwa moja kwa moja kwenye ubao wa uhamishaji, mtiririko wake wa mchakato ni rahisi na wa bei nafuu kuliko ujumuishaji wa IC kwenye chipu, na unaweza kuzalishwa kwa wingi mapema kama maktaba ya kifaa tulichofanya.
Kwa utengenezaji wa vifaa vya TSV vya pande tatu, IPD inaweza kufidia kwa ufanisi mzigo wa gharama wa michakato ya ufungaji ya pande tatu ikiwa ni pamoja na TSV na RDL.
Mbali na faida za gharama, faida nyingine ya IPD ni kubadilika kwake juu. Moja ya kunyumbulika kwa IPD inaonekana katika mbinu mbalimbali za ujumuishaji, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Kwa kuongezea mbinu mbili za msingi za kuunganisha IPD moja kwa moja kwenye sehemu ndogo ya kifurushi kupitia mchakato wa kugeuza-chips kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro (a) au mchakato wa kuunganisha kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro (b), safu nyingine ya IPD inaweza kuunganishwa kwenye safu moja. ya IPD kama inavyoonyeshwa kwenye Vielelezo (c)-(e) ili kufikia anuwai kubwa ya michanganyiko ya kifaa tulivu.
Wakati huo huo, kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo (f), IPD inaweza kutumika zaidi kama bodi ya adapta ili kuzika moja kwa moja chip iliyounganishwa juu yake ili kujenga moja kwa moja mfumo wa upakiaji wa msongamano wa juu.
Wakati wa kutumia IPD kuunda vifaa vya turubai vya pande tatu, mchakato wa TSV na mchakato wa RDL pia unaweza kutumika. Mtiririko wa mchakato kimsingi ni sawa na njia iliyotajwa hapo juu ya ujumuishaji wa chip, na haitarudiwa; tofauti ni kwamba tangu kitu cha ushirikiano kinabadilishwa kutoka kwa chip hadi bodi ya adapta, hakuna haja ya kuzingatia athari za mchakato wa ufungaji wa tatu-dimensional kwenye eneo la kazi na safu ya uunganisho. Hii inasababisha zaidi unyumbufu mwingine muhimu wa IPD: nyenzo mbalimbali za substrate zinaweza kuchaguliwa kwa urahisi kulingana na mahitaji ya muundo wa vifaa vya passiv.
Nyenzo za substrate zinazopatikana kwa IPD sio tu vifaa vya kawaida vya semiconductor kama vile Si na GaN, lakini pia kauri za Al2O3, keramik zinazowashwa kwa pamoja zenye joto la chini/joto la juu, substrates za glasi, n.k. Kipengele hiki hupanua kwa ufanisi unyumbulifu wa muundo wa passiv. vifaa vilivyounganishwa na IPD.
Kwa mfano, muundo wa kichochezi chenye sura tatu tulivu uliounganishwa na IPD unaweza kutumia kipande cha kioo ili kuboresha utendakazi wa kiindukta kwa ufanisi. Tofauti na dhana ya TSV, mashimo yaliyotengenezwa kwenye substrate ya kioo pia huitwa vias kupitia kioo (TGV). Picha ya kiindukta chenye mwelekeo-tatu iliyotengenezwa kwa misingi ya michakato ya IPD na TGV imeonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini. Kwa kuwa upinzani wa substrate ya kioo ni ya juu zaidi kuliko ile ya vifaa vya kawaida vya semiconductor kama vile Si, inductor ya TGV yenye sura tatu ina sifa bora za insulation, na hasara ya kuingizwa inayosababishwa na athari ya vimelea ya substrate kwenye masafa ya juu ni ndogo zaidi kuliko ile ya kiingiza TSV chenye sura tatu.
Kwa upande mwingine, capacitor za chuma-kizio-chuma (MIM) pia zinaweza kutengenezwa kwenye substrate ya kioo IPD kupitia mchakato mwembamba wa utuaji wa filamu, na kuunganishwa na kiindukta cha TGV chenye mwelekeo-tatu ili kuunda muundo wa kichujio wa pande tatu tulivu. Kwa hiyo, mchakato wa IPD una uwezo mpana wa utumizi kwa ajili ya uundaji wa vifaa vipya vya pande tatu.
Muda wa kutuma: Nov-12-2024