Pökkunartækni er eitt mikilvægasta ferlið í hálfleiðaraiðnaðinum. Samkvæmt lögun pakkans er hægt að skipta honum í innstungupakka, yfirborðsfestingarpakka, BGA pakka, flísastærðarpakka (CSP), staka flísareiningapakka (SCM, bilið milli raflagna á prentplötunni (PCB) og samþætta hringrás (IC) borðpúði, multi-chip mát pakki (MCM, sem getur samþætt ólíka flís), wafer level pakki (WLP, þ.mt fan-out wafer level pakki (FOWLP), ör yfirborðsfestingarhlutar (microSMD), osfrv.), Þrívíddarpakki (micro bump interconnect pakki, TSV samtengingarpakki osfrv.), kerfispakki (SIP), flískerfi (SOC).
Form 3D umbúða er aðallega skipt í þrjá flokka: grafin gerð (grafið tækið í fjöllaga raflögn eða grafið í undirlagið), virk undirlagsgerð (samþætting kísilskúffu: sameinaðu fyrst íhlutina og oblátu undirlagið til að mynda virkt undirlag raða síðan marglaga samtengingarlínum og setja saman aðra flís eða íhluti á efsta lagið) og staflaða gerð (kísilskúffur staflað með; kísilskífur, flís staflað með kísilskífum og flís staflað með flögum).
3D samtengingaraðferðir fela í sér vírtengingu (WB), flip chip (FC), í gegnum sílikon í gegnum (TSV), filmuleiðara osfrv.
TSV gerir sér grein fyrir lóðréttri samtengingu milli flísa. Þar sem lóðrétta samtengingarlínan hefur stystu fjarlægð og meiri styrk, er auðveldara að átta sig á smæðingu, háum þéttleika, miklum afköstum og fjölnota ólíkri uppbyggingu umbúða. Á sama tíma getur það einnig tengt flís af mismunandi efnum;
eins og er, það eru tvær tegundir af örraeindaframleiðslutækni sem notar TSV ferli: þrívíddar hringrásarumbúðir (3D IC samþætting) og þrívíddar sílikonumbúðir (3D Si samþætting).
Munurinn á formunum tveimur er sá að:
(1) 3D hringrásarumbúðir krefjast þess að flís rafskautin séu útbúin í höggum og höggin eru samtengd (tengd með tengingu, samruna, suðu osfrv.), en 3D kísilpökkun er bein samtenging milli flísa (tengi milli oxíða og Cu) -Cu tenging).
(2) Hægt er að ná fram 3D hringrásarsamþættingartækni með því að tengja milli obláta (3D hringrásarumbúðir, 3D sílikonumbúðir), en flís-til-flís tenging og flís-til-skífu tenging er aðeins hægt að ná með 3D hringrásarumbúðum.
(3) Það eru eyður á milli flísanna sem eru samþættar með 3D hringrásarumbúðaferlinu og fylla þarf rafræn efni til að stilla varmaleiðni og hitastækkunarstuðul kerfisins til að tryggja stöðugleika vélrænna og rafrænna eiginleika kerfisins; það eru engin bil á milli flísanna sem eru samþættar með 3D kísilpökkunarferlinu og orkunotkun, rúmmál og þyngd flísarinnar eru lítil og rafmagnsframmistaðan er frábær.
TSV ferlið getur smíðað lóðrétta merkisleið í gegnum undirlagið og tengt RDL efst og neðst á undirlaginu til að mynda þrívíddar leiðaraleið. Þess vegna er TSV ferlið einn af mikilvægum hornsteinum fyrir byggingu þrívíddar óvirkrar tækjabyggingar.
Samkvæmt röðinni á milli framenda línunnar (FEOL) og bakenda línunnar (BEOL), er hægt að skipta TSV ferlinu í þrjú almenn framleiðsluferli, nefnilega í gegnum fyrstu (ViaFirst), um miðju (Via Middle) og í gegnum síðasta (Via Last) ferli, eins og sýnt er á myndinni.
1. Með ætingarferli
Via ætingarferlið er lykillinn að framleiðslu TSV uppbyggingu. Að velja viðeigandi ætingarferli getur á áhrifaríkan hátt bætt vélrænan styrk og rafeiginleika TSV og frekar tengt heildaráreiðanleika TSV þrívíddartækja.
Sem stendur eru fjórir almennir TSV með ætingarferlum: Deep Reactive Ion Etching (DRIE), blautæting, ljósmyndaðstoð rafefnafræðileg æting (PAECE) og leysiborun.
(1) Deep Reactive Ion Etching (DRIE)
Djúphvarfsjónaæting, einnig þekkt sem DRIE ferli, er algengasta TSV ætunarferlið, sem er aðallega notað til að átta sig á TSV í gegnum mannvirki með hátt hlutfall. Hefðbundin plasma ætsunarferli geta almennt aðeins náð nokkrum míkron ætingardýpt, með lágum ætingarhraða og skorti á ætingargrímu. Bosch hefur gert samsvarandi endurbætur á ferlinum á þessum grundvelli. Með því að nota SF6 sem hvarfgjarnt gas og losa C4F8 gas meðan á ætingarferlinu stendur sem aðgerðavörn fyrir hliðarveggina, er endurbætt DRIE ferlið hentugur til að æta hátt myndhlutfall gegnums. Þess vegna er það einnig kallað Bosch ferlið eftir uppfinningamann þess.
Myndin hér að neðan er mynd af háu stærðarhlutfalli sem myndast með því að æta DRIE ferlið.
Þrátt fyrir að DRIE ferlið sé mikið notað í TSV ferlinu vegna góðs stjórnunar, er ókostur þess sá að hliðarsléttan er léleg og hörpuskeljalaga hrukkugallar myndast. Þessi galli er mikilvægari þegar ætið er hátt myndhlutfall gegnums.
(2) Blautæting
Blautæting notar blöndu af grímu og efnaætingu til að etsa í gegnum göt. Algengasta ætarlausnin er KOH, sem getur ætið þær stöður á sílikonundirlaginu sem eru ekki verndaðar af grímunni og myndað þannig uppbyggingu sem óskað er eftir í gegnum gatið. Blautæting er elsta ætingarferlið í gegnum holu sem þróað hefur verið. Þar sem vinnsluþrep þess og nauðsynlegur búnaður eru tiltölulega einföld, er það hentugur fyrir fjöldaframleiðslu á TSV með litlum tilkostnaði. Hins vegar ákvarðar efnafræðilega ætingarbúnaður þess að gegnumgatið sem myndast með þessari aðferð verður fyrir áhrifum af kristalstefnu kísilskífunnar, sem gerir etsað gegnumgatið ekki lóðrétt en sýnir skýrt fyrirbæri breitt topp og mjór botn. Þessi galli takmarkar beitingu blautætingar í TSV framleiðslu.
(3) Rafefnafræðileg æting með myndaðstoð (PAECE)
Grundvallarreglan um rafefnafræðilega ætingu með ljósmyndum (PAECE) er að nota útfjólublátt ljós til að flýta fyrir myndun rafeindaholapöra og flýta þannig fyrir rafefnafræðilegu ætarferlinu. Í samanburði við mikið notaða DRIE-ferlið er PAECE-ferlið hentugra til að æta af ofurstórum stærðarhlutföllum í gegnum holur sem eru stærri en 100:1, en ókostur þess er sá að stýranleiki ætingardýptar er veikari en DRIE, og tækni þess getur krefjast frekari rannsókna og endurbóta á ferli.
(4) Laser borun
Er frábrugðin ofangreindum þremur aðferðum. Laserborunaraðferðin er eingöngu líkamleg aðferð. Það notar aðallega háorku leysigeislun til að bræða og gufa upp undirlagsefnið á tilgreindu svæði til að átta sig líkamlega á byggingu TSV í gegnum holu.
Gatið sem myndast við leysiborun hefur hátt hlutfall og hliðarveggurinn er í grundvallaratriðum lóðréttur. Hins vegar, þar sem leysiborun notar í raun staðbundna upphitun til að mynda gegnum gatið, mun holuveggurinn á TSV verða fyrir neikvæðum áhrifum af hitaskemmdum og draga úr áreiðanleika.
2. Útfellingarferli liner lags
Önnur lykiltækni til að framleiða TSV er útfellingarferlið í fóðurlagi.
Útfellingarferlið á fóðurlagi er framkvæmt eftir að gegnumgatið er ætið. Útfellda fóðurlagið er yfirleitt oxíð eins og SiO2. Fóðrunarlagið er staðsett á milli innri leiðara TSV og undirlagsins og gegnir aðallega því hlutverki að einangra DC straumleka. Auk þess að setja út oxíð, þarf einnig hindrunar- og frælag fyrir leiðarafyllingu í næsta ferli.
Framleidda fóðurlagið verður að uppfylla eftirfarandi tvær grunnkröfur:
(1) sundurliðunarspenna einangrunarlagsins ætti að uppfylla raunverulegar vinnukröfur TSV;
(2) útfelldu lögin eru mjög samkvæm og hafa góða viðloðun hvert við annað.
Eftirfarandi mynd sýnir mynd af fóðrunarlaginu sem sett er af með plasmaaukinni efnagufuútfellingu (PECVD).
Laga þarf útfellingarferlið í samræmi við mismunandi TSV framleiðsluferli. Fyrir gegnumholuferlið að framan er hægt að nota háhitaútfellingarferli til að bæta gæði oxíðlagsins.
Dæmigert háhitaútfelling er hægt að byggja á tetraetýl orthosilicate (TEOS) ásamt varmaoxunarferli til að mynda mjög stöðugt hágæða SiO2 einangrunarlag. Þar sem BEOL ferlinu hefur verið lokið á meðan á útfellingu stendur, þarf lághitaaðferð til að tryggja samhæfni við BEOL efni fyrir miðju gegnum gatið og aftur í gegnum gatið.
Við þetta ástand ætti útfellingarhitastigið að vera takmarkað við 450°, þar með talið notkun PECVD til að setja SiO2 eða SiNx sem einangrunarlag.
Önnur algeng aðferð er að nota atómlagsútfellingu (ALD) til að setja út Al2O3 til að fá þéttara einangrunarlag.
3. Málmfyllingarferli
TSV fyllingarferlið er framkvæmt strax eftir útfellingarferlið, sem er önnur lykiltækni sem ákvarðar gæði TSV.
Efnin sem hægt er að fylla á eru dópaður pólýkísil, wolfram, kolefnis nanórör o.s.frv., allt eftir því ferli sem notað er, en algengast er samt rafhúðaður kopar, því ferlið er þroskað og raf- og hitaleiðni hans er tiltölulega mikil.
Samkvæmt dreifingarmun á rafhúðunahraða þess í gegnum gatið, má aðallega skipta því í ósamræmdar, samræmdar, ofursamræmdar og neðan-upp rafhúðununaraðferðir, eins og sýnt er á myndinni.
Undirsamkvæm rafhúðun var aðallega notuð á fyrstu stigum TSV rannsókna. Eins og sést á mynd (a), eru Cu-jónirnar sem rafgreiningin gefur til að einbeita sér efst, en botninn er ófullnægjandi, sem veldur því að rafhúðunin efst í gegnum gatið er hærri en undir toppnum. Því verður efst á gegnumholinu lokað fyrirfram áður en það er alveg fyllt og stórt tómarúm myndast inni.
Skýringarmyndin og myndin af samræmdu rafhúðununaraðferðinni eru sýnd á mynd (b). Með því að tryggja samræmda viðbót af Cu jónum er rafhúðun í hverri stöðu í gegnum gatið í grundvallaratriðum sá sami, þannig að aðeins saumur verður eftir inni og tómarúmmálið er mun minna en í ósamræmdu rafhúðununaraðferðinni, svo það er mikið notað.
Til þess að ná enn frekar fram tómarúmlausum fyllingaráhrifum var lögð til súrsamræmdu rafhúðun aðferðin til að hámarka samræmdu rafhúðununaraðferðina. Eins og sýnt er á mynd (c), með því að stjórna framboði á Cu jónum, er fyllingarhraðinn neðst aðeins hærri en á öðrum stöðum, og hámarkar þar með þrepahalla fyllingarhraðans frá botni til topps til að útrýma saumnum sem eftir er. með samræmdu rafhúðununaraðferðinni, til að ná algjörlega tómalausri málm koparfyllingu.
Líta má á botn-upp rafhúðununaraðferðina sem sérstakt tilfelli af ofursamræmdu aðferðinni. Í þessu tilviki er rafhúðunin nema botninn bæld niður í núll og aðeins rafhúðunin fer smám saman fram frá botni til topps. Til viðbótar við ógilda rafhúðununaraðferðina getur þessi aðferð einnig í raun dregið úr heildar rafhúðununartímanum, svo það hefur verið mikið rannsakað á undanförnum árum.
4. RDL ferli tækni
RDL ferlið er ómissandi grunntækni í þrívíddar umbúðaferlinu. Með þessu ferli er hægt að framleiða málmtengingar á báðum hliðum undirlagsins til að ná þeim tilgangi að endurdreifa höfn eða samtengingu milli pakka. Þess vegna er RDL ferlið mikið notað í fan-in-fan-out eða 2.5D/3D pökkunarkerfi.
Í því ferli að byggja þrívíð tæki er RDL ferlið venjulega notað til að samtengja TSV til að átta sig á margs konar þrívíddarbúnaði.
Það eru sem stendur tveir almennir RDL ferli. Sú fyrsta er byggð á ljósnæmum fjölliðum og ásamt kopar rafhúðun og ætingarferlum; hitt er útfært með því að nota Cu Damascus ferli ásamt PECVD og efnafræðilegri fægja (CMP) ferli.
Eftirfarandi mun kynna almennar ferlaleiðir þessara tveggja RDLs í sömu röð.
RDL ferlið byggt á ljósnæmri fjölliðu er sýnt á myndinni hér að ofan.
Í fyrsta lagi er lag af PI eða BCB lími húðað á yfirborði skúffunnar með snúningi og eftir upphitun og herðingu er ljóslitafræðiferli notað til að opna göt í viðkomandi stöðu og síðan er æting framkvæmt. Næst, eftir að ljósþolið hefur verið fjarlægt, er Ti og Cu sputtered á oblátuna í gegnum líkamlegt gufuútfellingarferli (PVD) sem hindrunarlag og frælag, í sömu röð. Næst er fyrsta lagið af RDL framleitt á útsettu Ti/Cu lagið með því að sameina ljóslithography og rafhúðun Cu ferla, og þá er photoresistið fjarlægt og umfram Ti og Cu er etsað í burtu. Endurtaktu ofangreind skref til að mynda fjöllaga RDL uppbyggingu. Þessi aðferð er nú meira notuð í greininni.
Önnur aðferð til að framleiða RDL er aðallega byggð á Cu Damascus ferlinu, sem sameinar PECVD og CMP ferli.
Munurinn á þessari aðferð og RDL ferlinu sem byggir á ljósnæmri fjölliðu er sá að í fyrsta skrefi framleiðslu hvers lags er PECVD notað til að setja SiO2 eða Si3N4 út sem einangrunarlag og síðan myndast gluggi á einangrunarlagið með ljóslithography og hvarfgjörn æting, og Ti/Cu hindrun/frælag og leiðara kopar eru sputtered í sömu röð, og síðan er leiðaralagið þynnt að nauðsynleg þykkt með CMP ferli, það er, lag af RDL eða gegnum holu lag myndast.
Eftirfarandi mynd er skýringarmynd og mynd af þversniði fjöllaga RDL sem byggt er á Cu Damaskus ferlinu. Það má sjá að TSV er fyrst tengt við gegnum holulagið V01 og síðan staflað frá botni og upp í röð RDL1, gegnumgatslag V12 og RDL2.
Hvert lag af RDL eða gegnumholulagi er framleitt í röð samkvæmt ofangreindri aðferð.Þar sem RDL ferlið krefst notkunar á CMP ferli, er framleiðslukostnaður þess hærri en RDL ferlið byggt á ljósnæmri fjölliðu, þannig að notkun þess er tiltölulega lág.
5. IPD ferli tækni
Til framleiðslu á þrívíddartækjum, auk beina samþættingar á flís á MMIC, veitir IPD ferlið aðra sveigjanlegri tæknilega leið.
Innbyggð óvirk tæki, einnig þekkt sem IPD ferli, samþætta hvaða samsetningu óvirkra tækja sem er, þ.mt spólur á flís, þétta, viðnám, balun breytir, osfrv. á aðskildu undirlagi til að mynda óvirkt tækjasafn í formi flutningspjalds sem getur vera sveigjanlega kölluð í samræmi við hönnunarkröfur.
Þar sem í IPD ferlinu eru óvirk tæki framleidd og beint samþætt á flutningsborðið, er ferli flæði þess einfaldara og ódýrara en samþættingu ICs á flís og hægt er að fjöldaframleiða fyrirfram sem óvirkt tækjasafn.
Fyrir TSV þrívíddar óbeinar tækjaframleiðslu getur IPD í raun vegið upp kostnaðarbyrði þrívíddar umbúðaferla þar á meðal TSV og RDL.
Auk kostnaðarkosta er annar kostur IPD mikill sveigjanleiki. Einn af sveigjanleika IPD endurspeglast í fjölbreyttum samþættingaraðferðum, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Til viðbótar við tvær grunnaðferðirnar til að samþætta IPD beint í undirlag pakkans í gegnum flip-chip ferlið eins og sýnt er á mynd (a) eða tengingarferlið eins og sýnt er á mynd (b), er hægt að samþætta annað lag af IPD á eitt lag af IPD eins og sýnt er á myndum (c)-(e) til að ná fram fjölbreyttara úrvali óvirkra tækjasamsetninga.
Á sama tíma, eins og sýnt er á mynd (f), er hægt að nota IPD frekar sem millistykki til að grafa innbyggða flísinn beint á það til að byggja beint upp háþéttleika umbúðakerfi.
Þegar IPD er notað til að smíða þrívíð óvirk tæki er einnig hægt að nota TSV ferli og RDL ferli. Ferlisflæðið er í grundvallaratriðum það sama og ofangreind samþættingaraðferð á flís og verður ekki endurtekin; munurinn er sá að þar sem hlut samþættingar er breytt úr flís í millistykki, er engin þörf á að huga að áhrifum þrívíddar umbúðaferlisins á virka svæðið og samtengingarlagið. Þetta leiðir enn frekar til annars lykilsveigjanleika IPD: margs konar undirlagsefni er hægt að velja á sveigjanlegan hátt í samræmi við hönnunarkröfur óvirkra tækja.
Undirlagsefnin sem eru fáanleg fyrir IPD eru ekki aðeins algeng hálfleiðara undirlagsefni eins og Si og GaN, heldur einnig Al2O3 keramik, lághita/háhita sambrennt keramik, gler hvarfefni osfrv. Þessi eiginleiki stækkar hönnunarsveigjanleika óvirkrar tæki samþætt með IPD.
Til dæmis getur þrívídd aðgerðalaus spóla uppbyggingin samþætt með IPD notað glerundirlag til að bæta árangur spólunnar á áhrifaríkan hátt. Öfugt við hugtakið TSV, eru gegnumgötin sem gerðar eru á undirlaginu úr gleri einnig kallaðar gegnum gler vias (TGV). Myndin af þrívíddar inductor sem framleiddur er á grundvelli IPD og TGV ferla er sýnd á myndinni hér að neðan. Þar sem viðnám glerundirlagsins er mun hærra en hefðbundinna hálfleiðaraefna eins og Si, hefur TGV þrívíddarspólinn betri einangrunareiginleika og innsetningartapið af völdum sníkjuverkanna undirlagsins við háa tíðni er mun minna en það sem hefðbundinn TSV þrívíddar inductor.
Á hinn bóginn er einnig hægt að framleiða málm-einangrunar-málm (MIM) þétta á glerundirlagi IPD með þunnt filmu útfellingarferli og samtengda við TGV þrívíddar inductor til að mynda þrívíddar óvirka síubyggingu. Þess vegna hefur IPD ferlið víðtæka notkunarmöguleika fyrir þróun nýrra þrívíddar óvirkra tækja.
Pósttími: 12-nóv-2024