Деятельность института

Трехмерные интегральные микросистемы

Трехмерные интегральные микросистемы

pic-22

В последние годы наряду с дальнейшей минитюаризацией изделий микроэлектроники растет спрос на повышение их функциональности с точки зрения интеграции сформированных микромеханических, оптических и биологических систем, на улучшение их характеристик, в том числе снижение потребляемой энергии, на повышение производительности и снижение стоимости. Возможным ключом к решению этих проблем является 3D-сборка. Она позволяет создавать компактные микросборки разнотипных изделий микроэлектроники (микропроцессоров, оперативных запоминающих устройств, разнообразных датчиков и сенсоров и т.д. и т.п.), при этом существенно сокращается количество коммутаций при изготовлении конечных изделий, и тем самым существенно сокращаются потери и повышается надежность изделий.

 

pic-23

Таким образом, 3D-интеграция обеспечивает следующие преимущества:

  • Повышенная степень интеграции;
  • Сокращение длины линий межсоединений;
  • Повышается скорость передачи сигналов;
  • Снижение потребляемой энергии;
  • Интеграция различных технологий.

 

Технология 3D сборки предусматривает несколько возможных методов интеграции:

pic-24 Интеграция чип-на–плате
pic-25 Интеграция пластина–на–пластине, или вертикальная системная интеграция (VSI).
pic-26 Интеграция корпус–на-корпусе

Этажерочная сборка кристаллов (чипов) с их разваркой (для создания межсоединений) уже в течение ряда лет разрабатывается такими компаниями как Intel, Hitachi, Sharp, Amkor, Philips и др. Еще большие преимущества предоставляет сборка кристаллов друг на друге на уровне пластины: она дополнительно способствует повышению производительности и снижению стоимости производства.

Вертикальная система интеграции (VSI) характеризуется созданием выводов высокой плотности между кристаллами, при этом указанные выводы формируются путем создания сквозных отверстий в кремнии, а потому получила название метода TSV (through silicon via). Она основана на процессах утонения, монтажа и вертикальной металлизации полностью изготовленной кремниевой пластины с микросхемами.

Вертикальная система интеграции на основе метода TSV предоставляет ряд преимуществ: обеспечивает более высокую плотность монтажа при тех же размерах, позволяет добиться большей функциональности, существенно сокращает длину межсоединений и тем самым позволяет поддерживать высокую скорость продвижения сигналов, способствует снижению энергопотребления и уменьшению стоимости конечного изделия.

3D-сборка по методу TSV включает следующие стадии:

  • Создание отверстий (лазерная прошивка, глубокое реактивное ионное травление)
  • Заполнение отверстий металлом (как правило, используют медь)
  • Монтаж пластин друг на друга (совмещение и монтаж)
  • Утонение пластин до отдельных сборок кристаллов (шлифовка, химическое травление).
pic-27 Монтаж кристаллов на пластину и монтаж пластины на пластину