Technoleg pecynnu yw un o'r prosesau pwysicaf yn y diwydiant lled-ddargludyddion. Yn ôl siâp y pecyn, gellir ei rannu'n becyn soced, pecyn mowntio wyneb, pecyn BGA, pecyn maint sglodion (CSP), pecyn modiwl sglodion sengl (SCM, y bwlch rhwng y gwifrau ar y bwrdd cylched printiedig (PCB) ac mae pad bwrdd cylched integredig (IC) yn cyfateb), pecyn modiwl aml-sglodion (MCM, sy'n gallu integreiddio sglodion heterogenaidd), pecyn lefel wafferi (WLP, gan gynnwys pecyn lefel wafferi ffan allan (FOWLP), cydrannau mowntio wyneb micro (microSMD), ac ati), pecyn tri dimensiwn (pecyn rhyng-gysylltu micro-bwmp, pecyn rhyng-gysylltu TSV, ac ati), pecyn system (SIP), system sglodion (SOC).
Rhennir ffurfiau pecynnu 3D yn bennaf yn dri chategori: math wedi'i gladdu (claddu'r ddyfais mewn gwifrau aml-haen neu wedi'i chladdu yn y swbstrad), math o swbstrad gweithredol (integreiddio wafferi silicon: yn gyntaf integreiddio'r cydrannau a'r swbstrad wafer i ffurfio swbstrad gweithredol yna trefnwch linellau rhyng-gysylltu aml-haen, a chydosod sglodion neu gydrannau eraill ar yr haen uchaf) a math wedi'i bentyrru (wafferi silicon wedi'u pentyrru â wafferi silicon, sglodion wedi'u pentyrru â wafferi silicon, a sglodion wedi'u pentyrru gyda sglodion).
Mae dulliau rhyng-gysylltu 3D yn cynnwys bondio gwifren (WB), sglodion fflip (FC), trwy silicon trwy (TSV), dargludydd ffilm, ac ati.
Mae TSV yn sylweddoli rhyng-gysylltiad fertigol rhwng sglodion. Gan fod gan y llinell rhyng-gysylltiad fertigol y pellter byrraf a chryfder uwch, mae'n haws gwireddu miniaturization, dwysedd uchel, perfformiad uchel, a phecynnu strwythur heterogenaidd amlswyddogaethol. Ar yr un pryd, gall hefyd rhyng-gysylltu sglodion o ddeunyddiau gwahanol;
ar hyn o bryd, mae dau fath o dechnolegau gweithgynhyrchu microelectroneg gan ddefnyddio proses TSV: pecynnu cylched tri dimensiwn (integreiddio 3D IC) a phecynnu silicon tri dimensiwn (integreiddio 3D Si).
Y gwahaniaeth rhwng y ddwy ffurf yw:
(1) Mae pecynnu cylched 3D yn ei gwneud yn ofynnol i'r electrodau sglodion gael eu paratoi'n bumps, ac mae'r bumps yn rhyng-gysylltiedig (wedi'u bondio trwy fondio, ymasiad, weldio, ac ati), tra bod pecynnu silicon 3D yn rhyng-gysylltiad uniongyrchol rhwng sglodion (bondio rhwng ocsidau a Cu -Cu bondio).
(2) Gellir cyflawni technoleg integreiddio cylched 3D trwy fondio rhwng wafferi (pecynnu cylched 3D, pecynnu silicon 3D), tra mai dim ond trwy becynnu cylched 3D y gellir cyflawni bondio sglodion-i-sglodyn a bondio sglodion-i-wafer.
(3) Mae bylchau rhwng y sglodion wedi'u hintegreiddio gan y broses pecynnu cylched 3D, ac mae angen llenwi deunyddiau dielectrig i addasu dargludedd thermol a chyfernod ehangu thermol y system i sicrhau sefydlogrwydd priodweddau mecanyddol a thrydanol y system; nid oes unrhyw fylchau rhwng y sglodion sydd wedi'u hintegreiddio gan y broses pecynnu silicon 3D, ac mae'r defnydd pŵer, cyfaint a phwysau'r sglodion yn fach, ac mae'r perfformiad trydanol yn rhagorol.
Gall y broses TSV adeiladu llwybr signal fertigol trwy'r swbstrad a chysylltu'r RDL ar ben a gwaelod y swbstrad i ffurfio llwybr dargludydd tri dimensiwn. Felly, mae'r broses TSV yn un o'r conglfeini pwysig ar gyfer adeiladu strwythur dyfais goddefol tri dimensiwn.
Yn ôl y drefn rhwng pen blaen y llinell (FEOL) a diwedd ôl y llinell (BEOL), gellir rhannu'r broses TSV yn dair proses weithgynhyrchu prif ffrwd, sef, trwy gyntaf (ViaFirst), trwy ganol (Via Middle) a trwy'r broses olaf (Via Last), fel y dangosir yn y ffigur.
1. Trwy broses ysgythru
Y broses ysgythru trwy yw'r allwedd i weithgynhyrchu strwythur TSV. Gall dewis proses ysgythru addas wella cryfder mecanyddol a phriodweddau trydanol TSV yn effeithiol, ac yn gysylltiedig ymhellach â dibynadwyedd cyffredinol dyfeisiau tri dimensiwn TSV.
Ar hyn o bryd, mae pedair prif ffrwd TSV trwy brosesau ysgythru: Ysgythriad Ion Adweithiol Dwfn (DRIE), ysgythru gwlyb, ysgythriad electrocemegol â chymorth llun (PAECE) a drilio laser.
(1) Ysgythriad Ion Adweithiol Dwfn (DRIE)
Ysgythriad ïon adweithiol dwfn, a elwir hefyd yn broses DRIE, yw'r broses ysgythru TSV a ddefnyddir amlaf, a ddefnyddir yn bennaf i wireddu TSV trwy strwythurau â chymhareb agwedd uchel. Yn gyffredinol, dim ond dyfnder ysgythru o sawl micron y gall prosesau ysgythru plasma traddodiadol ei gyflawni, gyda chyfradd ysgythru isel a diffyg detholusrwydd mwgwd ysgythru. Mae Bosch wedi gwneud gwelliannau proses cyfatebol ar y sail hon. Trwy ddefnyddio SF6 fel nwy adweithiol a rhyddhau nwy C4F8 yn ystod y broses ysgythru fel amddiffyniad passivation ar gyfer y waliau ochr, mae'r broses DRIE well yn addas ar gyfer ysgythru vias cymhareb agwedd uchel. Felly, fe'i gelwir hefyd yn broses Bosch ar ôl ei ddyfeisiwr.
Mae'r ffigwr isod yn llun o gymhareb agwedd uchel a ffurfiwyd trwy ysgythru'r broses DRIE.
Er bod y broses DRIE yn cael ei defnyddio'n helaeth yn y broses TSV oherwydd ei rheolaeth dda, ei anfantais yw bod gwastadrwydd y wal ochr yn wael a bydd diffygion crychau siâp cregyn bylchog yn cael eu ffurfio. Mae'r diffyg hwn yn fwy arwyddocaol wrth ysgythru vias cymhareb agwedd uchel.
(2) Ysgythriad gwlyb
Mae ysgythru gwlyb yn defnyddio cyfuniad o ysgythru mwgwd a chemegol i ysgythru trwy dyllau. Yr ateb ysgythru a ddefnyddir amlaf yw KOH, a all ysgythru'r safleoedd ar y swbstrad silicon nad ydynt wedi'u diogelu gan y mwgwd, a thrwy hynny ffurfio'r strwythur twll trwodd a ddymunir. Ysgythriad gwlyb yw'r broses ysgythru twll trwodd cynharaf a ddatblygwyd. Gan fod ei gamau proses a'i offer gofynnol yn gymharol syml, mae'n addas ar gyfer cynhyrchu màs o TSV am gost isel. Fodd bynnag, mae ei fecanwaith ysgythru cemegol yn pennu y bydd cyfeiriadedd grisial y wafer silicon yn effeithio ar y twll trwodd a ffurfiwyd gan y dull hwn, gan wneud y twll trwodd ysgythru heb fod yn fertigol ond yn dangos ffenomen glir o frig llydan a gwaelod cul. Mae'r diffyg hwn yn cyfyngu ar gymhwyso ysgythriad gwlyb mewn gweithgynhyrchu TSV.
(3) Ysgythriad electrocemegol gyda chymorth llun (PAECE)
Egwyddor sylfaenol ysgythru electrocemegol â chymorth llun (PAECE) yw defnyddio golau uwchfioled i gyflymu'r broses o gynhyrchu parau tyllau electron, a thrwy hynny gyflymu'r broses ysgythru electrocemegol. O'i gymharu â'r broses DRIE a ddefnyddir yn eang, mae'r broses PAECE yn fwy addas ar gyfer ysgythru strwythurau twll trwodd cymhareb agwedd ultra-fawr sy'n fwy na 100: 1, ond ei anfantais yw bod gallu rheoli dyfnder ysgythru yn wannach na DRIE, a gall ei dechnoleg angen ymchwil pellach a gwella prosesau.
(4) Drilio laser
Yn wahanol i'r tri dull uchod. Mae'r dull drilio laser yn ddull corfforol pur. Mae'n bennaf yn defnyddio arbelydru laser ynni uchel i doddi ac anweddu'r deunydd swbstrad yn yr ardal benodol i sylweddoli'n gorfforol adeiladu twll trwodd TSV.
Mae gan y twll trwodd a ffurfiwyd gan ddrilio laser gymhareb agwedd uchel ac mae'r wal ochr yn fertigol yn y bôn. Fodd bynnag, gan fod drilio laser mewn gwirionedd yn defnyddio gwres lleol i ffurfio'r twll trwodd, bydd difrod thermol yn effeithio'n negyddol ar wal twll TSV a lleihau dibynadwyedd.
2. leinin haen broses dyddodiad
Technoleg allweddol arall ar gyfer gweithgynhyrchu TSV yw'r broses dyddodi haen leinin.
Perfformir y broses dyddodi haen leinin ar ôl i'r twll trwodd gael ei ysgythru. Yn gyffredinol, mae'r haen leinin a adneuwyd yn ocsid fel SiO2. Mae'r haen leinin wedi'i lleoli rhwng dargludydd mewnol y TSV a'r swbstrad, ac yn bennaf mae'n chwarae rôl ynysu gollyngiadau cyfredol DC. Yn ogystal â dyddodi ocsid, mae angen haenau rhwystr a hadau hefyd ar gyfer llenwi dargludyddion yn y broses nesaf.
Rhaid i'r haen leinin a weithgynhyrchir fodloni'r ddau ofyniad sylfaenol canlynol:
(1) dylai foltedd chwalu'r haen inswleiddio fodloni gofynion gweithio gwirioneddol TSV;
(2) mae'r haenau a adneuwyd yn gyson iawn ac mae ganddynt adlyniad da i'w gilydd.
Mae'r ffigur canlynol yn dangos llun o'r haen leinin a adneuwyd gan ddyddodiad anwedd cemegol plasma wedi'i wella (PECVD).
Mae angen addasu'r broses adneuo yn unol â hynny ar gyfer gwahanol brosesau gweithgynhyrchu TSV. Ar gyfer y broses twll trwodd blaen, gellir defnyddio proses dyddodi tymheredd uchel i wella ansawdd yr haen ocsid.
Gellir seilio dyddodiad tymheredd uchel nodweddiadol ar tetraethyl orthosilicate (TEOS) ynghyd â phroses ocsideiddio thermol i ffurfio haen inswleiddio SiO2 o ansawdd uchel hynod gyson. Ar gyfer y broses twll trwodd canol a thwll cefn, gan fod y broses BEOL wedi'i chwblhau yn ystod y dyddodiad, mae angen dull tymheredd isel i sicrhau cydnawsedd â deunyddiau BEOL.
O dan yr amod hwn, dylid cyfyngu tymheredd y dyddodiad i 450 °, gan gynnwys defnyddio PECVD i adneuo SiO2 neu SiNx fel haen inswleiddio.
Dull cyffredin arall yw defnyddio dyddodiad haen atomig (ALD) i adneuo Al2O3 i gael haen inswleiddio dwysach.
3. Proses llenwi metel
Cynhelir y broses llenwi TSV yn syth ar ôl y broses dyddodi leinin, sef technoleg allweddol arall sy'n pennu ansawdd TSV.
Mae'r deunyddiau y gellir eu llenwi yn cynnwys polysilicon doped, twngsten, nanotiwbiau carbon, ac ati yn dibynnu ar y broses a ddefnyddir, ond mae'r rhan fwyaf o'r prif ffrwd yn dal i fod yn gopr wedi'i electroplatio, oherwydd bod ei broses yn aeddfed ac mae ei dargludedd trydanol a thermol yn gymharol uchel.
Yn ôl gwahaniaeth dosbarthiad ei gyfradd electroplatio yn y twll trwodd, gellir ei rannu'n bennaf yn ddulliau electroplatio is-gydffurfiol, cydffurfiol, uwch-gydymffurfio a gwaelod i fyny, fel y dangosir yn y ffigur.
Defnyddiwyd electroplatio is-gydffurfiol yn bennaf yng nghyfnod cynnar ymchwil TSV. Fel y dangosir yn Ffigur (a), mae'r ïonau Cu a ddarperir gan electrolysis wedi'u crynhoi ar y brig, tra nad yw'r gwaelod wedi'i ategu'n ddigonol, sy'n achosi i'r gyfradd electroplatio ar frig y twll trwodd fod yn uwch na'r un islaw'r brig. Felly, bydd top y twll trwodd ar gau ymlaen llaw cyn iddo gael ei lenwi'n llwyr, a bydd gwagle mawr yn cael ei ffurfio y tu mewn.
Dangosir y diagram sgematig a'r llun o'r dull electroplatio cydffurfiol yn Ffigur (b). Trwy sicrhau ychwanegiad unffurf ïonau Cu, mae'r gyfradd electroplatio ym mhob safle yn y twll trwodd yr un peth yn y bôn, felly dim ond wythïen fydd yn cael ei gadael y tu mewn, ac mae cyfaint y gwagle yn llawer llai na chyfaint y dull electroplatio is-gydffurfiol, felly fe'i defnyddir yn eang.
Er mwyn cyflawni effaith llenwi di-wactod ymhellach, cynigiwyd y dull electroplatio superconformal i wneud y gorau o'r dull electroplatio cydffurfiol. Fel y dangosir yn Ffigur (c), trwy reoli cyflenwad ïonau Cu, mae'r gyfradd llenwi ar y gwaelod ychydig yn uwch na'r gyfradd mewn swyddi eraill, a thrwy hynny optimeiddio graddiant cam y gyfradd llenwi o'r gwaelod i'r brig i ddileu'r wythïen chwith yn llwyr. trwy'r dull electroplatio cydffurfiol, er mwyn cyflawni llenwad copr metel cwbl ddi-rym.
Gellir ystyried y dull electroplatio gwaelod i fyny fel achos arbennig o'r dull uwch-gydffurfiol. Yn yr achos hwn, mae'r gyfradd electroplatio ac eithrio'r gwaelod yn cael ei atal i sero, a dim ond yr electroplatio sy'n cael ei wneud yn raddol o'r gwaelod i'r brig. Yn ogystal â mantais ddi-rym y dull electroplatio cydffurfiol, gall y dull hwn hefyd leihau'r amser electroplatio cyffredinol yn effeithiol, felly mae wedi'i astudio'n eang yn ystod y blynyddoedd diwethaf.
4. technoleg proses RDL
Mae'r broses RDL yn dechnoleg sylfaenol anhepgor yn y broses becynnu tri dimensiwn. Trwy'r broses hon, gellir cynhyrchu rhyng-gysylltiadau metel ar ddwy ochr y swbstrad i gyflawni pwrpas ailddosbarthu porthladd neu ryng-gysylltiad rhwng pecynnau. Felly, mae'r broses RDL yn cael ei defnyddio'n eang mewn systemau pecynnu ffan-mewn-ffan-allan neu 2.5D/3D.
Yn y broses o adeiladu dyfeisiau tri dimensiwn, defnyddir y broses RDL fel arfer i ryng-gysylltu TSV i wireddu amrywiaeth o strwythurau dyfais tri dimensiwn.
Ar hyn o bryd mae dwy brif broses RDL prif ffrwd. Mae'r cyntaf yn seiliedig ar bolymerau ffotosensitif ac wedi'i gyfuno â phrosesau electroplatio ac ysgythru copr; gweithredir y llall trwy ddefnyddio proses Cu Damascus ynghyd â phroses PECVD a chaboli mecanyddol cemegol (CMP).
Bydd y canlynol yn cyflwyno llwybrau proses prif ffrwd y ddau RDL hyn yn y drefn honno.
Dangosir y broses RDL sy'n seiliedig ar bolymer ffotosensitif yn y ffigur uchod.
Yn gyntaf, mae haen o glud PI neu BCB wedi'i orchuddio ar wyneb y wafer trwy gylchdro, ac ar ôl gwresogi a halltu, defnyddir proses ffotolithograffeg i agor tyllau yn y safle a ddymunir, ac yna perfformir ysgythru. Nesaf, ar ôl cael gwared ar y photoresist, mae Ti a Cu yn cael eu sputtered ar y wafer trwy broses dyddodiad anwedd corfforol (PVD) fel haen rhwystr a haen hadau, yn y drefn honno. Nesaf, mae'r haen gyntaf o RDL yn cael ei chynhyrchu ar yr haen Ti / Cu agored trwy gyfuno prosesau ffotolithograffeg ac electroplatio Cu, ac yna caiff y ffotoresydd ei dynnu ac mae'r gormodedd Ti a Cu yn cael ei ysgythru. Ailadroddwch y camau uchod i ffurfio strwythur RDL aml-haen. Ar hyn o bryd, defnyddir y dull hwn yn fwy eang yn y diwydiant.
Mae dull arall ar gyfer gweithgynhyrchu RDL yn seiliedig yn bennaf ar y broses Cu Damascus, sy'n cyfuno prosesau PECVD a CMP.
Y gwahaniaeth rhwng y dull hwn a'r broses RDL yn seiliedig ar bolymer ffotosensitif yw bod PECVD yn cael ei ddefnyddio yn y cam cyntaf o weithgynhyrchu pob haen i adneuo SiO2 neu Si3N4 fel haen inswleiddio, ac yna mae ffenestr yn cael ei ffurfio ar yr haen inswleiddio trwy ffotolithograffeg a mae ysgythru ïon adweithiol, a rhwystr Ti / Cu / haen hadau a chopr dargludydd yn cael eu sputtered yn y drefn honno, ac yna mae haen y dargludydd yn cael ei theneuo i'r trwch gofynnol gan broses CMP, hynny yw yw, mae haen o RDL neu haen trwodd yn cael ei ffurfio.
Mae'r ffigur canlynol yn ddiagram sgematig a llun o'r trawstoriad o RDL aml-haen a luniwyd yn seiliedig ar y broses Cu Damascus. Gellir arsylwi bod TSV wedi'i gysylltu yn gyntaf â'r haen twll trwodd V01, ac yna'n cael ei bentyrru o'r gwaelod i'r brig yn nhrefn RDL1, haen trwodd V12, ac RDL2.
Mae pob haen o RDL neu haen twll trwodd yn cael ei gynhyrchu mewn trefn yn ôl y dull uchod.Gan fod y broses RDL yn gofyn am ddefnyddio proses CMP, mae ei gost gweithgynhyrchu yn uwch na chost y broses RDL yn seiliedig ar bolymer ffotosensitif, felly mae ei gymhwysiad yn gymharol isel.
5. technoleg proses DCM
Ar gyfer gweithgynhyrchu dyfeisiau tri dimensiwn, yn ogystal ag integreiddio uniongyrchol ar sglodion ar MMIC, mae'r broses IPD yn darparu llwybr technegol mwy hyblyg arall.
Mae dyfeisiau goddefol integredig, a elwir hefyd yn broses IPD, yn integreiddio unrhyw gyfuniad o ddyfeisiau goddefol gan gynnwys anwythyddion ar-sglodion, cynwysorau, gwrthyddion, trawsnewidyddion balun, ac ati ar swbstrad ar wahân i ffurfio llyfrgell dyfeisiau goddefol ar ffurf bwrdd trosglwyddo a all cael ei alw'n hyblyg yn unol â gofynion dylunio.
Gan fod dyfeisiau goddefol yn y broses IPD yn cael eu cynhyrchu a'u hintegreiddio'n uniongyrchol ar y bwrdd trosglwyddo, mae ei lif proses yn symlach ac yn rhatach nag integreiddio ICs ar sglodion, a gellir eu masgynhyrchu ymlaen llaw fel llyfrgell dyfeisiau goddefol.
Ar gyfer gweithgynhyrchu dyfeisiau goddefol tri dimensiwn TSV, gall DCM wneud iawn yn effeithiol am faich cost prosesau pecynnu tri dimensiwn gan gynnwys TSV ac RDL.
Yn ogystal â manteision cost, mantais arall o DCM yw ei hyblygrwydd uchel. Mae un o hyblygrwydd DCM yn cael ei adlewyrchu yn y dulliau integreiddio amrywiol, fel y dangosir yn y ffigur isod. Yn ogystal â'r ddau ddull sylfaenol o integreiddio DCM yn uniongyrchol i'r swbstrad pecyn trwy'r broses sglodion fflip fel y dangosir yn Ffigur (a) neu'r broses fondio fel y dangosir yn Ffigur (b), gellir integreiddio haen arall o DCM ar un haen. IPD fel y dangosir yn Ffigurau (c)-(e) i gyflawni ystod ehangach o gyfuniadau dyfeisiau goddefol.
Ar yr un pryd, fel y dangosir yn Ffigur (f), gellir defnyddio'r IPD ymhellach fel bwrdd addasydd i gladdu'r sglodion integredig arno yn uniongyrchol i adeiladu system pecynnu dwysedd uchel.
Wrth ddefnyddio IPD i adeiladu dyfeisiau goddefol tri dimensiwn, gellir defnyddio proses TSV a phroses RDL hefyd. Mae llif y broses yn y bôn yr un fath â'r dull prosesu integreiddio ar-sglodion uchod, ac ni chaiff ei ailadrodd; Y gwahaniaeth yw, gan fod y gwrthrych integreiddio yn cael ei newid o sglodion i fwrdd addasydd, nid oes angen ystyried effaith y broses becynnu tri dimensiwn ar yr ardal weithredol a'r haen rhyng-gysylltiad. Mae hyn ymhellach yn arwain at hyblygrwydd allweddol arall o DCM: gellir dewis amrywiaeth o ddeunyddiau swbstrad yn hyblyg yn unol â gofynion dylunio dyfeisiau goddefol.
Mae'r deunyddiau swbstrad sydd ar gael ar gyfer IPD nid yn unig yn ddeunyddiau swbstrad lled-ddargludyddion cyffredin fel Si a GaN, ond hefyd cerameg Al2O3, cerameg cyd-danio tymheredd isel / tymheredd uchel, swbstradau gwydr, ac ati. Mae'r nodwedd hon yn ehangu hyblygrwydd dylunio goddefol yn effeithiol. dyfeisiau wedi'u hintegreiddio gan IPD.
Er enghraifft, gall y strwythur inductor goddefol tri dimensiwn sydd wedi'i integreiddio gan IPD ddefnyddio swbstrad gwydr i wella perfformiad yr anwythydd yn effeithiol. Mewn cyferbyniad â'r cysyniad o TSV, gelwir y tyllau trwodd a wneir ar y swbstrad gwydr hefyd yn vias gwydr trwodd (TGV). Dangosir y llun o'r anwythydd tri dimensiwn a weithgynhyrchwyd yn seiliedig ar brosesau IPD a TGV yn y ffigur isod. Gan fod gwrthedd y swbstrad gwydr yn llawer uwch na gwrthedd deunyddiau lled-ddargludyddion confensiynol megis Si, mae gan yr anwythydd tri dimensiwn TGV well priodweddau inswleiddio, ac mae'r golled mewnosod a achosir gan effaith parasitig y swbstrad ar amleddau uchel yn llawer llai nag un o yr anwythydd tri-dimensiwn TSV confensiynol.
Ar y llaw arall, gellir cynhyrchu cynwysorau metel-inswleiddiwr-metel (MIM) hefyd ar yr IPD swbstrad gwydr trwy broses dyddodiad ffilm denau, a'u rhyng-gysylltu â inductor tri dimensiwn TGV i ffurfio strwythur hidlo goddefol tri dimensiwn. Felly, mae gan y broses DCM botensial cymhwyso eang ar gyfer datblygu dyfeisiau goddefol tri dimensiwn newydd.
Amser postio: Tachwedd-12-2024