Teknolojiya pakkirinê di pîşesaziya semiconductor de yek ji pêvajoyên herî girîng e. Li gorî şeklê pakêtê, ew dikare li pakêta soketê, pakêta çîyayê rûkê, pakêta BGA, pakêta mezinahiya çîpê (CSP), pakêta modulê ya yekane (SCM, valahiya di navbera têlkirina li ser panela çapkirî (PCB) de were dabeş kirin. û pêlava panelê ya yekbûyî (IC) li hev tê, pakêta modulê ya pir-çîp (MCM, ku dikare çîpên heterojen yek bike), pakêta asta waferê (WLP, di nav de asta wafera fan-out pakêt (FOWLP), hêmanên çîmentoyê yên mîkro (microSMD), hwd.), pakêta sê-alî (pakêta pevgirêdana mîkro bump, pakêta pêwendiya TSV, hwd.), pakêta pergalê (SIP), pergala çîpê (SOC).
Formên pakkirina 3D bi giranî li sê kategoriyan têne dabeş kirin: celebê veşartî (veşartina amûrê di têlên pir-tebeqê de an jî di binavê de veşartiye), celebê substratê çalak (entegrasyona waferê silicon: Pêşîn pêkhatan û substrata waferê yek bikin da ku substratek çalak ava bikin. Dûv re xêzên pêwendiya pir-qatî saz bikin, û çîp an pêkhateyên din li ser qata jorîn bicivînin) û celebê hevgirtî (sîlîkon); waferên ku bi waferên sîlîkonê hatine çikandin, çîpên ku bi waferên silicon ve hatine çikandin, û çîpên bi çîpên hatine çikandin).
Rêbazên pevgirêdana 3D girêdana têlê (WB), çîpê flip (FC), bi sîlîkonê bi riya (TSV), rêgirê fîlimê, hwd.
TSV di navbera çîpên pêwendiya vertîkal de nas dike. Ji ber ku xêza pêwendiya vertîkal xwedan dûrahiya herî kurt û hêza bilind e, hêsantir e ku meriv piçûktirkirin, dendika bilind, performansa bilind, û pakkirina strukturên heterojen ên pirfunksional pêk bîne. Di heman demê de, ew dikare çîpên materyalên cihêreng jî bi hev ve girêbide;
niha, du celeb teknolojiyên hilberîna mîkroelektronîkê hene ku pêvajoya TSV bikar tînin: pakkirina sê-alî (entegrasyona IC 3D) û pakkirina siliconê ya sê-alî (entegrasyona 3D Si).
Cûdahiya di navbera her du forman de ev e:
(1) Ji pakkirina dorhêla 3D hewce dike ku elektrodên çîpê di nav qulikan de bêne amade kirin, û kulm bi hev ve girêdayî ne (bi girêdan, fusion, welding, hwd.), dema ku pakkirina silicon 3D têkiliyek rasterast di navbera çîp de ye (girêdana di navbera oksîdan û Cu de. -Cu girêdana).
(2) Teknolojiya yekbûna dorhêla 3D dikare bi girêdana di navbera waferan de (pambala 3D-ê, pakkirina silicon 3D), dema ku girêdana çîp-to-çîp û girêdana çîp-to-wafer tenê bi pakkirina dorhêla 3D dikare were bidestxistin.
(3) Di navbera çîpên ku ji hêla pêvajoya pakkirina dorhêla 3D ve hatî yekbûyî de valahiyek heye, û pêdivî ye ku materyalên dielektrîkî bêne dagirtin da ku guheztina germî û berbelavbûna germî ya pergalê bicîh bikin da ku aramiya taybetmendiyên mekanîkî û elektrîkî yên pergalê peyda bikin; di navbera çîpên ku ji hêla pêvajoya pakkirina silicon 3D ve hatî yek kirin de ti valahî tune, û xerckirina hêzê, hejmûn û giraniya çîpê piçûk in, û performansa elektrîkê xweş e.
Pêvajoya TSV dikare di nav substratê de rêgezek nîşanek vertîkal ava bike û RDL-ê li ser û binê substratê ve girêbide da ku rêgezek gerîdeya sê-alî ava bike. Ji ber vê yekê, pêvajoya TSV ji bo avakirina avahiyek cîhaza pasîf a sê-alî yek ji bingehên girîng e.
Li gorî rêza di navbera dawiya rêzê (FEOL) û dawiya rêzê (BEOL), pêvajoya TSV dikare li sê pêvajoyên hilberîna sereke were dabeş kirin, bi navgîniya yekem (ViaFirst), bi navgîniya navîn (Via Navîn) û bi pêvajoya paşîn (Via Last), wekî ku di wêneyê de tê xuyang kirin.
1. Bi pêvajoya etching
Pêvajoya bi etching mifteya çêkirina avahiya TSV ye. Hilbijartina pêvajoyek guheztinê ya maqûl dikare bi bandor hêza mekanîkî û taybetmendiyên elektrîkî yên TSV çêtir bike, û bêtir bi pêbaweriya giştî ya amûrên sê-alî yên TSV ve têkildar be.
Heya nuha, çar TSV-ya serekî ya bi pêvajoyên etchkirinê ve hene: Etching Ion Reactive Deep (DRIE), Etching şil, Etching elektrokîmyayî ya bi alîkariya wêneyê (PAECE) û sondakirina lazer.
(1) Etching Ion Reactive Deep (DRIE)
Etching ion reaktîf a kûr, ku wekî pêvajoya DRIE jî tê zanîn, pêvajoyek TSV-ê ya herî gelemperî tête bikar anîn e, ku bi gelemperî ji bo pêkanîna TSV-ê bi navgîniya strukturên bi rêjeya aliyek bilind ve tê bikar anîn. Pêvajoyên pîvazkirina plazmaya kevneşopî bi gelemperî tenê dikare bigihîje kûrahiyek xêzkirinê ya çend mîkronan, digel rêjeyek etching kêm û nebûna hilbijartî ya maskeya etching. Bosch li ser vê bingehê pêşkeftinên pêvajoyê yên têkildar çêkiriye. Bi karanîna SF6 wekî gazek reaktîf û berdana gaza C4F8 di dema pêvajoya eqlêkirinê de wekî parastina pasîfbûnê ya ji bo dîwaran, pêvajoya DRIE ya çêtir ji bo xêzkirina rêjeya rêjeyê ya bilind maqûl e. Ji ber vê yekê, jê re pêvajoya Bosch-ê jî wekî dahênerê wê tê gotin.
Nîgara li jêr wêneyek rêjeyek awirek bilind e ku bi xêzkirina pêvajoya DRIE ve hatî çêkirin.
Her çend pêvajoya DRIE di pêvajoya TSV-ê de ji ber kontrolkirina wê ya baş bi berfirehî tête bikar anîn, kêmasiya wê ev e ku xêzbûna dîwarê alî belengaz e û dê kêmasiyên qermiçî yên bi şiklê scallopê çêbibin. Ev kêmasî dema ku bi rêgezên rêjeyên aspektî yên bilind ve tê kişandin girîngtir e.
(2) Etching şil
Etchinga şil ji bo ku di nav kunên xwe de derxîne berhevokek mask û etchinga kîmyewî bikar tîne. Çareseriya eftkirinê ya ku herî zêde tê bikar anîn KOH e, ku dikare pozîsyonên li ser substrata siliconê ku ji hêla maskê ve nayên parastin, bikişîne, bi vî rengî strukturek qulikê ya xwestî pêk tîne. Etching şil pêvajoyek zûtirîn e ku bi qulikê ve hatî pêşve xistin. Ji ber ku gavên wê yên pêvajoyê û alavên pêwîst bi nisbî sade ne, ew ji bo hilberîna girseyî ya TSV bi lêçûnek kêm maqûl e. Lêbelê, mekanîzmaya lêdana kîmyewî ya wê diyar dike ku qulika ku ji hêla vê rêbazê ve hatî çêkirin dê ji hêla rêgeziya krîstal a vafera silicon ve were bandor kirin, ku qulika binavkirî ne-vertîkal dike lê diyardeyek zelal a jorîn û binê teng nîşan dide. Vê kêmasiyê di hilberîna TSV de serîlêdana eftkirina şil sînordar dike.
(3) Etching elektrokîmyayî bi alîkariya wêneyê (PAECE)
Prensîba bingehîn a wênekêşana elektrokîmyayî ya bi alîkariya wêneyê (PAECE) ev e ku meriv ronahiya ultraviyole bikar bîne da ku hilberîna cotên elektron-holê zûtir bike, bi vî rengî pêvajoya eşkera elektrokîmyayî bilez bike. Li gorî pêvajoya DRIE ya ku bi berfirehî tê bikar anîn, pêvajoya PAECE ji bo xêzkirina rêjeyek pir-mezin a strukturên qulikê yên ji 100:1 mezintir guncantir e, lê kêmasiya wê ev e ku kontrolkirina kûrahiya etching ji DRIE qelstir e, û dibe ku teknolojiya wê lêkolîn û başkirina pêvajoyê bêtir hewce dike.
(4) Sondajê Laser
Ji sê rêbazên jorîn cuda ye. Rêbaza sondakirina lazer rêbazek tenê fîzîkî ye. Ew bi piranî tîraja lazerê ya bi enerjiya bilind bikar tîne da ku materyalê substratê li devera diyarkirî bişewitîne û bişewitîne da ku bi fizîkî avakirina qulikê ya TSV-ê fêm bike.
Kulika ku ji hêla lêdana lazerê ve hatî çêkirin xwedan rêjeyek awirek bilind e û dîwarê alî bi bingehîn verast e. Lêbelê, ji ber ku sondaja lazerê bi rastî germkirina herêmî bikar tîne da ku qulikê çêbike, dîwarê qulikê TSV dê ji zirara germî bandorek neyînî bike û pêbaweriyê kêm bike.
2. Pêvajoya depokirina qatê Liner
Teknolojiya bingehîn a din a ji bo çêkirina TSV pêvajoya hilweşandina qata xetê ye.
Pêvajoya depokirina qata xêzkirinê piştî ku qulika navborî tê kişandin tê kirin. Tebeqeya xêzkirî bi gelemperî oksîdek wekî SiO2 ye. Tebeqeya xetê di navbera rêgirê hundurê TSV û substratê de ye, û bi giranî rola veqetandina lehiya niha DC dilîze. Di pêvajoya paşîn de ji bo dagirtina oksîtê ji bilî vekirina oksîtê, qatên asteng û tovê jî hewce ne.
Pêveka xêzikê ya çêkirî divê du daxwazên bingehîn ên jêrîn bicîh bîne:
(1) voltaja têkçûna tebeqeya îzolekirinê divê hewcedariyên xebata rastîn a TSV bicîh bîne;
(2) qatên razandî pir hevgirtî ne û bi hevûdu re xwedan adhejenek baş in.
Nîgara jêrîn wêneyek qata xetê ya ku ji hêla depokirina buhara kîmyewî ya pêşkeftî ya plazmayê (PECVD) ve hatî razandin nîşan dide.
Pêvajoya depokirinê pêdivî ye ku li gorî pêvajoyên cûda yên hilberîna TSV were sererast kirin. Ji bo pêvajoyek ber bi qulikê ve, pêvajoyek hilweşandina germahiya bilind dikare were bikar anîn da ku qalîteya qata oksîdê baştir bike.
Depokirina germahiya bilind a tîpîk dikare li ser bingeha tetraethyl orthosilicate (TEOS) bi pêvajoya oksîdasyona termal re were hev kirin da ku qatek insulasyona SiO2-a-kalîteya bilind a pir domdar ava bike. Ji bo pêvajoya qulika navîn û paşverû, ji ber ku pêvajoya BEOL di dema hilweşandinê de qediyaye, rêbazek germahiya nizm hewce ye ku lihevhatina bi materyalên BEOL re were misoger kirin.
Di bin vê rewşê de, germahiya hilweşandinê divê bi 450 ° re sînordar be, tevî karanîna PECVD-ê ji bo vekirina SiO2 an SiNx wekî qatek îzolekirinê.
Rêbazek din a hevpar ev e ku meriv depokirina tebeqeya atomê (ALD) bikar bîne da ku Al2O3 razîne da ku tebeqeyek îzolasyonê ya hişktir bistîne.
3. Pêvajoya dagirtina metal
Pêvajoya dagirtina TSV tavilê piştî pêvajoya hilweşandina xetê, ku teknolojiyek din a sereke ye ku qalîteya TSV destnîşan dike, tê meşandin.
Materyalên ku dikarin bên dagirtin di nav xwe de li gorî pêvajoya ku tê bikar anîn polîsîkona dopînkirî, tungsten, nanotubeyên karbonê, hwd. hene, lê ya herî sereke hîn jî sifirê elektroplated e, ji ber ku pêvajoya wê gihîştî ye û guheztina wê ya elektrîkî û germî bi nisbetî bilind e.
Li gorî cûdahiya belavkirinê ya rêjeya wê ya elektrîkê di qulikê de, ew dikare bi piranî li rêbazên elektroplating subconformal, conformal, superconformal û jêr-jor ve were dabeş kirin, wekî ku di wêneyê de tê xuyang kirin.
Electroplating subconformal bi piranî di qonaxa destpêkê ya lêkolîna TSV de hate bikar anîn. Wekî ku di jimar (a) de tê xuyang kirin, îyonên Cu yên ku ji hêla elektrolîzê ve têne peyda kirin li jor têne berhev kirin, dema ku jêrîn bi têra xwe têrê nakin, ev yek dibe sedem ku rêjeya elektrîkê ya li jorê qulikê ji ya li jêr jorîn bilindtir be. Ji ber vê yekê, berî ku bi tevahî were dagirtin, serê qulikê dê pêşî were girtin û dê di hundurê de valahiyek mezin çêbibe.
Diyagrama şematîkî û wêneya rêbaza elektroplkirina konformal di xêza (b) de têne xuyang kirin. Bi dabînkirina lêzêdekirina yekgirtî ya îyonên Cu, rêjeya elektrîkê li her cîhek di qulikê de di bingeh de yek e, ji ber vê yekê tenê dirûskek dê di hundurê de bimîne, û qebareya valahiyê ji ya rêbaza elektroplkirina subkonformal pir piçûktir e, lewra bi berfirehî tê bikaranîn.
Ji bo ku bêtir bigihîje bandorek dagirtina valahiyê, rêbaza elektrîkê ya superconformal hate pêşniyar kirin ku rêbaza elektroplkirina konformal xweşbîn bike. Wekî ku di Figure (c) de tê xuyang kirin, bi kontrolkirina dabînkirina îyonên Cu, rêjeya dagirtina li jêr hinekî ji ya li pozîsyonên din bilindtir e, bi vî rengî pileya gavê ya rêjeya dagirtinê ji binî ber bi jor ve xweştir dike da ku çîçeka çepê bi tevahî ji holê rake. bi rêbaza elektroplkirina konformal, da ku bi tevahî tijîkirina sifirê metalê bê valahî bi dest bixin.
Rêbaza elektrîkê ya jêrîn-jor dikare wekî rewşek taybetî ya rêbaza super-konformal were hesibandin. Di vê rewşê de, rêjeya elektrîkê ji bilî jêrîn heya sifirê tê çewisandin, û tenê elektroplating hêdî hêdî ji binî ber bi jor ve tê meşandin. Digel feydeya bê valahiyê ya rêbaza elektrîkê ya konformal, ev rêbaz di heman demê de dikare bi bandor wexta elektrîkê ya giştî jî kêm bike, ji ber vê yekê ew di salên dawî de bi berfirehî hate lêkolîn kirin.
4. Teknolojiya pêvajoya RDL
Pêvajoya RDL di pêvajoya pakkirina sê-alî de teknolojiyek bingehîn a domdar e. Di nav vê pêvajoyê de, pêwendiya metal dikare li her du aliyên substratê were çêkirin da ku bigihîje armanca ji nû ve dabeşkirina portê an pêwendiya di navbera pakêtan de. Ji ber vê yekê, pêvajoya RDL bi berfirehî di pergalên pakkirinê yên fan-in-fan-out an 2.5D/3D de tê bikar anîn.
Di pêvajoya avakirina cîhazên sê-alî de, pêvajoya RDL bi gelemperî ji bo girêdana TSV-ê tête bikar anîn da ku cûrbecûr strukturên cîhaza sê-dimensî pêk bîne.
Niha du pêvajoyên sereke yên RDL hene. Ya yekem li ser polîmerên hestiyar ên wênekêşî ye û bi pêvajoyên elektroplating û etching yên sifir re tê hev kirin; ya din bi karanîna pêvajoya Cu Şam bi hev re bi PECVD û pêvajoya paqijkirina mekanîkî ya kîmyewî (CMP) ve tête bicîh kirin.
Ya jêrîn dê rêçên pêvajoya sereke yên van her du RDL-ê bi rêzdarî destnîşan bike.
Pêvajoya RDL ya ku li ser bingeha polîmera hestiyar a wênekêşî di jimareya jor de tê destnîşan kirin.
Pêşîn, qatek ji pileyê PI an BCB bi zivirandinê li ser rûyê waferê tê pêçandin, û piştî germkirin û saxbûnê, pêvajoyek fotolîtografî tê bikar anîn da ku li cîhê xwestinê kun vekin, û dûv re jî xêzkirin tê kirin. Dûv re, piştî rakirina wênekêşê, Ti û Cu bi rêzê ve wekî qatek bergir û qatek tovê bi pêvajoyek hilanîna vaporê ya laşî (PVD) li ser waferê têne rijandin. Dûv re, qata yekem a RDL li ser tebeqeya vekirî ya Ti/Cu bi berhevkirina pêvajoyên fotolîtografî û elektroplating Cu tê çêkirin, û dûv re fotoresist tê rakirin û Ti û Cu ya zêde tê kişandin. Pêngavên li jor dubare bikin da ku avahiyek RDL-a pir-qatî ava bikin. Ev rêbaz niha di pîşesaziyê de bêhtir tê bikaranîn.
Rêbazek din a çêkirina RDL bi giranî li ser pêvajoya Cu Şamê ye, ku pêvajoyên PECVD û CMP bi hev re dike.
Cûdahiya vê rêbazê û pêvajoya RDL ya ku li ser bingeha polîmera fotohesas e ev e ku di gava yekem a çêkirina her qatek de, PECVD tê bikar anîn da ku SiO2 an Si3N4 wekî qatek îzolasyon were razandin, û dûv re ji hêla fotolîtografî ve pencereyek li ser qata îzolasyonê tê çêkirin û etching ion reaktîf, û Ti/Cu asteng/tebeqeya tovê û sifirê gîhayê bi rêzê ve tê rijandin, û dûv re jî tebeqeya gihandinê. ji hêla pêvajoya CMP ve bi qalindahiya pêwîst tê zirav kirin, ango qatek RDL an qatek bi qulikê çêdibe.
Nîgara jêrîn şematîk û wêneyek xaça beşa RDL-ya pir-qatî ye ku li ser bingeha pêvajoya Cu Şamê hatî çêkirin. Dikare were dîtin ku TSV pêşî bi qata bi qulikê V01 ve tê girêdan, û dûv re ji binî ber bi jor ve bi rêza RDL1, qata bi qulikê V12, û RDL2 ve tê girêdan.
Her tebeqeya RDL an qatek bi qulikê li gorî rêbaza jorîn li pey hev têne çêkirin.Ji ber ku pêvajoya RDL karanîna pêvajoya CMP-ê hewce dike, lêçûna hilberîna wê ji ya pêvajoya RDL-ê ya ku li ser bingeha polîmera hestiyar e, bilindtir e, ji ber vê yekê serîlêdana wê nisbeten kêm e.
5. Teknolojiya pêvajoya IPD
Ji bo çêkirina amûrên sê-alî, ji bilî yekbûna rasterast a li ser-çîpê li ser MMIC, pêvajoya IPD rêyek teknîkî ya maqûltir peyda dike.
Amûrên pasîf ên yekbûyî, ku wekî pêvajoya IPD-ê jî tê zanîn, her berhevoka cîhazên pasîf di nav de înduktorên li ser-çîpê, kapasitor, berxwedêr, veguhezerên balun, hwd. li ser substratek cûda vedihewîne da ku pirtûkxaneyek cîhaza pasîf di forma panelek veguheztinê de pêk bîne. li gorî daxwazên sêwiranê bi nermî were gazî kirin.
Ji ber ku di pêvajoya IPD-ê de, amûrên pasîf têne çêkirin û rasterast li ser panela veguheztinê têne yek kirin, herikîna pêvajoya wê ji entegrasyona li ser-çîpê ya IC-an hêsantir û bihatir e, û dikare di pêş de wekî pirtûkxaneya cîhaza pasîf bi girseyî were hilberandin.
Ji bo hilberîna cîhaza pasîf a sê-alî ya TSV, IPD dikare bi bandor barkirina lêçûn a pêvajoyên pakkirinê yên sê-alî, tevî TSV û RDL, berteref bike.
Ji bilî avantajên lêçûnê, avantajek din a IPD nermbûna wê ya bilind e. Yek ji nermbûna IPD-ê di rêbazên entegrasyonê yên cihêreng de, wekî ku di jimareya jêrîn de tê xuyang kirin, tê xuyang kirin. Ji bilî du awayên bingehîn ên rasterast entegrekirina IPD-ê di nav substrata pakêtê de bi pêvajoya flip-çîpê ya ku di Figure (a) de tê xuyang kirin an pêvajoya girêdanê ya ku di Figure (b) de tê xuyang kirin, dikare qatek din a IPD-ê li ser yek qatek were yek kirin. ya IPD ya ku di jimarên (c)-(e) de tê xuyang kirin da ku bigihîje navberek berfireh a berhevokên cîhaza pasîf.
Di heman demê de, wekî ku di Figure (f) de tê xuyang kirin, IPD dikare bêtir wekî panelek adapter were bikar anîn da ku rasterast çîpê yekbûyî li ser wê veşêre da ku rasterast pergalek pakkirinê ya bi tîrêjê bilind ava bike.
Dema ku IPD-ê ji bo avakirina amûrên pasîf ên sê-alî bikar bînin, pêvajoya TSV û pêvajoya RDL jî dikare were bikar anîn. Herikîna pêvajoyê bi bingehîn heman rêbaza pêvajoyek yekbûna li ser-çîpê ya jorîn e, û dê neyê dubare kirin; Cûdahî ev e ku ji ber ku armanca entegrasyonê ji çîpê heya panela adapterê tê guheztin, ne hewce ye ku meriv bandora pêvajoya pakkirinê ya sê-alî li qada çalak û qata pêwendiyê bihesibîne. Ev bêtir dibe sedema nermbûnek din a sereke ya IPD: cûrbecûr materyalên substratê dikarin li gorî hewcedariyên sêwiranê yên amûrên pasîf bi nermî werin hilbijartin.
Materyalên substratê yên ku ji bo IPD-ê têne peyda kirin ne tenê materyalên substratê yên nîvconduktorê yên hevpar ên wekî Si û GaN in, lê di heman demê de seramîkên Al2O3, seramîkên hev-germahiya nizm/germahiya bilind, substratên cam, hwd. cîhazên ku ji hêla IPD-ê ve têne yek kirin.
Mînakî, strûktûra înduktora pasîf a sê-alî ya ku ji hêla IPD-ê ve hatî yek kirin dikare substratek camê bikar bîne da ku bi bandor performansa induktorê baştir bike. Berevajî têgîna TSV, qulên ku li ser binê camê hatine çêkirin jî bi navgîniya cam (TGV) tê gotin. Wêneyê înduktora sê-alî ya ku li ser bingeha pêvajoyên IPD û TGV hatî çêkirin di wêneya jêrîn de tê xuyang kirin. Ji ber ku berxwedêriya jêrzemîna camê ji ya materyalên nîvconduktorê yên kevneşopî yên wekî Si-yê pir bilindtir e, înduktora sê-dîmenî ya TGV xwedan taybetmendiyên îzolasyonê çêtir e, û windabûna têketinê ya ku ji ber bandora parazît a substratê di frekansên bilind de çêdibe ji ya induktora sê-alî ya TSV ya kevneşopî.
Ji hêla din ve, kapasîteyên metal-insulator-metal (MIM) di heman demê de dikarin li ser binê şûşeya IPD-ê bi pêvajoyek depokirina fîlima zirav ve werin çêkirin, û bi induktora sê-alî ya TGV ve werin girêdan da ku avahiyek parzûna pasîf a sê-alî pêk bînin. Ji ber vê yekê, pêvajoya IPD ji bo pêşkeftina amûrên pasîf ên sê-alî yên nû potansiyela serîlêdanê ya berfireh heye.
Dema şandinê: Nov-12-2024