Silikon yoluyla - Through-silicon via

TSV'leri yığılmış kullandığı DRAM bir kombinasyon halinde -Zar Yüksek Bant Genişliği Bellek (HBM) arabirimine

Olarak elektronik mühendisliği , bir ile boydan silikon ( TSV ) ya da yoluyla çip ile dikey olan elektrik bağlantısı ( yoluyla bir tamamen geçmektedir) silikon göbeğin veya kalıbın . TSV'ler, 3B paketler ve 3B entegre devreler oluşturmak için tel bağı ve çevirme çiplerine alternatif olarak kullanılan yüksek performanslı ara bağlantı teknikleridir . Paket üzerinde paket gibi alternatiflerle karşılaştırıldığında , ara bağlantı ve cihaz yoğunluğu önemli ölçüde daha yüksektir ve bağlantıların uzunluğu kısalır.

Sınıflandırma

İlk, orta ve son üzerinden geçen TSV'ler aracılığıyla görselleştirme

Üretim süreci tarafından dikte edilen üç farklı TSV türü vardır: yol -ilk TSV'ler , ayrı cihazlar ( transistörler , kapasitörler , dirençler , vb.) Modellenmeden önce (hattın ön ucu , FEOL), orta TSV'ler üretilir . ayrı cihazların desenlendirilmesinden sonra ancak metal katmanlardan önce ( hat sonu , BEOL) ve son geçiş TSV'ler BEOL işleminden sonra (veya sırasında) üretilir. Orta üstü TSV'ler şu anda gelişmiş 3D IC'ler ve aracı yığınları için popüler bir seçenektir .

Hattın ön ucundan (FEOL) geçen TSV'ler, EDA ve üretim aşamalarında dikkatlice hesaba katılmalıdır . Bunun nedeni TSV'lerin FEOL katmanında termo-mekanik gerilmeye neden olması ve dolayısıyla transistör davranışını etkilemesidir .

Başvurular

Görüntü sensörleri

CMOS görüntü sensörleri (CIS), hacimli üretimde TSV (ler) i benimseyen ilk uygulamalar arasındaydı. İlk CIS uygulamalarında, TSV'ler ara bağlantılar oluşturmak, kablo bağlarını ortadan kaldırmak ve azaltılmış form faktörüne ve daha yüksek yoğunluklu ara bağlantılara izin vermek için görüntü sensörü gofretinin arka tarafında oluşturulmuştur . Yonga istifleme, yalnızca arka taraf aydınlatmalı (BSI) CIS'nin ortaya çıkmasıyla ortaya çıktı ve lens, devre ve fotodiyotun sırasını geleneksel ön taraf aydınlatmasından tersine çevirmeyi içeriyordu, böylece lensten gelen ışık önce fotodiyot ve sonra devre. Bu, fotodiyot gofretinin ters çevrilmesi, arka tarafının inceltilmesi ve ardından, çevre çevresinde ara bağlantılar olarak TSV'ler ile doğrudan bir oksit bağı kullanılarak okuma katmanının üstüne yapıştırılmasıyla gerçekleştirildi.

3D paketleri

Bir 3B paket (Paketteki Sistem , Çip Yığını MCM , vb.), Daha az yer kaplamaları ve / veya daha fazla bağlantıya sahip olmaları için dikey olarak istiflenmiş iki veya daha fazla yonga ( entegre devre ) içerir . IBM'in Silikon Taşıyıcı Paketleme Teknolojisinde alternatif bir 3B paket türü bulunabilir; burada IC'ler istiflenmez, ancak bir pakette birden çok IC'yi birbirine bağlamak için TSV'ler içeren bir taşıyıcı alt tabaka kullanılır. Çoğu 3B paketinde, istiflenen yongalar kenarları boyunca birbirine bağlanır; bu kenar kablolaması, paketin uzunluğunu ve genişliğini biraz artırır ve genellikle yongalar arasında fazladan bir " ara " katman gerektirir . Bazı yeni 3B paketlerde, TSV'ler yongaların gövdesi boyunca dikey bağlantılar oluşturarak kenar kablolamasının yerini alır. Ortaya çıkan paketin ek uzunluğu veya genişliği yoktur. Aracı gerektirmediğinden, bir TSV 3D paketi, kenar kablolu bir 3D paketten daha düz olabilir. Bu TSV tekniğine bazen TSS (Silikon İçinden İstifleme veya Silikon Üzerinden İstifleme) da denir.

3D entegre devreler

Bir 3D entegre devre (3D IC), silikon levhaları ve / veya kalıpları istifleyerek ve bunları dikey olarak birbirine bağlayarak tek bir cihaz gibi davranmaları için oluşturulan tek bir entegre devredir. TSV teknolojisini kullanarak, 3D IC'ler büyük bir işlevselliği küçük bir "ayak izine" sığdırabilir. Yığındaki farklı cihazlar heterojen olabilir, örneğin CMOS mantığı, DRAM ve III-V materyallerini tek bir IC'de birleştirmek. Ek olarak, cihazdan geçen kritik elektrik yolları önemli ölçüde kısaltılabilir ve bu da daha hızlı çalışmaya yol açar. Geniş I / O 3D DRAM bellek standardı ( JEDEC JESD229) tasarıma TSV'yi dahil eder.

Tarih

TSV konseptinin kökeni, William Shockley'in 1958'de dosyalanan ve 1962'de verilen ve IBM araştırmacıları Merlin Smith ve Emanuel Stern tarafından patentleriyle daha da geliştirilen "Semiconductive Wafer and Method of Making the Same" patentine kadar uzanabilir. Yarıiletken Gofretlerde Ara Bağlantı Yapma Yöntemleri "1964'te dosyalanmış ve 1967'de verilmiş, ikincisi silikondan bir deliği aşındırma yöntemini açıklamaktadır. TSV başlangıçta 3B entegrasyon için tasarlanmamıştı, ancak TSV'ye dayalı ilk 3B çipler 1980'lerin sonlarında icat edildi.

TSV işlemiyle üretilen ilk üç boyutlu entegre devre (3D IC) istiflenmiş yongalar , 1980'lerde Japonya'da icat edildi . Hitachi , 1983'te bir Japon patent başvurusunda bulundu, ardından 1984'te Fujitsu izledi . 1986'da, Fujitsu, TSV kullanarak istiflenmiş bir yonga yapısını açıklayan bir Japon patenti aldı. 1989'da Tohoku Üniversitesi'nden Mitsumasa Koyonagi, 1989'da bir 3D LSI yongası üretmek için kullandığı TSV ile gofret-gofret yapıştırma tekniğine öncülük etti . 1999'da Japonya'da Süper İleri Elektronik Teknolojileri Derneği (ASET) başladı. "Yüksek Yoğunluklu Elektronik Sistem Entegrasyon Teknolojisi üzerine Ar-Ge" projesi adı verilen TSV teknolojisini kullanarak 3D IC yongalarının geliştirilmesini finanse etmek. Tohoku Üniversitesi'ndeki Koyanagi Grubu, 1999'da üç katmanlı yığılmış görüntü sensörü çipi, 2000'de üç katmanlı bir bellek çipi, 2001'de üç katmanlı bir yapay retina çipi ve 2002'de üç katmanlı bir mikroişlemci üretmek için TSV teknolojisini kullandı ve 2005'te on katmanlı bir bellek yongası.

Çipler arası (ICV) yöntemi 1997 yılında Peter Ramm, D. Bollmann, R. Braun, R. Buchner, U. Cao-Minh, Manfred Engelhardt ve Armin Klumpp dahil bir Fraunhofer - Siemens araştırma ekibi tarafından geliştirilmiştir . Bu, TSV sürecinin bir varyasyonuydu ve daha sonra SLID (katı sıvı arası difüzyon) teknolojisi olarak adlandırıldı.

"Tam silikon yoluyla" (TSV) terimi, 2000 yılında 3D gofret düzeyinde paketleme (WLP) çözümü için bir TSV yöntemi öneren Tru-Si Teknolojileri araştırmacıları Sergey Savastiouk, O. Siniaguine ve E. Korczynski tarafından icat edildi . Savastiouk daha sonra ALLVIA Inc.'in kurucu ortağı ve CEO'su oldu . Başından beri, iş planı vizyonu, tel tahvillere göre önemli performans iyileştirmeleri sunacağından, bir silikon ara bağlantı oluşturmaktı. Savastiouk, Solid State Technology'de konu ile ilgili olarak ilk olarak Ocak 2000'de ve yine 2010'da olmak üzere iki makale yayınladı. İlk makale “Moore Yasası - Z Boyutu” Solid State Technology dergisinde Ocak 2000'de yayınlandı. Gelecekte 2D yonga istiflemeden gofret düzeyinde istiflemeye geçiş olarak TSV geliştirme. Through Silicon Vias başlıklı bölümlerden birinde Dr. Sergey Savastiouk, "Hem gofret düzeyinde dikey minyatürleştirme (gofret inceltme) hem de dikey entegrasyon için hazırlık (silikon yollar aracılığıyla) sağlayan teknolojilere yatırım iyi bir anlam ifade ediyor." Moore Yasası ile ilişkili keyfi 2B kavramsal engeli kaldırarak, IC paketlerinin tasarım, test ve üretim kolaylığı açısından yeni bir boyut açabiliriz. En çok ihtiyacımız olduğunda - taşınabilir bilgi işlem, hafıza kartları, akıllı kartlar, cep telefonları ve diğer kullanımlar için - Moore Yasasını Z boyutuna kadar takip edebiliriz. " Bu, teknik bir yayında ilk kez "tam silikon yoluyla" terimi kullanıldı.

TSV kullanan CMOS görüntü sensörleri , Toshiba , Aptina ve STMicroelectronics gibi şirketler tarafından 2007–2008 yılları arasında ticarileştirildi ve Toshiba teknolojilerini "Through Chip Via" (TCV) olarak adlandırdı. 3B yığınlı rastgele erişimli bellek (RAM), Eylül 2009'da ilk 8 GB DRAM yongasını geliştiren (dört DDR3 SDRAM kalıbı ile istiflenen ) Elpida Memory tarafından ticarileştirildi ve Haziran 2011'de piyasaya sürüldü. TSMC , 3D IC üretim planlarını açıkladı . SK Hynix , 2011'de TSV teknolojisini kullanan 16 GB DDR3 SDRAM'ı ( 40 nm sınıfı), Samsung Electronics , Eylül ayında TSV'ye dayalı 3B yığınlı 32 GB DDR3'ü ( 30 nm sınıfı) ve ardından Samsung ve Micron Technology , Ekim ayında TSV tabanlı Hibrit Bellek Küpü (HMC) teknolojisini duyurdu . SK Hynix , 2013 yılında TSV teknolojisine dayalı ilk Yüksek Bant Genişlikli Bellek (HBM) yongasını üretti .

Languages

In other projects