硅通孔技术TSV研究.ppt

TSV的研究动态 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 概述 硅通孔技术 TSV 是通过在芯片和芯片之间 晶圆和晶圆之间制作垂直导通 实现芯片之间互连的最新技术 TSV技术面临的难题 在价格与成本之间的极大障碍新技术的不确定性所隐含的风险实际的量产需求 TSV的优势 缩小封装尺寸高频特性出色 减小传输延时降低噪声降低芯片功耗 TSV可将硅锗芯片的功耗降低大约40 热膨胀可靠性高 由于TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大 芯片之间的互连线最短 外形尺寸最小 并且大大改善芯片速度和低功耗的性能 成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术 TSV的研究动态 概述 TSV的应用 GaAs基TSV 发展状况 TSV的研究动态 概述 TSV的应用 GaAs基TSV 发展状况 TSV互连尚待解决的关键技术难题和挑战包括 通孔的刻蚀 激光VS 深反应离子刻蚀 DRIE 通孔的填充 材料 多晶硅 铜 钨和高分子导体等 和技术 电镀 化学气相沉积 高分子涂布等 工艺流程 先通孔 viafirst 或后通孔 via1ast 技术 堆叠形式 晶圆到晶圆 芯片到晶圆或芯片到芯片 键合方式 直接Cu Cu键合 粘接 直接熔合 焊接和混合等 超薄晶圆的处理 是否使用载体 TSV封装剖面图 TSV的研究动态 概述 TSV的应用 GaAs基TSV 发展状况 TSV的关键技术之一 通孔刻蚀 前通孔 viafirst 在IC制造过程中制作通孔 分为前道互连和后道互连后通孔 vialast 制造完成之后制作通孔 TSV的研究动态 概述 TSV的应用 GaAs基TSV 发展状况 据国际半导体技术路线图ITRS的预测 TSV技术将在垂直方向堆叠层数 硅品圆片厚度 硅穿孔直径 引脚间距等方面继续向微细化方向发展 TSV未来发展展望 3 7层 最多14层 20 50 m 8 m厚 4 m 1 6 m 10 m 3 3 m TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV TSV应用市场预测 据法国调查公司YoleDevelopment提供 到2015年 逻辑和存储器方面的应用占TSV应用的比例将大于30 接触式图像传感器 微机电系统 传感器占30 的市场 存储器堆叠形成的动态随机存取存储器和闪存芯片占20 的市场 目前 TSV技术主要应用在内存条 MEMS等产品当中 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV TSV市场驱动因素总结 3DIC TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 豪威 OmniVision 于2007年开发基于TSV技术的CIS OV2640 OV2640imagesensor是一个能提供在单一晶片上整合1632 1232 UXGA 的有效像素阵列和影像处理的完整功能 尺寸为8x8x6 5mm的CIS小型封裝 目前已应用在SonyEricsson的V630i手机上 OmniVision sOV2640影像感测器 Aptina的新产品 MT9V1113M02即是应用OsmiumTM技术 即采用TSV技术作为影像感测器的电极导通技术 的影像感测器模组 主要应用在手机及PCcameras 应用TSV的影像感测器实例 OsmiumTMfromAptina TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2009年3月 意法半导体推出市场上首款集成扩展景深 EDoF 功能的1 4英寸光学格式3百万像素RawBayer传感器 意法半导体最新的影像传感器可实现最小6 5x6 5mm的相机模块 而且图像锐利度和使用体验非常出色 同时还兼有尺寸和成本优势 是一款智能型自动对焦相机解决方案 全新影像传感器扩展手机相机景深从15厘米到无限远 应用TSV的影像感测器实例 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2010年11月 FPGA厂商赛灵思采用堆叠硅片互连技术 SSI 和硅穿孔技术 TSV 将四个不同FPGA芯片在无源硅中介上互连 生产出含68亿个晶体管 200万个逻辑单元相当于2000万个ASIC的大容量FPGAVirtex 72000T TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2010年12月 台湾台积电 TSMC 公开了采用TSV三维积层半导体芯片的LSI量产化措施 该公司采用TSV 再布线层以及微焊点等要素技术 制作了三维积层有半导体芯片和300mm晶圆的模块 并评测了三维积层技术对元件性能和可靠性的影响 同时 台积电有在28nm以下工艺量产三维LSI的意向 以多种尺寸和配置而形成的TSV和再布线层 连接300mm晶圆和半导体芯片的微凸点 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2010年12月三星公司采用TSV技术 成功开发出基于该公司先进的绿色DDR3芯片的8GBRDIMM内存 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2010年12月 美国升特信号半导体公司 Semtech 和IBM联手 运用3DTSV技术开发高性能的集成的ADC DSP平台 IBM3D封装技术 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2011年3月 韩国海力士半导体最先采用TSV技术 开发出晶圆级封装二维积层技术 并成功层叠了8层40nm级2GbitDDR3DRAM芯片 可让一个内存模块的最大容量达到前所未有的64GB 可广泛应用以满足服务器和其他产品对大容量内存的需求 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2011年6月 日本尔必达公司开始销售采用TSV制作的DDR3SDRAM三维堆叠芯片的样品 这款样品的内部由四块2Gb密度DDR3SDRAM芯片通过TSV三维堆叠技术封装为一块8Gb密度DDR3SDRAM芯片 相当1GB容量 同时集成了接口功能芯片 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2011年8月7日 三星电子发布了内存产品方面节能型单条32GBDDR3服务器内存模组 这款新的32GBRDIMM内存使用30nm级别工艺制造的DRAM颗粒 默认运行频率为DDR3 1333MHz 功率只有4 5W 三星称该产品为 企业服务器用内存产品中功耗最低级别 此内存模组比其普通30nm级别工艺的LRDIMM产品功耗平均低约30 Samsung s32 memorystacking eachchipis20 mthick TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2011年10月 意法半导体宣布将TSV技术引入MEMS芯片量产 在其多款MEMS产品 智能传感器 多轴惯性模块 内 TSV以垂直短线方式取代传统的芯片互连方法 在尺寸更小的产品内实现更高的集成度和性能 图像传感器TSV结构纵剖图 图像传感器实物一角 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 三星WideI O内存芯片内部结构 另外 以Hynix 三星等为首的组织则在积极推广可将TSV3D堆叠技术带入主流应用领域的另外一项计划 即WideI O内存接口技术 这项技术面向手机 平板电脑等相关产品 JEDEC组织目前还在审核WideI O内存接口技术标准 这种内存接口的位宽达512bit 可以增大内存芯片与逻辑芯片之间的数据传输带宽 其峰值传输率可达12 8GB s 带宽要比常规的LPDDR2接口高出了3倍之多 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2011年12月 美国IBM与美光科技宣布 美光已决定利用基于TSV的商用CMOS技术 率先生产新型存储器 HybridMemoryCube HMC HybridMemoryCube的构造 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 2012年2月27号 美国佐治亚理工学院 韩国KAIST大学和AmkorTechnology公司在 ISSCC2012 上 共同发布了将277MHz驱动的64核处理器芯片以及容量为256KB的SRAM芯片三维层叠后构筑而成的处理器子系统 3D MAPS 3DMassivelyParallelProcessorwithStackedMemory 3D MAPS的封装形态 3D MAPS的架构 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 其他进展 1 2011年7月9日 在国家02专项和中国封装测试联盟的支持下 由中国科学院微电子研究所发起的国内首个硅通孔 TSV 技术攻关联合体在北京宣告成立并启动了第1期攻关项目 2 2011年12月 东电电子一举投产了5款用于三维封装的TSV制造装置 并 SemiconJapan2011 上展示 投产的是硅深蚀刻装置 聚酰亚胺成膜装置以及3款晶圆键合关联装置 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 如今TSV技术正受到人们广泛的关注 未来 TSV并不只应用在内存上 在CPU上也将看到TSV的身影 同时 TSV的广泛使用 也将再度引发产业的变革 让一些研究中的新创技术 如医学上的人工视网膜 能源应用上的智能尘 SmartDust 传感器等 能够最终成为人们生活中经常被使用的产品 TSV应用展望 TSV冷却系统实例 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV TSV在3D封装中的发展路线图 3DIC集成发展路线图 不包含芯片叠层封装 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 采用TSV的3D封装发展路线图 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV GaAs因为具有比Si更好的电子性能 其电迁移率比Si高5 6倍 饱和速度比Si高1倍 本征载流子浓度比Si低4个数量级 使得GaAs比Si更适用于高频高速的场合 同时 在前期研究过程中 已有砷化镓基TSV的相关技术 但是制造GaAs居高不下的成本及其较为稀缺的原料来源严重制约着这种化合物半导体的发展 2010年5月 美国科学家研发出砷化镓晶片批量生产技术 从而克服了成本上的瓶颈 有理由相信 在不久的将来 这种感光性能比硅更优良的材料有望大规模用于半导体和太阳能相关产业 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 早在1975年 惠普公司就已经在砷化镓衬底上做通孔 应用到单片式微波集成电路中 但其并不是为了三维封装 TSV的研究动态 概述 发展状况 TSV的应用 GaAs基TSV 飞利浦GSM四频放大器中的通孔 GaAs晶圆被减薄