Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
TSV, используемые стеком DRAM -dice в сочетании с интерфейсом High Bandwidth Memory (HBM).

В электронной технике , А через кремний с помощью ( Т ) или через микросхему через вертикальное электрическое соединение ( с помощью ) , который проходит полностью через кремниевую пластину или штамп . TSV - это высокопроизводительные технологии межсоединений, используемые в качестве альтернативы соединению проводов и перевертышам для создания трехмерных корпусов и трехмерных интегральных схем. По сравнению с альтернативами, такими как упаковка на упаковке , плотность межсоединений и устройств значительно выше, а длина соединений становится короче.

Классификация [ править ]

Визуализация промежуточных, промежуточных и последних TSV

Продиктована производственного процесса, существуют три различных типа TSVs: через первый TSVs изготовлены до того , как отдельные устройства ( транзисторы , конденсаторы , резисторы и т.д.) с рисунком ( передний конец линии , FEOL), с помощью среднего TSVs являются изготавливаются после того, как на отдельные устройства нанесен узор, но до металлических слоев ( back-end-of-line , BEOL), и TSV для промежуточных окон изготавливаются после (или во время) процесса BEOL. [1] [2] TSV через середину в настоящее время являются популярным вариантом для продвинутых трехмерных микросхем, а также для стеков промежуточных устройств . [2][3]

TSV через переднюю часть линии (FEOL) должны быть тщательно учтены на этапах EDA и производства. Это связано с тем, что TSV вызывают термомеханическое напряжение в слое FEOL, тем самым влияя на поведение транзистора . [4]

Приложения [ править ]

Датчики изображения [ править ]

КМОП-датчики изображения (CIS) были одними из первых приложений, которые использовали TSV в массовом производстве. В первоначальных приложениях CIS TSV были сформированы на задней стороне пластины датчика изображения для формирования межсоединений, устранения проводных соединений и обеспечения уменьшенного форм-фактора и межсоединений с более высокой плотностью. Укладка чипов произошла только с появлением системы задней подсветки (BSI) CIS.и включал обратный порядок линз, схем и фотодиода по сравнению с традиционным фронтальным освещением, так что свет, проходящий через линзу, сначала попадает на фотодиод, а затем на схему. Это было достигнуто путем переворота пластины фотодиода, утонения задней стороны, а затем прикрепления ее поверх считывающего слоя с использованием прямой оксидной связи с TSV в качестве межсоединений по периметру. [5]

3D-пакеты [ править ]

Пакет 3D ( System in Package , Chip Stack MCM и т. Д.) Содержит два или более чипа ( интегральных схем ), уложенных вертикально, так что они занимают меньше места и / или имеют большую возможность подключения. Альтернативный тип 3D-корпуса можно найти в технологии IBM Silicon Carrier Packaging Technology, где ИС не складываются в стопку, а используется несущая подложка, содержащая TSV, для соединения нескольких ИС вместе в корпусе. В большинстве 3D-корпусов уложенные друг на друга чипы соединены вместе по краям; эта краевая разводка немного увеличивает длину и ширину упаковки и обычно требует дополнительного « переходника».”Слой между стружкой. В некоторых новых 3D-корпусах TSV заменяют краевую разводку, создавая вертикальные соединения через корпус микросхем. Полученный пакет не имеет дополнительной длины или ширины. Поскольку никакого промежуточного устройства не требуется, пакет TSV 3D также может быть более плоским, чем пакет 3D с монтажом по краям. Этот метод TSV иногда также называют TSS (Through-Silicon Stacking или Thru-Silicon Stacking).

Трехмерные интегральные схемы [ править ]

3D интегральной схемы (IC) 3D является одной интегральной схемой построены путем укладки кремниевых пластин и / или матриц и связывая их по вертикали таким образом , что они ведут себя как единое устройство. Используя технологию TSV, 3D-микросхемы могут вместить большую функциональность в небольшую «занимаемую площадь». Различные устройства в стеке могут быть разнородными, например, объединять логику CMOS , DRAM и материалы III-V в единую ИС. Кроме того, можно значительно сократить критические электрические пути через устройство, что приведет к более быстрой работе. Стандарт памяти 3D DRAM с широким вводом-выводом ( JEDEC JESD229) включает в себя TSV. [6]

История [ править ]

Дополнительная информация: Трехмерная интегральная схема § История

Истоки концепции TSV можно проследить до патента Уильяма Шокли «Полупроводящая пластина и метод ее изготовления», поданного в 1958 году и выданного в 1962 году [7] [8], который был далее развит исследователями IBM Мерлином Смитом и Эмануэль Стерн с их патентом «Методы создания сквозных соединений в полупроводниковых пластинах», поданным в 1964 году и предоставившим в 1967 году [9] [10] последний, описывающий метод протравливания отверстия в кремнии. [11] TSV изначально не был разработан для 3D-интеграции, но первые 3D-чипы на основе TSV были изобретены позже, в 1980-х годах. [12]

Первые трехмерные интегральные схемы (3D IC), изготовленные по технологии TSV, были изобретены в Японии 1980-х годов . Hitachi подала патент в Японии в 1983 году, за ним последовала Fujitsu в 1984 году. В 1986 году Fujitsu подала японский патент, описывающий многослойную структуру микросхем с использованием TSV. [13] В 1989 году Мицумаса Койонаги из Университета Тохоку впервые применил технику соединения пластины с пластиной с помощью TSV, которую он использовал для изготовления 3D- микросхемы LSI в 1989 году. [13] [14] [15]В 1999 году Японская ассоциация сверхсовременных электронных технологий (ASET) начала финансирование разработки микросхем 3D IC с использованием технологии TSV, получившей название «НИОКР по технологии интеграции электронных систем высокой плотности». [13] [16] Группа Koyanagi в Университете Тохоку использовала технологию TSV для изготовления трехслойного чипа датчика изображения в 1999 году, трехслойного чипа памяти в 2000 году, трехслойного чипа искусственной сетчатки в 2001 году, трехслойного чипа. слойный микропроцессор в 2002 году и десятиуровневый чип памяти в 2005 году. [14]

Между чипом с помощью метода (ICV) был разработан в 1997 году Фраунгофера - Siemens исследовательской группы , включая Питер Рамм, Д. Bollmann, Р. Браун, Р. Бюхнера, У. Cao-Мина, Manfred Engelhardt и Армин Klumpp. [17] Это была разновидность процесса TSV, позже получившая название SLID (твердое жидкое взаимное распространение). [18]

Термин «сквозное кремниевое отверстие» (TSV) был придуман исследователями Tru-Si Technologies Сергеем Савастюком, О. Синягин и Э. Корчински, которые в 2000 году предложили метод TSV для решения трехмерной упаковки на уровне пластин (WLP). [19] Позднее Савастюк стал соучредителем и генеральным директором ALLVIA Inc. С самого начала его видение бизнес-плана заключалось в создании сквозного кремниевого межсоединения, поскольку оно обеспечит значительное повышение производительности по сравнению с проводными связями. Савастюк опубликовал две статьи на эту тему в журнале Solid State Technology, сначала в январе 2000 г., а затем в 2010 г. Первая статья «Закон Мура - Z-измерение» была опубликована в журнале Solid State Technology в январе 2000 г. [20]В этой статье излагается план развития TSV как перехода от 2D-стекирования чипа к стекированию на уровне пластин в будущем. В одном из разделов, озаглавленном «Через кремниевые переходные отверстия», доктор Сергей Савастюк написал: «Вложения в технологии, которые обеспечивают как вертикальную миниатюризацию на уровне пластин (утонение пластин), так и подготовку к вертикальной интеграции (через кремниевые переходные отверстия), имеют смысл». Он продолжил: «Устраняя произвольный 2D концептуальный барьер, связанный с законом Мура, мы можем открыть новое измерение в простоте проектирования, тестирования и производства корпусов ИС. Когда нам это нужно больше всего - для портативных компьютеров, карт памяти, смарт-карт, сотовых телефонов и других целей - мы можем следовать закону Мура в Z-измерении ». Это был первый раз, когда термин «сквозные кремниевые переходы» был использован в технической публикации.

КМОП-датчики изображения, использующие TSV, были коммерциализированы такими компаниями, как Toshiba , Aptina и STMicroelectronics в 2007–2008 годах, при этом Toshiba назвала свою технологию «Through Chip Via» (TCV). Объемная память с произвольным доступом (RAM) была коммерциализирована компанией Elpida Memory , которая разработала первый чип DRAM объемом 8 ГБ (укомплектованный четырьмя кристаллами DDR3 SDRAM ) в сентябре 2009 года и выпустила его в июне 2011 года. TSMC объявила о планах производства 3D IC. с технологией TSV в январе 2010 года. [21] В 2011 году SK Hynix представила 16 ГБ DDR3 SDRAM (   40  нм класс) с использованием технологии TSV, [22] Samsung Electronics представила трехмерный стек  DDR3 объемом 32 ГБ ( класс 30  нм ) на базе TSV в сентябре, а затем Samsung и Micron Technology анонсировали технологию гибридного куба памяти (HMC) на основе TSV в октябре. . [21] SK Hynix изготовила первый чип памяти с высокой пропускной способностью (HBM), основанный на технологии TSV, в 2013 году. [22]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Международная технологическая дорожная карта для полупроводников. Издание 2009 года. Межсоединение» (PDF) . 2009. С. 4–5 . Проверено 2 января 2018 .
  2. ^ а б Я. Кнехтель; и другие. (2017). «Крупномасштабные 3D-чипы: проблемы и решения для автоматизации проектирования, тестирования и надежной интеграции» . Транзакции IPSJ по методологии проектирования системных LSI . 10 : 45–62. DOI : 10.2197 / ipsjtsldm.10.45 .
  3. ^ Beyne, E. (июнь 2016). «Трехмерный ландшафт технологии межсоединений». Дизайн и тестирование IEEE . 33 (3): 8–20. DOI : 10.1109 / mdat.2016.2544837 . ISSN 2168-2356 . S2CID 29564868 .  
  4. ^ Лим, СК (2013). Дизайн для высокопроизводительных, маломощных и надежных трехмерных интегральных схем - Springer . DOI : 10.1007 / 978-1-4419-9542-1 . ISBN 978-1-4419-9541-4.
  5. ^ Ф. фон Трапп, Будущее датчиков изображения - это наложение чипов http://www.3dincites.com/2014/09/future-image-sensors-chip-stacking
  6. ^ Desjardins, E. «JEDEC публикует революционный стандарт для мобильной DRAM с широким вводом-выводом» . JEDEC . JEDEC . Проверено 1 декабря 2014 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  7. ^ JH Lau, Кто изобрел сквозные кремниевые переходники (TSV) и когда? 3D InCites, 2010 г.
  8. ^ Патент США 3044909
  9. ^ Када, Morihiro (2015). "История исследований и разработок технологии трехмерной интеграции" (PDF) . Трехмерная интеграция полупроводников: обработка, материалы и приложения . Springer. С. 6–7. ISBN  9783319186757.
  10. ^ Патент США 3,343,256
  11. ^ Павлидис, Василис Ф .; Савидис, Иоаннис; Фридман, Эби Г. (2017). Трехмерное проектирование интегральных схем . Newnes. п. 68. ISBN 9780124104846.
  12. ^ Лау, Джон Х. (2010). Надежность межсоединений 2D и 3D IC, соответствующих требованиям RoHS . McGraw Hill Professional . п. 1. ISBN 9780071753807. TSV - это сердце интеграции 3-D IC / Si, технологии которой более 26 лет. Даже TSV (для проходного электрического тока) был изобретен Уильямом Шокли в 1962 году (патент был подан 23 октября 1958 года), но изначально он не был разработан для трехмерной интеграции.
  13. ^ a b c Када, Морихиро (2015). "История исследований и разработок технологии трехмерной интеграции" (PDF) . Трехмерная интеграция полупроводников: обработка, материалы и приложения . Springer. С. 8–9. ISBN  9783319186757.
  14. ^ a b Фукусима, Т .; Танака, Т .; Коянаги, Мицумаса (2007). «Тепловые проблемы трехмерных ИС» (PDF) . SEMATECH . Университет Тохоку . Архивировано из оригинального (PDF) 16 мая 2017 года . Дата обращения 16 мая 2017 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  15. ^ Танака, Тецу; Ли, Кан Ук; Фукусима, Такафуми; Коянаги, Мицумаса (2011). «Технология трехмерной интеграции и гетерогенная интеграция» . Семантический ученый . S2CID 62780117 . Проверено 19 июля 2019 .  CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  16. ↑ Такахаши, Кендзи; Танида, Казумаса (2011). «Вертикальное соединение по ASET» . Справочник по трехмерной интеграции, Том 1: Технология и применение трехмерных интегральных схем . Джон Вили и сыновья. п. 339. ISBN. 9783527623068.
  17. ^ Ramm, P .; Bollmann, D .; Braun, R .; Buchner, R .; Cao-Minh, U .; и другие. (Ноябрь 1997 г.). «Трехмерная металлизация вертикально интегральных схем». Микроэлектронная инженерия . 37–38: 39–47. DOI : 10.1016 / S0167-9317 (97) 00092-0 . S2CID 22232571 . 
  18. ^ Macchiolo, A .; Andricek, L .; Moser, HG; Nisius, R .; Richter, RH; Вайгель, П. (1 января 2012 г.). «Технология вертикальной интеграции SLID-ICV для обновления пикселей ATLAS». Физические процедуры . 37 : 1009–1015. arXiv : 1202,6497 . DOI : 10.1016 / j.phpro.2012.02.444 . ISSN 1875-3892 . S2CID 91179768 .  
  19. ^ Savastionk, S .; Siniaguine, O .; Корчинский, Э. (2000). «Кремниевые переходные отверстия для 3D WLP». Труды Международного симпозиума по современным процессам, свойствам и интерфейсам упаковочных материалов (№ по каталогу 00TH8507) : 206–207. DOI : 10.1109 / ISAPM.2000.869271 . ISBN 0-930815-59-9. S2CID  110397071 .
  20. ^ АВТОР (S) Савастюк, Сергей, Закон Мура в Z-направлении, Технология твердого тела; Янв.2000, т. 43 Выпуск 1, стр. 84 http://connection.ebscohost.com/c/articles/2668333/moores-law-z-dimension
  21. ^ а б Када, Морихиро (2015). «История исследований и развития технологии трехмерной интеграции» . Трехмерная интеграция полупроводников: обработка, материалы и приложения . Springer. С. 15–8. ISBN 9783319186757.
  22. ^ а б «История: 2010-е» . SK Hynix . Проверено 19 июля 2019 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )

Внешние ссылки [ править ]

  • http://realworldtech.com/page.cfm?ArticleID=RWT050207213241
  • http://www.appliedmaterials.com/technologies/library/producer-avila-pecvd
  • http://www.businesswire.com/portal/site/appliedmaterials/permalink/?dmViewId=news_view&newsId=20100712005576&newsLang=en
  • http://www.google.com/patents/US7683459
  • http://www.google.com/patents/US7633165
  • http://www.icemostech.com/ice/