Teknologjia e paketimit është një nga proceset më të rëndësishme në industrinë e gjysmëpërçuesve. Sipas formës së paketës, ajo mund të ndahet në paketë fole, paketë për montim në sipërfaqe, paketë BGA, paketë me madhësi të çipit (CSP), paketë moduli të vetëm çipi (SCM, hendeku midis instalimeve elektrike në bordin e qarkut të printuar (PCB) dhe tabela e tabelës së qarkut të integruar (IC) përputhet), paketa e moduleve me shumë çipa (MCM, e cila mund të integrojë çipa heterogjenë), paketa e nivelit të vaferit (WLP, duke përfshirë nivelin e vaferës me ventilator paketë (FOWLP), komponentë të montimit mikro sipërfaqësor (microSMD), etj.), paketë tredimensionale (paketë ndërlidhjeje mikro bump, paketë ndërlidhjeje TSV, etj.), paketë e sistemit (SIP), sistem çip (SOC).
Format e paketimit 3D ndahen kryesisht në tre kategori: lloji i groposur (varrosja e pajisjes në instalime elektrike me shumë shtresa ose e groposur në nënshtresë), lloji aktiv i nënshtresës (integrimi i vaferës së silikonit: së pari integroni përbërësit dhe nënshtresën e vaferës për të formuar një substrat aktiv. më pas rregulloni linjat e ndërlidhjes me shumë shtresa dhe montoni çipa ose përbërës të tjerë në shtresën e sipërme) dhe llojin e grumbulluar (silikon); vafera të grumbulluara me vafera silikoni, patate të skuqura të grumbulluara me vafera silikoni dhe patate të skuqura të grumbulluara me patate të skuqura).
Metodat e ndërlidhjes 3D përfshijnë lidhjen me tela (WB), çipin e rrotullimit (FC), përmes silikonit nëpërmjet (TSV), përcjellësin e filmit, etj.
TSV realizon ndërlidhje vertikale ndërmjet çipave. Duke qenë se linja e ndërlidhjes vertikale ka distancën më të shkurtër dhe forcën më të madhe, është më e lehtë të realizohet miniaturizimi, densiteti i lartë, performanca e lartë dhe paketimi heterogjen i strukturës multifunksionale. Në të njëjtën kohë, ai gjithashtu mund të ndërlidhë çipa të materialeve të ndryshme;
aktualisht, ekzistojnë dy lloje të teknologjive të prodhimit të mikroelektronikës që përdorin procesin TSV: paketimi tredimensional i qarkut (integrimi 3D IC) dhe paketimi tredimensional i silikonit (integrimi 3D Si).
Dallimi midis dy formave është se:
(1) Paketimi i qarkut 3D kërkon që elektrodat e çipit të përgatiten në gunga, dhe gungat janë të ndërlidhura (të lidhura me lidhje, shkrirje, saldim, etj.), ndërsa paketimi 3D i silikonit është një ndërlidhje e drejtpërdrejtë midis çipave (lidhja midis oksideve dhe Cu -Lidhja e Cu).
(2) Teknologjia e integrimit të qarkut 3D mund të arrihet duke lidhur vaferë (paketim qarku 3D, paketim silikoni 3D), ndërsa lidhja nga çipi me çip dhe lidhja nga çipi me meshë mund të arrihet vetëm nga paketimi i qarkut 3D.
(3) Ekzistojnë boshllëqe midis çipave të integruar nga procesi i paketimit të qarkut 3D dhe materialet dielektrike duhet të mbushen për të rregulluar përçueshmërinë termike dhe koeficientin e zgjerimit termik të sistemit për të siguruar stabilitetin e vetive mekanike dhe elektrike të sistemit; nuk ka boshllëqe midis çipave të integruar nga procesi i paketimit të silikonit 3D dhe konsumi i energjisë, vëllimi dhe pesha e çipit janë të vogla dhe performanca elektrike është e shkëlqyer.
Procesi TSV mund të ndërtojë një shteg sinjali vertikal përmes nënshtresës dhe të lidhë RDL në pjesën e sipërme dhe të poshtme të nënshtresës për të formuar një shteg përcjellësi tredimensional. Prandaj, procesi TSV është një nga themelet e rëndësishme për ndërtimin e një strukture pajisjeje pasive tredimensionale.
Sipas renditjes midis pjesës së përparme të linjës (FEOL) dhe skajit të pasmë të linjës (BEOL), procesi TSV mund të ndahet në tre procese të prodhimit të zakonshëm, përkatësisht, nëpërmjet të parës (ViaFirst), nëpërmjet mesit (Via Middle) dhe nëpërmjet procesit të fundit (Via Last), siç tregohet në figurë.
1. Nëpërmjet procesit të gravurës
Procesi via etching është çelësi për prodhimin e strukturës TSV. Zgjedhja e një procesi të përshtatshëm gdhendjeje mund të përmirësojë në mënyrë efektive forcën mekanike dhe vetitë elektrike të TSV, dhe të lidhet më tej me besueshmërinë e përgjithshme të pajisjeve tredimensionale TSV.
Aktualisht, ekzistojnë katër TSV kryesore përmes proceseve të gravurës: Gravimi i thellë i joneve reaktive (DRIE), gravimi i lagësht, gravimi elektrokimik me ndihmën e fotove (PAECE) dhe shpimi me lazer.
(1) Etching i thellë i joneve reaktive (DRIE)
Gravimi i joneve reaktive të thella, i njohur gjithashtu si procesi DRIE, është procesi më i përdorur i gravurës TSV, i cili përdoret kryesisht për të realizuar TSV nëpërmjet strukturave me raport të lartë pamjeje. Proceset tradicionale të gravimit të plazmës në përgjithësi mund të arrijnë vetëm një thellësi gravimi prej disa mikronësh, me një shkallë të ulët gravimi dhe mungesë të selektivitetit të maskës së gravurës. Bosch ka bërë përmirësimet përkatëse të procesit mbi këtë bazë. Duke përdorur SF6 si një gaz reaktiv dhe duke lëshuar gaz C4F8 gjatë procesit të gravimit si një mbrojtje pasivimi për muret anësore, procesi i përmirësuar DRIE është i përshtatshëm për gravimin e viave me raport të lartë pamjeje. Prandaj, ai quhet edhe procesi Bosch sipas shpikësit të tij.
Figura më poshtë është një foto e një raporti të lartë pamjeje të formuar nga procesi DRIE.
Megjithëse procesi DRIE përdoret gjerësisht në procesin TSV për shkak të kontrollueshmërisë së tij të mirë, disavantazhi i tij është se rrafshimi i murit anësor është i dobët dhe do të krijohen defekte rrudhash në formë fistoni. Ky defekt është më i rëndësishëm kur gdhendni vias me raport të lartë të pamjes.
(2) Gdhendje e lagësht
Gdhendja e lagësht përdor një kombinim të maskës dhe gdhendjes kimike për të gdhendur nëpër vrima. Zgjidhja më e përdorur për gravurë është KOH, e cila mund të gravojë pozicionet në nënshtresën e silikonit që nuk mbrohen nga maska, duke formuar kështu strukturën e dëshiruar të vrimës. Gdhendja e lagësht është procesi më i hershëm i zhvilluar me gravurë përmes vrimave. Meqenëse hapat e tij të procesit dhe pajisjet e kërkuara janë relativisht të thjeshta, ai është i përshtatshëm për prodhimin masiv të TSV me kosto të ulët. Gjithsesi, mekanizmi i tij i gdhendjes kimike përcakton që vrima kalimtare e formuar nga kjo metodë do të ndikohet nga orientimi kristal i vaferës së silikonit, duke e bërë vrimën e gdhendur jo vertikale, por duke shfaqur një fenomen të qartë të sipërme të gjerë dhe të poshtme të ngushtë. Ky defekt kufizon aplikimin e gravurës së lagësht në prodhimin e TSV.
(3) Etching elektrokimik me foto (PAECE)
Parimi bazë i gravurës elektrokimike me ndihmën e fotove (PAECE) është përdorimi i dritës ultravjollcë për të përshpejtuar gjenerimin e çifteve elektron-vrima, duke përshpejtuar kështu procesin e gravimit elektrokimik. Krahasuar me procesin e përdorur gjerësisht DRIE, procesi PAECE është më i përshtatshëm për gravimin e strukturave me raport ultra të madh të pamjes përmes vrimave më të mëdha se 100:1, por disavantazhi i tij është se kontrollueshmëria e thellësisë së gravurës është më e dobët se DRIE, dhe teknologjia e tij mund të kërkojnë kërkime të mëtejshme dhe përmirësim të procesit.
(4) Shpimi me laser
Është i ndryshëm nga tre metodat e mësipërme. Metoda e shpimit me lazer është një metodë thjesht fizike. Kryesisht përdor rrezatim lazer me energji të lartë për të shkrirë dhe avulluar materialin e nënshtresës në zonën e specifikuar për të realizuar fizikisht ndërtimin e vrimave të TSV.
Vrima e brendshme e formuar nga shpimi me lazer ka një raport të lartë pamjeje dhe muri anësor është në thelb vertikal. Megjithatë, meqenëse shpimi me lazer në të vërtetë përdor ngrohjen lokale për të formuar vrimën e brendshme, muri i vrimës së TSV do të ndikohet negativisht nga dëmtimi termik dhe do të zvogëlojë besueshmërinë.
2. Procesi i depozitimit të shtresës së astarit
Një tjetër teknologji kyçe për prodhimin e TSV është procesi i depozitimit të shtresës së rreshtit.
Procesi i depozitimit të shtresës së rreshtit kryhet pasi të jetë gdhendur vrima. Shtresa e shtresës së depozituar është përgjithësisht një oksid si SiO2. Shtresa e rreshtimit ndodhet midis përcjellësit të brendshëm të TSV dhe nënshtresës, dhe kryesisht luan rolin e izolimit të rrjedhjes së rrymës DC. Përveç depozitimit të oksidit, nevojiten edhe shtresa barriere dhe fara për mbushjen e përcjellësit në procesin e ardhshëm.
Shtresa e prodhuar duhet të plotësojë dy kërkesat themelore të mëposhtme:
(1) voltazhi i prishjes së shtresës izoluese duhet të plotësojë kërkesat aktuale të punës të TSV;
(2) shtresat e depozituara janë shumë konsistente dhe kanë ngjitje të mirë me njëra-tjetrën.
Figura e mëposhtme tregon një foto të shtresës së shtresës së shtresës së poshtme të depozituar nga depozitimi i avullit kimik të përmirësuar me plazmë (PECVD).
Procesi i depozitimit duhet të rregullohet në përputhje me rrethanat për procese të ndryshme të prodhimit të TSV. Për procesin e vrimës së përparme, mund të përdoret një proces depozitimi me temperaturë të lartë për të përmirësuar cilësinë e shtresës së oksidit.
Depozitimi tipik në temperaturë të lartë mund të bazohet në ortosilikat tetraetil (TEOS) i kombinuar me procesin e oksidimit termik për të formuar një shtresë izoluese shumë të qëndrueshme me cilësi të lartë SiO2. Për procesin e vrimës së mesme dhe të pasme, meqenëse procesi BEOL ka përfunduar gjatë depozitimit, kërkohet një metodë me temperaturë të ulët për të siguruar përputhshmërinë me materialet BEOL.
Në këtë kusht, temperatura e depozitimit duhet të kufizohet në 450°, duke përfshirë përdorimin e PECVD për të depozituar SiO2 ose SiNx si një shtresë izoluese.
Një metodë tjetër e zakonshme është përdorimi i depozitimit të shtresës atomike (ALD) për të depozituar Al2O3 për të marrë një shtresë izoluese më të dendur.
3. Procesi i mbushjes së metaleve
Procesi i mbushjes së TSV kryhet menjëherë pas procesit të depozitimit të linerit, i cili është një tjetër teknologji kyçe që përcakton cilësinë e TSV.
Materialet që mund të mbushen përfshijnë polisilikon të dopuar, tungsten, nanotuba karboni, etj. në varësi të procesit të përdorur, por më kryesorja është ende bakri i elektrizuar, sepse procesi i tij është i pjekur dhe përçueshmëria e tij elektrike dhe termike është relativisht e lartë.
Sipas diferencës së shpërndarjes së shkallës së tij të elektrizimit në vrimën e kalimit, ajo mund të ndahet kryesisht në metodat e elektrizimeve nënkonformale, konformale, superkonformale dhe nga poshtë lart, siç tregohet në figurë.
Elektroplating nënkonformale u përdor kryesisht në fazën e hershme të hulumtimit TSV. Siç tregohet në figurën (a), jonet e Cu të siguruara nga elektroliza janë të përqendruara në pjesën e sipërme, ndërsa pjesa e poshtme nuk plotësohet mjaftueshëm, gjë që bën që shpejtësia e elektrikimit në pjesën e sipërme të vrimës së kalimit të jetë më e lartë se ajo nën pjesën e sipërme. Prandaj, pjesa e sipërme e vrimës do të mbyllet paraprakisht përpara se të mbushet plotësisht dhe do të krijohet një zbrazëti e madhe brenda.
Diagrami skematik dhe fotografia e metodës së elektrikimit konform janë paraqitur në figurën (b). Duke siguruar plotësimin e njëtrajtshëm të joneve të Cu, shkalla e elektrikimit në çdo pozicion në vrimën e kalimit është në thelb e njëjtë, kështu që brenda do të mbetet vetëm një shtresë dhe vëllimi i zbrazët është shumë më i vogël se ai i metodës së elektrizimit nënkonformal, kështu që përdoret gjerësisht.
Për të arritur më tej një efekt mbushjeje pa zbrazëti, u propozua metoda e elektrikimit superkonformal për të optimizuar metodën e elektrizimit konform. Siç tregohet në figurën (c), duke kontrolluar furnizimin e joneve Cu, shkalla e mbushjes në fund është pak më e lartë se ajo në pozicionet e tjera, duke optimizuar kështu gradientin e hapit të shkallës së mbushjes nga poshtë lart për të eliminuar plotësisht shtresën e majtë. me metodën e elektrikimit konform, në mënyrë që të arrihet mbushje metalike prej bakri plotësisht pa zbrazëti.
Metoda e elektrikimit nga poshtë-lart mund të konsiderohet si një rast i veçantë i metodës superkonformale. Në këtë rast, shkalla e elektrikimit, përveç pjesës së poshtme, shtypet në zero, dhe vetëm elektrikimi kryhet gradualisht nga poshtë lart. Përveç avantazhit pa zbrazëti të metodës konformale të elektrikimit, kjo metodë gjithashtu mund të zvogëlojë në mënyrë efektive kohën e përgjithshme të elektrikimit, kështu që është studiuar gjerësisht vitet e fundit.
4. Teknologjia e procesit RDL
Procesi RDL është një teknologji bazë e domosdoshme në procesin e paketimit tredimensional. Nëpërmjet këtij procesi, ndërlidhjet metalike mund të prodhohen në të dy anët e nënshtresës për të arritur qëllimin e rishpërndarjes së portit ose ndërlidhjes midis paketave. Prandaj, procesi RDL përdoret gjerësisht në sistemet e paketimit fan-in-fan-out ose 2.5D/3D.
Në procesin e ndërtimit të pajisjeve tre-dimensionale, procesi RDL zakonisht përdoret për të ndërlidhur TSV për të realizuar një sërë strukturash pajisjesh tredimensionale.
Aktualisht ekzistojnë dy procese kryesore RDL. E para është e bazuar në polimere fotosensitive dhe e kombinuar me proceset e elektrikimit dhe gravurës së bakrit; tjetra zbatohet duke përdorur procesin Cu Damascus të kombinuar me PECVD dhe procesin e lustrimit mekanik kimik (CMP).
Më poshtë do të prezantojë shtigjet e procesit kryesor të këtyre dy RDL-ve përkatësisht.
Procesi RDL i bazuar në polimer fotosensitive është paraqitur në figurën e mësipërme.
Fillimisht mbi sipërfaqen e vaferës lyhet me rrotullim një shtresë me ngjitës PI ose BCB dhe pas ngrohjes dhe pjekjes përdoret procesi i fotolitografisë për hapjen e vrimave në pozicionin e dëshiruar dhe më pas kryhet gravurja. Më pas, pas heqjes së fotorezistit, Ti dhe Cu spërkaten në vafer përmes një procesi të depozitimit fizik të avullit (PVD) si një shtresë penguese dhe një shtresë farë, përkatësisht. Më pas, shtresa e parë e RDL prodhohet në shtresën e ekspozuar Ti/Cu duke kombinuar proceset e fotolitografisë dhe elektroplating Cu, dhe më pas fotorezisti hiqet dhe teprica e Ti dhe Cu hiqen. Përsëritni hapat e mësipërm për të formuar një strukturë RDL me shumë shtresa. Kjo metodë aktualisht përdoret më gjerësisht në industri.
Një metodë tjetër për prodhimin e RDL bazohet kryesisht në procesin Cu Damascus, i cili kombinon proceset PECVD dhe CMP.
Dallimi midis kësaj metode dhe procesit RDL bazuar në polimerin fotosensiv është se në hapin e parë të prodhimit të secilës shtresë, PECVD përdoret për të depozituar SiO2 ose Si3N4 si një shtresë izoluese, dhe më pas në shtresën izoluese formohet një dritare me fotolitografi dhe gërvishtja e joneve reaktive, dhe shtresa e barrierës/farës Ti/Cu dhe bakri i përcjellësit spërkaten përkatësisht, dhe më pas shtresa e përcjellësit hollohet në trashësinë e kërkuar me anë të procesit CMP, pra formohet një shtresë RDL ose shtresa e vrimës.
Figura e mëposhtme është një diagram skematik dhe foto e prerjes tërthore të një RDL me shumë shtresa të ndërtuara bazuar në procesin Cu Damascus. Mund të vërehet se TSV fillimisht lidhet me shtresën e vrimës përmes V01, dhe më pas grumbullohet nga poshtë lart në rendin e RDL1, shtresës së vrimës V12 dhe RDL2.
Çdo shtresë e RDL ose shtresë me vrima prodhohet në sekuencë sipas metodës së mësipërme.Meqenëse procesi RDL kërkon përdorimin e procesit CMP, kostoja e tij e prodhimit është më e lartë se ajo e procesit RDL bazuar në polimer fotosensiv, kështu që aplikimi i tij është relativisht i ulët.
5. Teknologjia e procesit IPD
Për prodhimin e pajisjeve tredimensionale, përveç integrimit të drejtpërdrejtë në çip në MMIC, procesi IPD ofron një rrugë tjetër teknike më fleksibël.
Pajisjet pasive të integruara, të njohura gjithashtu si procesi IPD, integrojnë çdo kombinim të pajisjeve pasive, duke përfshirë induktorët në çip, kondensatorët, rezistorët, konvertuesit balun, etj. në një nënshtresë të veçantë për të formuar një bibliotekë pajisjesh pasive në formën e një bordi transferimi që mund të të thirret në mënyrë fleksibël sipas kërkesave të projektimit.
Meqenëse në procesin IPD, pajisjet pasive prodhohen dhe integrohen drejtpërdrejt në bordin e transferimit, rrjedha e procesit të tij është më e thjeshtë dhe më pak e kushtueshme sesa integrimi në çip i IC-ve dhe mund të prodhohet në masë paraprakisht si një bibliotekë pajisje pasive.
Për prodhimin e pajisjeve pasive tredimensionale TSV, IPD mund të kompensojë në mënyrë efektive barrën e kostos së proceseve të paketimit tredimensionale duke përfshirë TSV dhe RDL.
Përveç avantazheve të kostos, një tjetër avantazh i IPD është fleksibiliteti i tij i lartë. Një nga fleksibiliteti i IPD-së reflektohet në metodat e ndryshme të integrimit, siç tregohet në figurën më poshtë. Përveç dy metodave bazë të integrimit të drejtpërdrejtë të IPD në nënshtresën e paketimit përmes procesit të çipit të rrotullimit siç tregohet në figurën (a) ose procesit të lidhjes siç tregohet në figurën (b), një shtresë tjetër IPD mund të integrohet në një shtresë. i IPD siç tregohet në figurat (c)-(e) për të arritur një gamë më të gjerë të kombinimeve të pajisjeve pasive.
Në të njëjtën kohë, siç tregohet në Figurën (f), IPD mund të përdoret më tej si një tabelë përshtatëse për të varrosur drejtpërdrejt çipin e integruar në të për të ndërtuar drejtpërdrejt një sistem paketimi me densitet të lartë.
Kur përdorni IPD për të ndërtuar pajisje pasive tredimensionale, procesi TSV dhe procesi RDL mund të përdoren gjithashtu. Rrjedha e procesit është në thelb e njëjtë me metodën e sipërpërmendur të përpunimit të integrimit në çip dhe nuk do të përsëritet; ndryshimi është se meqenëse objekti i integrimit është ndryshuar nga bordi i çipit në tabelën e përshtatësit, nuk ka nevojë të merret parasysh ndikimi i procesit të paketimit tredimensional në zonën aktive dhe shtresën e ndërlidhjes. Kjo çon më tej në një fleksibilitet tjetër kyç të IPD: një shumëllojshmëri materialesh nënshtrese mund të zgjidhen në mënyrë fleksibël sipas kërkesave të projektimit të pajisjeve pasive.
Materialet e substratit të disponueshëm për IPD nuk janë vetëm materiale të zakonshme të nënshtresës gjysmëpërçuese si Si dhe GaN, por gjithashtu qeramika Al2O3, qeramika me temperaturë të ulët/temperaturë të lartë, nënshtresa xhami, etj. Kjo veçori zgjeron në mënyrë efektive fleksibilitetin e projektimit të pasive pajisje të integruara nga IPD.
Për shembull, struktura e induktorit pasiv tre-dimensionale e integruar nga IPD mund të përdorë një nënshtresë xhami për të përmirësuar në mënyrë efektive performancën e induktorit. Në kontrast me konceptin e TSV, vrimat e brendshme të bëra në nënshtresën e qelqit quhen gjithashtu via përmes xhamit (TGV). Fotografia e induktorit tredimensional të prodhuar në bazë të proceseve IPD dhe TGV është paraqitur në figurën më poshtë. Meqenëse rezistenca e nënshtresës së qelqit është shumë më e lartë se ajo e materialeve gjysmëpërçuese konvencionale si Si, induktori tredimensional TGV ka veti më të mira izoluese dhe humbja e futjes e shkaktuar nga efekti parazitar i substratit në frekuenca të larta është shumë më e vogël se ajo e induktor konvencional tredimensional TSV.
Nga ana tjetër, kondensatorët metal-izolues-metal (MIM) gjithashtu mund të prodhohen në IPD të nënshtresës së qelqit përmes një procesi depozitimi të filmit të hollë dhe të ndërlidhen me induktorin tredimensional TGV për të formuar një strukturë filtri pasiv tredimensional. Prandaj, procesi IPD ka potencial të gjerë aplikimi për zhvillimin e pajisjeve të reja pasive tredimensionale.
Koha e postimit: Nëntor-12-2024