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IMEC的3-D堆叠芯片和系统设计

IMEC的3-D堆叠芯片和系统设计

点击数:7873 次   录入时间:03-04 11:43:15   整理:http://www.55dianzi.com   综合-其它

  比利时研究机构 IMEC (Leuven, Belgium) 表示,他们在3-D SIC(三维堆叠芯片)技术上获得重大进展,采用直径5um的铜穿透硅通孔(TSV)完成芯片与芯片(die-to-die)堆叠,并验证了该3-D芯片的功能。

  该研发中心正在进一步开发200和300mm晶圆上3-D SIC芯片,并集成一些测试电路,这些将来自其在3-D集成研究项目中活跃的合作伙伴,包括台积电(TSMC)、Amkor、EV Group、NEXX、Applied Materials、Disco、ICOS、Qualcomm、STMicroeleCTRonics、Intel、Panasonic、 Infineon、Micron、Samsung和Qimonda。

  IMEC 3-D技术科学家Eric Beyne表示,3-D技术的成本受设备成本的限制,硅刻蚀、铜籽晶填充、裸晶与晶圆(die-to-wafer)键合是限制所在,这些工艺设备的成本和生产力需要获得提升。3-D IC比较困难的工艺挑战在于获得没有微粒污染、共面度极高的表面。Beyne表示,必须要开发新的清洗方法来实现。

  IMEC 3-D 堆叠芯片需要采用5µm铜TSV的芯片与芯片(die-to-die)堆叠.

  IMEC的初步成果令人鼓舞。在其200mm平台上,顶部晶圆减薄到25um,装贴在临时的载带上,然后通过铜与铜热压缩法与平台上的裸晶片键合起来。IMEC正在缩减裸晶片到晶圆键合工艺流程,并逐步将其转移到300mm平台上。Beyne描述道,双大马士革通孔工艺与前道互连通孔工艺相类似,但是具有更大的孔径、间距和更高的深宽比。

  为了评估3-D SIC流程对堆叠层特性的影响,顶部和平台上的晶圆都含有CMOS电路。大量的测试证明,增加了铜TSV和堆叠后的电路性能并没有退化。测试在TSV和堆叠工艺后进行,电路表现出了极佳的完整性。

  “通过测试,我们证明了这些技术允许设计和制作完整功能的3-D SIC芯片。我们正准备接受来自合作伙伴的参考测试电路,”Beyne说。“这将使得业界在3-D SIC设计上对自己的设计方法获得早期的认识和经验。”

  IMEC正在与国际半导体技术线路图(ITRS)以及Jisso封装标准集团(Jisso PACkaging standards group)共同制定基于电子供应链的3-D分类标准。Beyne表示,业界对术语争论不休,并对哪一个阶段-晶圆厂/代工厂、芯片封装或板级组装-来实施3-D集成互连步骤,表现得众说纷纭。IMEC打算采用3-D系统封装(3-D SIP)来代表大部分传统的采用引线键合芯片堆叠的3-D封装(Jisso的第二和第三级),而3-D晶圆级封装(3-D WLP)指的是IC钝化后的3-D互连工艺(Jisso的第一级)。根据Jisso介绍,3-D IC或3-D SIC将代表最紧密的集成级别,定义为0级,芯片间的互连发生在器件互连线的所有部分或中间级。

  为了解决系统级3-D设计问题,IMEC正在设计一个物理和技术意识结构,来实现早期的设计关联暗示,及时对工艺技术和系统结构做出重要决定。采用 PathFinding虚拟设计流程,帮助识别技术/设计的最佳位置。在优化过程中,测试结构评估TSV阵列、电迁移和成品率,以及TSV对前道工艺和后道工艺的影响,TSV对射频测试的影响。在最初的3-D堆叠DRAM案例分析中,在系统设计级别待解决的问题包括:多少I/O数证明是最佳的,存储器结构的改变是否是必需的。在物理设计级别,问题包括怎样布图和提供穿过TSV的电流、TSV是否会导致散热问题。在模拟工艺的每一步,成本、性能和能耗都将被评估,然后在硅上获得验证。

  IMEC将于11月14号在台湾新竹举行3-D工作组会议,与供应链上的各个主要公司一起公开讨论3-D设计和制造上许多未决问题。




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