Qablaşdırma texnologiyası yarımkeçirici sənayesində ən vacib proseslərdən biridir. Paketin formasına görə rozetka paketi, yerüstü montaj paketi, BGA paketi, çip ölçüsü paketi (CSP), tək çip modul paketi (SCM, çap dövrə lövhəsində (PCB) naqillər arasındakı boşluq) bölünə bilər. və inteqrasiya edilmiş sxem (IC) board pad uyğun gəlir), çox çipli modul paketi (heterojen çipləri birləşdirə bilən MCM), vafli səviyyəli paket (WLP, fan-out vafli səviyyəsi də daxil olmaqla) paket (FOWLP), mikro səthə montaj komponentləri (microSMD) və s.), üçölçülü paket (mikro bump interconnect paketi, TSV interconnect paketi və s.), sistem paketi (SIP), çip sistemi (SOC).
3D qablaşdırma formaları əsasən üç kateqoriyaya bölünür: basdırılmış tip (cihazın çox qatlı naqillərdə basdırılması və ya substratda basdırılması), aktiv substrat növü (silikon vafli inteqrasiyası: aktiv substrat yaratmaq üçün əvvəlcə komponentləri və vafli substratı birləşdirin. sonra çox qatlı qarşılıqlı əlaqə xətlərini təşkil edin və üst təbəqədə digər çipləri və ya komponentləri yığın) və yığılmış tip (silikon vaflilər); silikon vafli ilə yığılmış çiplər, silikon vafli ilə yığılmış çiplər və çiplərlə yığılmış çiplər).
3D qarşılıqlı əlaqə üsullarına tel bağlanması (WB), flip chip (FC), silikon vasitəsilə (TSV), film keçiricisi və s.
TSV çiplər arasında şaquli əlaqəni həyata keçirir. Şaquli qarşılıqlı əlaqə xətti ən qısa məsafəyə və daha yüksək gücə malik olduğundan, miniatürləşdirmə, yüksək sıxlıq, yüksək performans və çoxfunksiyalı heterojen struktur qablaşdırma həyata keçirmək daha asandır. Eyni zamanda, müxtəlif materialların çiplərini də birləşdirə bilər;
Hal-hazırda TSV prosesindən istifadə edən iki növ mikroelektronika istehsal texnologiyası mövcuddur: üçölçülü dövrə qablaşdırma (3D IC inteqrasiyası) və üçölçülü silikon qablaşdırma (3D Si inteqrasiyası).
İki forma arasındakı fərq budur:
(1) 3D dövrə qablaşdırması çip elektrodlarının qabarlara hazırlanmasını tələb edir və qabarların bir-birinə bağlanması (birləşdirmə, birləşmə, qaynaq və s.), 3D silikon qablaşdırma isə çiplər arasında birbaşa əlaqədir (oksidlər və Cu arasında bağlanma). -Cu bağlanması).
(2) 3D dövrə inteqrasiyası texnologiyası vaflilər (3D dövrə qablaşdırması, 3D silikon qablaşdırma), çipdən çipə birləşdirmə və çipdən vafli birləşdirməyə isə yalnız 3D dövrə qablaşdırması ilə əldə edilə bilər.
(3) 3D dövrə qablaşdırma prosesi ilə inteqrasiya edilmiş çiplər arasında boşluqlar var və sistemin mexaniki və elektrik xüsusiyyətlərinin sabitliyini təmin etmək üçün sistemin istilik keçiriciliyini və istilik genişlənmə əmsalını tənzimləmək üçün dielektrik materialları doldurmaq lazımdır; 3D silikon qablaşdırma prosesi ilə inteqrasiya olunmuş çiplər arasında heç bir boşluq yoxdur və çipin enerji istehlakı, həcmi və çəkisi kiçikdir və elektrik performansı əladır.
TSV prosesi substrat vasitəsilə şaquli siqnal yolu qura və üç ölçülü keçirici yolu yaratmaq üçün substratın yuxarı və aşağı hissəsində RDL-ni birləşdirə bilər. Buna görə də, TSV prosesi üçölçülü passiv cihaz strukturunun qurulması üçün vacib təməl daşlarından biridir.
Xəttin ön ucu (FEOL) və xəttin arxa ucu (BEOL) arasındakı sıraya görə, TSV prosesi üç əsas istehsal prosesinə bölünə bilər, yəni birinci (ViaFirst), orta (Via Middle) və şəkildə göstərildiyi kimi sonuncu (Va Son) prosesi vasitəsilə.
1. Aşınma prosesi vasitəsilə
Vasitəli aşındırma prosesi TSV strukturunun istehsalının açarıdır. Uyğun bir aşındırma prosesinin seçilməsi TSV-nin mexaniki gücünü və elektrik xüsusiyyətlərini effektiv şəkildə yaxşılaşdıra bilər və daha da TSV üçölçülü cihazların ümumi etibarlılığı ilə əlaqəli ola bilər.
Hal-hazırda, aşındırma prosesləri vasitəsilə dörd əsas TSV var: Dərin Reaktiv İon Aşınması (DRIE), yaş aşındırma, Foto-yardımlı elektrokimyəvi aşındırma (PAECE) və lazer qazma.
(1) Dərin Reaktiv İon Aşınması (DRIE)
Dərin reaktiv ion aşındırma, həmçinin DRIE prosesi olaraq da bilinir, ən çox istifadə edilən TSV aşındırma prosesidir və əsasən yüksək aspekt nisbətinə malik strukturlar vasitəsilə TSV-ni həyata keçirmək üçün istifadə olunur. Ənənəvi plazma aşındırma prosesləri, ümumiyyətlə, aşağı aşındırma dərəcəsi və aşındırma maskasının seçiciliyinin olmaması ilə yalnız bir neçə mikron aşındırma dərinliyinə nail ola bilər. Bosch bu əsasda müvafiq proses təkmilləşdirmələri etdi. SF6-dan reaktiv qaz kimi istifadə etməklə və yan divarlar üçün passivasiya mühafizəsi kimi aşındırma prosesi zamanı C4F8 qazını buraxmaqla, təkmilləşdirilmiş DRIE prosesi yüksək aspekt nisbətli vidaların aşındırılması üçün uyğundur. Buna görə də onu ixtiraçısının adı ilə Bosch prosesi də adlandırırlar.
Aşağıdakı rəqəm DRIE prosesinin aşındırılması ilə formalaşmış yüksək aspekt nisbətinin fotoşəkilidir.
DRIE prosesi yaxşı idarə oluna bildiyinə görə TSV prosesində geniş istifadə olunsa da, onun dezavantajı yan divarın düzlüyünün zəif olması və tarak formalı qırış qüsurlarının əmələ gəlməsidir. Bu qüsur, yüksək aspekt nisbəti ilə vidaların aşındırılması zamanı daha əhəmiyyətlidir.
(2) Yaş aşındırma
Yaş aşındırma, deşikləri aşındırmaq üçün maska və kimyəvi aşındırma birləşməsindən istifadə edir. Ən çox istifadə edilən aşındırma məhlulu KOH-dur, o, silikon substratda maska ilə qorunmayan mövqeləri aşındıra bilər və bununla da istənilən deşik quruluşunu yarada bilər. Yaş aşındırma işlənmiş ən erkən çuxurdan aşındırma prosesidir. Proses addımları və tələb olunan avadanlıq nisbətən sadə olduğundan, aşağı qiymətə TSV-nin kütləvi istehsalı üçün əlverişlidir. Bununla belə, onun kimyəvi aşındırma mexanizmi müəyyən edir ki, bu üsulla əmələ gələn çuxur silisium vaflisinin kristal oriyentasiyasına təsir edəcək, həkk olunmuş deşik şaquli deyil, lakin geniş yuxarı və dar dibi aydın bir fenomen göstərəcəkdir. Bu qüsur TSV istehsalında yaş aşındırma tətbiqini məhdudlaşdırır.
(3) Fotoşəkilli elektrokimyəvi aşındırma (PAECE)
Fotoşəkilli elektrokimyəvi aşındırma (PAECE) əsas prinsipi elektron-deşik cütlərinin əmələ gəlməsini sürətləndirmək üçün ultrabənövşəyi şüalardan istifadə etmək və bununla da elektrokimyəvi aşındırma prosesini sürətləndirməkdir. Geniş istifadə olunan DRIE prosesi ilə müqayisədə, PAECE prosesi 100:1-dən çox olan ultra-böyük aspekt nisbəti ilə deşikli strukturların aşındırılması üçün daha uyğundur, lakin onun dezavantajı odur ki, aşındırma dərinliyinə nəzarət DRIE-dən daha zəifdir və onun texnologiyası əlavə tədqiqat və prosesin təkmilləşdirilməsini tələb edir.
(4) Lazer qazma
Yuxarıdakı üç üsuldan fərqlidir. Lazer qazma üsulu sırf fiziki üsuldur. O, əsasən TSV-nin deşik-deşik konstruksiyasını fiziki olaraq həyata keçirmək üçün göstərilən ərazidə substrat materialını əritmək və buxarlamaq üçün yüksək enerjili lazer şüalanmasından istifadə edir.
Lazerlə qazma nəticəsində yaranan deşik yüksək aspekt nisbətinə malikdir və yan divar əsasən şaqulidir. Bununla belə, lazerlə qazma əslində deşik yaratmaq üçün yerli istilikdən istifadə etdiyindən, TSV-nin çuxur divarı termal zədələnmədən mənfi təsirlənəcək və etibarlılığı azaldacaq.
2. Layner qatının çökmə prosesi
TSV istehsalı üçün başqa bir əsas texnologiya layner qatının çökmə prosesidir.
Layner təbəqəsinin çökməsi prosesi deşik çəkildikdən sonra həyata keçirilir. Yatırılan layner təbəqəsi ümumiyyətlə SiO2 kimi oksiddir. Layner təbəqəsi TSV-nin daxili keçiricisi ilə substrat arasında yerləşir və əsasən DC cərəyanının sızmasının təcrid olunması rolunu oynayır. Oksidin çökməsi ilə yanaşı, növbəti prosesdə keçiricinin doldurulması üçün maneə və toxum təbəqələri də tələb olunur.
İstehsal olunan layner təbəqəsi aşağıdakı iki əsas tələbə cavab verməlidir:
(1) izolyasiya təbəqəsinin qırılma gərginliyi TSV-nin faktiki iş tələblərinə cavab verməlidir;
(2) çökdürülmüş təbəqələr yüksək ardıcıldır və bir-birinə yaxşı yapışır.
Aşağıdakı şəkildə plazma gücləndirilmiş kimyəvi buxar çökmə (PECVD) ilə yığılmış layner təbəqəsinin fotoşəkili göstərilir.
Çöküntü prosesi müxtəlif TSV istehsal prosesləri üçün müvafiq olaraq tənzimlənməlidir. Ön çuxur prosesi üçün oksid təbəqəsinin keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün yüksək temperaturda çökmə prosesi istifadə edilə bilər.
Tipik yüksək temperaturda çökmə tetraetil ortosilikat (TEOS) əsasında yüksək keyfiyyətli yüksək keyfiyyətli SiO2 izolyasiya təbəqəsi yaratmaq üçün termal oksidləşmə prosesi ilə birləşə bilər. Orta çuxur və arxadan deşik prosesi üçün, çöküntü zamanı BEOL prosesi başa çatdığından, BEOL materialları ilə uyğunluğu təmin etmək üçün aşağı temperatur üsulu tələb olunur.
Bu şəraitdə, izolyasiya qatı kimi SiO2 və ya SiNx-i çökdürmək üçün PECVD-dən istifadə də daxil olmaqla, çökmə temperaturu 450° ilə məhdudlaşdırılmalıdır.
Başqa bir ümumi üsul, daha sıx bir izolyasiya təbəqəsi əldə etmək üçün Al2O3-ni çökdürmək üçün atom təbəqəsinin çökməsi (ALD) istifadə etməkdir.
3. Metalın doldurulması prosesi
TSV doldurma prosesi, TSV keyfiyyətini təyin edən başqa bir əsas texnologiya olan laynerin çökmə prosesindən dərhal sonra həyata keçirilir.
Doldurula bilən materiallara istifadə olunan prosesdən asılı olaraq qatqılı polisilikon, volfram, karbon nanoboruları və s. daxildir, lakin ən çox yayılmış mis hələ də elektrolizlənmiş misdir, çünki onun prosesi yetkindir və elektrik və istilik keçiriciliyi nisbətən yüksəkdir.
Keçid çuxurunda elektrokaplama sürətinin paylanması fərqinə görə, şəkildə göstərildiyi kimi, əsasən subkonformal, konformal, superkonformal və aşağıdan yuxarı elektrokaplama üsullarına bölünə bilər.
Subkonformal elektrokaplama əsasən TSV tədqiqatının ilkin mərhələsində istifadə edilmişdir. Şəkil (a)-da göstərildiyi kimi, elektrolizlə təmin edilən Cu ionları yuxarıda cəmlənmişdir, alt hissəsi isə kifayət qədər əlavə edilməmişdir, bu da keçidin yuxarı hissəsindəki elektrokaplama sürətinin yuxarıdan aşağıda olandan daha yüksək olmasına səbəb olur. Buna görə də, tam doldurulmamışdan əvvəl çuxurun üstü əvvəlcədən bağlanacaq və içəridə böyük bir boşluq yaranacaqdır.
Konformal elektrokaplama metodunun sxematik diaqramı və fotoşəkili Şəkil (b)-də göstərilmişdir. Cu ionlarının vahid əlavə edilməsini təmin etməklə, deşikdəki hər mövqedə elektrokaplama sürəti əsasən eynidir, buna görə içəridə yalnız bir tikiş qalacaq və boşluq həcmi subkonformal elektrokaplama metodundan çox kiçikdir, buna görə də geniş istifadə olunur.
Boşluqsuz doldurma effektinə daha da nail olmaq üçün konformal elektrokaplama metodunu optimallaşdırmaq üçün superkonformal elektrokaplama üsulu təklif edilmişdir. Şəkil (c)-də göstərildiyi kimi, Cu ionlarının tədarükünü idarə etməklə, alt hissədəki doldurma dərəcəsi digər mövqelərdən bir qədər yüksəkdir və bununla da sol tikişi tamamilə aradan qaldırmaq üçün doldurma dərəcəsinin addım gradientini aşağıdan yuxarıya optimallaşdırır. tamamilə boşluqsuz metal mis doldurulmasına nail olmaq üçün konformal elektrokaplama üsulu ilə.
Aşağıdan yuxarıya elektrokaplama üsulu superkonformal metodun xüsusi halı kimi qəbul edilə bilər. Bu halda, altdan başqa elektrokaplama dərəcəsi sıfıra endirilir və yalnız elektrokaplama aşağıdan yuxarıya doğru tədricən həyata keçirilir. Konformal elektrokaplama metodunun boşluqsuz üstünlüyü ilə yanaşı, bu üsul həm də ümumi elektrokaplama vaxtını effektiv şəkildə azalda bilər, buna görə də son illərdə geniş şəkildə tədqiq edilmişdir.
4. RDL prosesi texnologiyası
RDL prosesi üçölçülü qablaşdırma prosesində əvəzsiz əsas texnologiyadır. Bu proses vasitəsilə, portun yenidən bölüşdürülməsi və ya paketlər arasında qarşılıqlı əlaqə məqsədinə nail olmaq üçün substratın hər iki tərəfində metal birləşmələr istehsal edilə bilər. Buna görə də RDL prosesi fan-in-fan-out və ya 2.5D/3D qablaşdırma sistemlərində geniş istifadə olunur.
Üç ölçülü cihazların qurulması prosesində RDL prosesi adətən müxtəlif üçölçülü cihaz strukturlarını həyata keçirmək üçün TSV-ni birləşdirmək üçün istifadə olunur.
Hazırda iki əsas RDL prosesi mövcuddur. Birincisi, fotohəssas polimerlərə əsaslanır və mis elektrokaplama və aşındırma prosesləri ilə birləşdirilir; digəri isə PECVD və kimyəvi mexaniki cilalama (CMP) prosesi ilə birlikdə Cu Damascus prosesinin istifadəsi ilə həyata keçirilir.
Aşağıda müvafiq olaraq bu iki RDL-nin əsas proses yolları təqdim ediləcək.
Fotohəssas polimer əsasında RDL prosesi yuxarıdakı şəkildə göstərilmişdir.
Əvvəlcə vaflinin səthinə fırlanma yolu ilə PI və ya BCB yapışqan qatı örtülür və qızdırıldıqdan və bərkidildikdən sonra fotolitoqrafiya prosesi ilə istənilən vəziyyətdə deşiklər açılır, sonra isə aşındırma aparılır. Sonra, fotorezisti çıxardıqdan sonra Ti və Cu müvafiq olaraq maneə təbəqəsi və toxum təbəqəsi kimi fiziki buxar çökmə prosesi (PVD) vasitəsilə vafli üzərinə püskürtülür. Sonra, RDL-nin birinci təbəqəsi fotolitoqrafiya və elektrokaplama Cu proseslərini birləşdirərək açıq Ti/Cu təbəqəsi üzərində istehsal olunur, sonra fotorezist çıxarılır və artıq Ti və Cu həkk olunur. Çox qatlı RDL strukturu yaratmaq üçün yuxarıdakı addımları təkrarlayın. Bu üsul hazırda sənayedə daha geniş istifadə olunur.
RDL istehsalı üçün başqa bir üsul əsasən PECVD və CMP proseslərini birləşdirən Cu Damascus prosesinə əsaslanır.
Bu metodun fotohəssas polimerə əsaslanan RDL prosesindən fərqi ondan ibarətdir ki, hər bir təbəqənin istehsalının ilk mərhələsində PECVD izolyasiya qatı kimi SiO2 və ya Si3N4-ün çökdürülməsi üçün istifadə olunur, sonra isə fotolitoqrafiya üsulu ilə izolyasiya təbəqəsi üzərində pəncərə əmələ gəlir. reaktiv ion aşındırma və Ti/Cu maneə/toxum təbəqəsi və keçirici mis müvafiq olaraq püskürtülür və sonra keçirici təbəqə CMP prosesi ilə tələb olunan qalınlığa qədər seyreltilir, yəni RDL təbəqəsi və ya deşikli təbəqə əmələ gəlir.
Aşağıdakı rəqəm Cu Damascus prosesi əsasında qurulmuş çox qatlı RDL-nin en kəsiyinin sxematik diaqramı və fotoşəkilidir. Müşahidə etmək olar ki, TSV əvvəlcə V01 deşikli təbəqəyə qoşulur, sonra RDL1, V12 və RDL2 sırası ilə aşağıdan yuxarıya yığılır.
RDL və ya deşikli təbəqənin hər bir təbəqəsi yuxarıdakı üsula uyğun olaraq ardıcıllıqla hazırlanır.RDL prosesi CMP prosesinin istifadəsini tələb etdiyi üçün onun istehsal dəyəri fotohəssas polimer əsasında RDL prosesindən daha yüksəkdir, ona görə də onun tətbiqi nisbətən azdır.
5. IPD proses texnologiyası
Üç ölçülü cihazların istehsalı üçün, MMIC-də birbaşa çip inteqrasiyasına əlavə olaraq, IPD prosesi başqa bir daha çevik texniki yol təqdim edir.
İnteqrasiya edilmiş passiv qurğular, həmçinin IPD prosesi olaraq da bilinir, ötürücü lövhə şəklində passiv cihaz kitabxanası yaratmaq üçün çipdə olan induktorlar, kondansatörlər, rezistorlar, balun çeviriciləri və s. daxil olmaqla, passiv cihazların istənilən kombinasiyasını birləşdirir. dizayn tələblərinə uyğun olaraq çevik çağırılmalıdır.
IPD prosesində passiv qurğular istehsal edildiyi və birbaşa ötürmə lövhəsinə inteqrasiya edildiyi üçün onun proses axını IC-lərin çip üzərində inteqrasiyasından daha sadə və daha ucuzdur və passiv cihaz kitabxanası kimi əvvəlcədən kütləvi istehsal edilə bilər.
TSV üçölçülü passiv cihaz istehsalı üçün IPD, TSV və RDL daxil olmaqla üçölçülü qablaşdırma proseslərinin xərc yükünü effektiv şəkildə əvəz edə bilər.
Xərc üstünlüklərinə əlavə olaraq, IPD-nin başqa bir üstünlüyü onun yüksək çevikliyidir. IPD-nin çevikliyindən biri aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi müxtəlif inteqrasiya üsullarında əks olunur. Şəkil (a)-da göstərildiyi kimi flip-chip prosesi və ya Şəkil (b)-də göstərildiyi kimi yapışdırma prosesi vasitəsilə IPD-nin paket substratına birbaşa inteqrasiyasının iki əsas üsuluna əlavə olaraq, bir təbəqədə IPD-nin başqa bir təbəqəsi birləşdirilə bilər. Daha geniş passiv cihaz kombinasiyalarına nail olmaq üçün Şəkillər (c)-(e)-də göstərildiyi kimi IPD.
Eyni zamanda, Şəkil (f)-də göstərildiyi kimi, IPD yüksək sıxlıqlı qablaşdırma sisteminin birbaşa qurulması üçün inteqrasiya edilmiş çipi birbaşa basdırmaq üçün adapter lövhəsi kimi istifadə edilə bilər.
Üçölçülü passiv cihazları qurmaq üçün IPD istifadə edərkən, TSV prosesi və RDL prosesi də istifadə edilə bilər. Proses axını əsasən yuxarıda qeyd olunan çip üzərində inteqrasiya emalı üsulu ilə eynidir və təkrarlanmayacaq; fərq ondadır ki, inteqrasiya obyekti çipdən adapter lövhəsinə dəyişdirildiyi üçün üçölçülü qablaşdırma prosesinin aktiv sahəyə və qarşılıqlı əlaqə qatına təsirini nəzərə almağa ehtiyac yoxdur. Bu, IPD-nin başqa bir əsas çevikliyinə gətirib çıxarır: müxtəlif substrat materialları passiv cihazların dizayn tələblərinə uyğun olaraq çevik şəkildə seçilə bilər.
IPD üçün mövcud olan substrat materialları yalnız Si və GaN kimi ümumi yarımkeçirici substrat materialları deyil, həm də Al2O3 keramika, aşağı temperaturda/yüksək temperaturda birgə yanmış keramika, şüşə substratlar və s. IPD ilə inteqrasiya edilmiş cihazlar.
Məsələn, IPD ilə inteqrasiya olunmuş üçölçülü passiv induktor strukturu induktorun işini effektiv şəkildə yaxşılaşdırmaq üçün şüşə substratdan istifadə edə bilər. TSV konsepsiyasından fərqli olaraq, şüşə altlıq üzərində edilən deliklərə şüşədən keçən vidalar (TGV) də deyilir. IPD və TGV prosesləri əsasında hazırlanmış üçölçülü induktorun fotoşəkili aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir. Şüşə substratın müqaviməti Si kimi adi yarımkeçirici materiallardan daha yüksək olduğundan, TGV üçölçülü induktor daha yaxşı izolyasiya xüsusiyyətlərinə malikdir və yüksək tezliklərdə substratın parazitar təsirindən yaranan daxiletmə itkisi daha azdır. şərti TSV üçölçülü induktor.
Digər tərəfdən, metal-izolyator-metal (MIM) kondansatörləri də nazik bir təbəqənin çökmə prosesi vasitəsilə IPD şüşə substratında istehsal edilə bilər və üç ölçülü passiv filtr quruluşu yaratmaq üçün TGV üçölçülü induktoru ilə birləşdirilə bilər. Buna görə də, IPD prosesi yeni üçölçülü passiv cihazların inkişafı üçün geniş tətbiq potensialına malikdir.
Göndərmə vaxtı: 12 noyabr 2024-cü il