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标题: IC 3D互联架构的未来 [打印本页]

作者: soft 时间: 2010-12-20 15:56
标题: IC 3D互联架构的未来
众多此领域的3D IC专家共聚最近在硅谷中心圣克拉拉举办的一场IEEE电子器件协会讨论会，3D互连：塑造未来技术，解决3D IC架构的问题和需求。

赛灵思公司（Xilinx）的高级技术员工Arif Rahman对3D IC供应链和标准化需求表示关注。他提出：“各种互联网下载管理器（IDM）、无生产线IC设计公司、电子设计自动化（EDA）公司、设备供应商、制造厂和半导体组装与测试提供商（OSATS）都是此过程的利益相关方，将从加速技术采纳的各项标准化活动中收益。”

赛灵思公司（Xilinx）的Arif Rahman展示了他对3D IC供应链的视图。（来源：赛灵思公司）

Rahman 提到了电子器件工程联合委员会14（JC-14）的工作，它负责对计算机、汽车、通讯设备等商业应用固态产品进行质量和可靠性的标准化方法研究。该委员会首个关于3-D IC，JEP 158的出版物，题为《带有TSV的3D芯片堆栈：识别、评估与理解可靠性互动》，出版于2009年11月。

美国高通公司（Qualcomm）的高级技术总监Matt Nowak就3D IC的成本与设计方面的挑战做了演讲。

说到3D IC芯片至晶圆（D2W）工艺流程时，Nowak指出在成本降低方面还有很大空间，包括粘合剂、底部填充材料、模塑料及其它材料成本的降低。

设备购置成本（CoO）也需要降低，包括生产量、正常运行时间、工具配置和容量等。该行业需要创新的设备、工艺和材料，以及简化的工艺流程，以消除B-RDL、用低成本层与层间压焊替代微凸块、简化或不使用临时载体。驱动器产品也需要开发高容量的制程良率改善技术，Nowak补充到。

材料及设备的成本降低是3D IC获得成功的必经之路。 (Source: Qualcomm)

Nowak还认为，3D设计将受到各种条件的限制，诸如热点，TSV排除区域及设备移动性，芯片薄化、移动性及布局，微凸块/FC凸块位置及移动性和布局，以及堆栈排列及移动性和布局等。他说：“要达到每块芯片上数千个微凸块连接，将需要每个连接达到5个9。”

Semitool公司的ECD工具可减少过载。（来源：Semitool公司）

Semitool公司（现隶属于Applied Materials公司）的ECD技术总监Tom Ritzdorf对铜TSV的情况进行了说明。Ritzdorf认为，Semitool的第三代ECD工艺降低了大范围形体尺寸的过载现象；减少了施镀时间（通孔更小）；使高温退火过程（CTE误匹配“Cu抽吸”）的突出减小；沉积中的有机浓度更低；所有填充阶段光滑均一的表面结构；以及填充时间减少（例：5×50µm TSV为26分钟）。

Ritzdorf说：“用于高纵横比TSV的阻挡/种子覆盖范围仍需要改进。”他还补充，阻挡层上的直接ECD铜沉积和使用ECD技术进行阻挡层沉积是Semitool公司正在调研的两种技术。

EMC的3D协会（Semitool是其成员）最近的研究显示，ECD方面的进展使铜TSV填充工艺对整体TSV成本的影响更小。愈发明显的是，填充工艺正变得更加适用并得到良好体现。

在等候全3D IC架构的研发和成熟期间，ASE和STATS ChipPAC公司似乎都在寻求短期的技术改进。STATSChipPAC的新兴技术副总裁Raj Pendse说“2.5D”硅插技术将带我们迈向全3D IC。STATSChipPACbao的报告认为2.5D客户活动非常显著，而全3D还将需要3至5年时间。

Pendse 说：“实现全3D TSV尚有一段时日，我们正在开发类似2.5D的封装方案，借助3D TSV技术的元素，为原始设备制造商（OEM）短期目标带来实际价值。”“我们的观点是，这种封装的产品化将为实现全3D更广泛的采用铺平道路。”

ASE USA公司的高级技术顾问Bill Chen说：“3D IC的概念将成为未来的关键驱动因素……我们发现供应链协作是确定技术采纳速度的关键。”ASE在短期内可能还会关注2.5D。Chen指出以下几点中，2.5D要优于3D目前的状态。

• 工艺风险较低

• 与当前的EDA工具更加兼容

• 易进行生产规划

• 容易进行DFT/BIST/DFY

• 可进行再加工

• 开发周期较短：TTM

• 成本较低

“中端”工艺，例如FC 凸块（共晶、无铅或銅柱）、再钝化（Rep）和再分布层（RDL），传统上已知由OSATS连同后端工艺一起进行操作。OSATS 会自然使用2.5D硅插技术进行制造。

“具有硅插技术的2.5D”应沿循左列底部，而“3D（中间通孔）”应沿循右列底部。 (Source: ASE)

IBM的高级工程师Raman Kothandaraman概述了TSV在CMOS技术中的演进，并总结了有关TSV的一些设备工艺、集成和特性的问题。他提到在IBM内部有多个产品组合3D IC技术选择。基于铜和钨的方案都可以使用，而且可根据研发产品的规格进行选择。尽管Kothandaraman所在的组最近许多文章都注重环状钨TSV，但他的演讲还是特别提到了铜在IBM内部仍然活力四射的这一事实。

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