3D IC路漫漫 TSV方兴未艾

3D IC路漫漫TSV方兴未艾作者：曹明霞，SEMI特约编辑随着半导体制造工艺的发展，CMOS图像传感器、Memory、Logic、RF及MEMS等器件 模块的发展方向将朝着3D架构积极迈进。未来的技术将更多以3D IC的方式，而不是在 一块IC上整合多个设计功能模块的形式。但可以肯定的是通往3D IC的道路将是漫长的。全球3D封装技术蓝图根据调研公司Yole观点，3D IC预计要在2015年才能够实现，在此期间将会经历5个不同的发展阶段(图1)。每一阶段的封装技术并不会取代上一阶段，而是各种技术共存，以满足不同成本及特定应用的需求。PQFRF-9I3D CO2D1DUltim-ate 30 JC3047Ehl3D FultonEhBg TSV StBEk1*Era2007 2WB 2G0BWL-C3PCIS TaVCjS圏1.全球30封装技术童圏GlotMii Rrmdiriiip figc 対 Sneirtg- Vtie- Dyekippernm目前正处于第一阶段(3D-WLP Era)，采用晶圆级封装减小封装尺寸及降低成本，引线键 合正在被诸如TSV (通孔硅技术)的3D互连所代替。第二阶段(3D TSV Stack Era)将 实现同种存储芯片的3D堆叠，NAND闪存率先实现，DRAM紧随其后。第三阶段(3D F usion Era)大约出现在2010年，将成为3D技术的关键节点，TSV技术将更多用于前段 制程，并将垂直集成不同功能单元芯片。第四阶段(3D-Logic-SiP Era)(2012年以后)， 存储芯片与逻辑芯片将能够直接堆叠，通孔更小（小于5um）互连密度更高。第五阶段（UItimate 3D IC），最终实现3D集成芯片。Nokia与Intel关于TSV规划TSV 作为新一代封装技术，是通过在芯片和芯片之间，晶圆和晶圆之间制造垂直导通，实 现芯片之间互连的最新技术，能够在三维方向使得堆叠密度最大，而外形尺寸最小，大大改 善了芯片速度和低功耗性能。手机是加速开发3D封装的重要动力，手机已从低端（通话和收发短消息）向高端（可拍照、 电视、广播、MP3、彩屏、和弦振声、蓝牙和游戏等功能集成）发展，并要求手机体积小, 重量轻且功能多。高端手机芯片需要拥有强大的内存容量。诺基亚公司技术平台高级工程经 理Kauppi Kujala称，存储器通孔硅（TSV）封装技术将很快应用到手机中，然而，采用T SV技术将不同芯片垂直互连，真正实现3D IC,估计需要10年时间（图2）。另外，Po P及SiP封装技术也是未来发展方向，多种先进封装技术将共存。Kauppi称，为最终达到 3D IC的目标，KGD （合格芯片）问题及TSV技术的标准化还有待于解决，另外需要寻找 到促进技术更快发展的业务模型。5图A诺摊亚封装技术落閱Packagi ng RoadmapPackaging RoadmapISD ijrHETi-199S7警主工POPlIIn tel技术管理部门主管Jerry Bautista表示，将会在TeraScale多核处理器中采用TSV技 术（图3）,从而解决内存带宽及内存延迟（late ncy）问题。他表示，In tel正在努力解决3D 封装所面临的难题，而处理器生成的热量高于内存，因此将它们整合在一个封装中需要复杂 的热管理技术，在Intel努力下，这一问题已得到了初步解决；另外针对KGD （优良芯片） 问题也提出了多种解决方案。In tel预计在未来5-10年内，采用TSV技术的HPCs产品及d esktop workstation将问世。IBM也在积极备战，计划在2008年商业化生产采用TSV技术 的通讯样品。图3. Intel 3D TSV技术示意图內曲临希 wilh Cu bump设备厂商积极配合TSV 互连尚待解决的关键技术难题之一是通孔的刻蚀，目前通常有两种方法：激光钻孔以 及深反应离子刻蚀（DRIE）。激光加工系统供应商Xsil公司为TSV带来了最新解决方案，Xsil称激光钻孔工艺将首先应用到低密度闪存及CMOS传感器中，随着工艺及生产能力的 提高，将会应用到DRAM中。在TSV刻蚀设备领域，Lam Research推出了第一台300mm TSV刻蚀设备2300 Syndion,并已发货至客户。而Aviza针对TSV先进封装也推出了 Omega i2L刻蚀系统，日月光（ASE）已宣布将采用此系统作为先进制程技术的研发。EVG公司自2002年起，便致力于针对3D集成开发300mm晶圆键合设备，其首款300mm 多反应腔3D键合系统将在08年第一季度出货。CEA-Leti及SET成功开发出新一代高精 度（0.5um）高键合力（4000N）的300mm晶圆器件键合设备FC300。