3D堆叠技术及TSV技术

介绍了3D堆叠技术及其发展现状,探讨了W2W(Wafer to wafer)及D2W(Die to wafer)等3D堆叠方案的优缺点,并重点讨论了垂直互连的穿透硅通孔TSV(Through silicon via)互连工艺的关键技术,探讨了先通孔、中通孔及后通孔的工艺流程及特点,介绍了TSV的市场前景和发展路线图。3D堆叠技术及TSV技术已经成为微电子领域研究的热点,是微电子技术及MEMS技术未来发展的必然趋势,也是实现混合集成微系统的关键技术之一。     

硅通孔技术的发展与挑战

3D堆叠技术近年来发展迅速,采用硅通孔技术(TSV)是3D堆叠封装的主要趋势.介绍了3D堆叠集成电路、硅通孔互连技术的研究现状、TSV模型;同时阐述了TSV的关键技术与材料,比如工艺流程、通孔制作、通孔填充材料、键合技术等;最后分析了其可靠性以及面临的挑战.TSV技术已经成为微电子领域的热点,也是未来发展的必然趋势,运用它将会使电子产品获得高性能、低成本、低功耗和多功能性.     

3D堆叠封装硅通孔结构的电-热-结构耦合分析

硅通孔(TSV)技术作为三维封装的关键技术,其可靠性问题受到广泛的关注。基于ANSYS平台,通过有限元方法,对3D堆叠封装的TSV模型进行了电-热-结构耦合分析,并进一步研究了不同的通孔直径、通孔高度以及介质隔离层SiO_2厚度对TSV通孔的电流密度、温度场及热应力分布的影响。结果表明:在TSV/微凸点界面的拐角处存在较大的电流密度和等效应力,容易引起TSV结构的失效;增大通孔直径、减小通孔长度可以提高TSV结构的电-热-机械可靠性;随着SiO_2层厚度的增加,通孔的最大电流密度增大而最大等效应力减小,需要综合考虑合理选择SiO_2层厚度。     

三维叠层DRAM封装中硅通孔开路缺陷的模拟

采用硅通孔(TSV)技术的三维堆叠封装,是一种很有前途的解决方案,可提供微处理器低延迟,高带宽的DRAM通道.然而,在3D DRAM电路中,大量的TSV互连结构,很容易产生开路缺陷和耦合噪声,从而导致了新的测试挑战.通过大量的模拟研究.本文模拟了在三维DRAM电路的字线与位线中出现的TSV开路缺陷的故障行为,它作为有效...     

后摩尔时代的封装技术

介绍了在高性能的互连和高速互连芯片(如微处理器)封装方面发挥其巨大优势的TSV互连和3D堆叠的三维封装技术。采用系统级封装(SiP)嵌入无源和有源元件的技术,有助于动态实现高度的3D-SiP尺寸缩减。将多层芯片嵌入在内核基板的腔体中;采用硅的后端工艺将无源元件集成到硅衬底上,与有源元件芯片、MEMS芯片一起形成一个混合集成的器件平台。在追求具有更高性能的未来器件的过程中,业界最为关注的是采用硅通孔(TSV)技术的3D封装、堆叠式封装以及类似在3D上具有优势的技术,并且正悄悄在技术和市场上取得实实在在的进步。随着这些创新技术在更高系统集成中的应用,为系统提供更多的附加功能和特性,推动封装技术进入后摩尔时代。     

硅通孔TSV关键 降低成本和解决工艺路线

芯片工艺流程微缩和低介电值材料的限制,3D堆叠技术被视为能否以较小尺寸制造高效能芯片的关键,而硅通孔(TSV)可通过垂直导通整合晶圆堆叠的方式,达到芯片间的电路互连,有助于以更低的成本,提高系统的整合度与效能,是实现集成电路3D化的重要途径。未来,TSV的应用将取决于制造成本的进一步降低,业界对TSV发展途径的认识统一。     

三维集成电路中硅通孔缺陷建模及自测试/修复方法研究

硅通孔(Through Silicon Via, TSV)是3维集成电路(3D IC)进行垂直互连的关键技术,而绝缘层短路缺陷和凸点开路缺陷是TSV两种常见的失效形式。该文针对以上两种典型缺陷建立了TSV缺陷模型,研究了侧壁电阻及凸点电阻与TSV尺寸之间的关系,并提出了一种基于TSV缺陷电阻端电压的检测方法。同时,设计了一种可同时检测以上两种缺陷的自测试电路验证所提方法,该自测试电路还可以级联起来完成片内修复功能。通过分析面积开销可得,自测试/修复电路在3D IC中所占比例随CMOS/TSV工艺尺寸减小而减小,随TSV阵列规模增大而减小。     

新型的3D堆叠封装制备工艺及其实验测试

为了满足超大规模集成电路(VLSI)芯片高性能、多功能、小尺寸和低功耗的需求,采用了一种基于贯穿硅通孔(TSV)技术的3D堆叠式封装模型.先用深反应离子刻蚀法(DRIE)形成通孔,然后利用离子化金属电浆(IMP)溅镀法填充通孔,最后用Cu/Sn混合凸点互连芯片和基板,从而形成了3D堆叠式封装的制备工艺样本.对该样本的接触电阻进行了实验测试,结果表明,100 μm2Cu/Sn混合凸点接触电阻约为6.7 mΩ高90 μm的斜通孔电阻在20～30mΩ该模型在高达10 GHz的频率下具有良好的机械和电气性能.     

TSV立体集成用Cu/Sn键合工艺

为实现硅通孔(TSV)立体集成多层芯片可靠堆叠,对一种具备低温键合且不可逆特点的Cu/Sn等温凝固键合技术进行了研究。基于Cu/Sn系二元合金平衡相图,分析了金属层间低温扩散反应机理,设计了微凸点键合结构并开展了键合工艺实验。通过优化键合工艺参数,获取了性能稳定的金属间化合物(IMC)层,且剪切力键合强度值达到了国家标准,具备良好的热、机械特性。将其应用到多芯片逐层键合工艺实验当中,成功获取了4层堆叠样品,验证了Cu/Sn等温凝固键合技术在TSV立体集成中的应用潜力。     

28nm Virtex-7：堆叠互联FPGA

赛灵思公司推出堆叠硅片互联技术，即通过在单个封装中集成多个FPGA芯片，实现突破性的容量、带宽和功耗优势，以满足那些需要高密度晶体管和逻辑，以及需要极大的处理能力和带宽性能的市场应用。通过采用3D封装技术和硅通孔（TSV）技术，赛灵思28nm7系列FPGA目标设计平台所能满足的的资源需求。