В микроэлектронике на сегодняшний день наблюдается тенденция к все большей интеграции и миниатюризации изделий. Появляется спрос на повышение функциональности микросистем (например, интеграция механической, оптической и биологической систем), улучшение их характеристик, повышение производительности и снижение стоимости. Возможным решением всех этих вопросов может стать 3D-интеграция (Рис. 1 Пример 3D-сборки).
Рис.1 Пример 3D-сборки
Методы 3D-интеграции:
• Чип-на-чипе
• Пластина-на-пластине, или вертикальная системная интеграция (VSI ®)
• Корпус-на-корпусе (Рис. 2 Методы 3D-интеграции).
Рис. 2 Методы 3D-интеграции (сборка чип-на-чипе, пластина-на-пластине, корпус-на-корпусе)
Этажерочная сборка кристаллов (чипов) с разваркой кристаллов (для создания межсоединений) уже много лет используется такими компаниями как Intel, Hitachi, Sharp, Amkor, Philips и др. Сборка же кристаллов друг на друга на уровне пластины больше способствует повышению производительности и снижению стоимости производства.
Вертикальная система интеграции (VSI®) характеризуется созданием выводов очень высокой плотности между кристаллами, выводы свободно распространяются через Si отверстия. Основана технология на утонении, монтаже и вертикальной металлизации полностью обработанной подложки изделия, требования к VSI® - очень точное утонение, надежное образование стержней-выводов между кристаллами и подходящий процесс монтажа. Большой вклад в разработку технологии VSI® на уровне пластины внес институт Fraunhofer IZM в Мюнхене.
Технологию VSI можно выполнить двумя способами – это:
монтаж кристаллов на пластину и монтаж пластины на пластину (Рис. 3).
Рис. 3 Монтаж кристаллов на пластину и монтаж пластины на пластину
В первом случае соединения формируются методом разварки или по технологии Flip Chip, во втором – по технологии TSV (Сквозные отверстия в кремнии) (Рис. 4).
Рис. 4 Сквозные отверстия в кремнии
Вертикальная система интеграции на основе метода создания сквозных отверстий имеет ряд преимуществ: более высокая плотность при тех же размерах, большая функциональность, лучшие характеристики (параллельность, минимальные длины соединений, нет ограничения скорости межсоединения), пониженное энергопотребление и уменьшенная стоимость конечного изделия.
Технология VSI включает в себя следующие этапы:
• Создание отверстий (лазерная прошивка, реактивное ионное травление, фотолитография)
• Заполнение отверстий (металлизация, химическое осаждение, фотолитография)
• Монтаж пластин друг на друга (совмещение и монтаж)
• Утонение пластин до отдельных кристальных сборок (шлифовка, травление).
Для реализации технологии TSV требуется целый комплекс технологического оборудования. Один из наиболее удачных вариантов такого комплекса включает в себя следующие установки:
Рис. 5 Установка лазерной обработки LDS200M
Установка лазерной обработки LDS200M (рис. 5):
Точность позиционирования ±3 мкм,
Ширина реза 20 мкм,
Максимальная рабочая область – 240х240 мм,
Максимальная скорость – 1000 мм/сек.,
Тип лазера – твердотельный Nd:YAG,
Длина волны 532 или 1024 нм,
Мощность 120 Вт,
Ручная / Кассетная загрузка,
Автоматическая система совмещения.
Рис. 6 Установка глубокого реактивного ионного травления Plasma Lab 100
Установка глубокого реактивного ионного травления Plasma Lab 100 (Рис. 6):
Шлюзовая камера с ручной загрузкой,
Электроды 205/240 мм,
RIE модуль с планарным реактором 13,56 МГц,
Кластерная конфигурация,
До 12 газовых линий,
ПО управление
Рис. 7 Установка нанесения
Установка нанесения фоторезиста SC6 (Рис. 7):
Макс. размер пластины Ø 200 мм, подложки 150х150 мм,
PLC контроллер,
Скорость вращения шпинделя до 10 000 об/мин.,
Программирование параметров процесса нанесения,
Модульный дизайн и т.д.
Рис. 8 Установка для напыления металлов
Оборудование для напыления металлов (Рис. 8):
Установки вакуумного, магнетронного напыления, осаждения,
горизонтальные линии напыления.
Рис. 9 Установка монтажа кристаллов FC150
Установка монтажа кристаллов FC150 (Рис. 9):
Размеры подложек 0,2-150 мм,
Размеры кристаллов 0,25-100 мм,
Точность до ±0,5 мкм, 3 s,
Производительность до 200 комп./ч.,
Усилие захвата/монтажа до 200 кг,
Основные применения: MCM, Hybrid, IRFPA,
Flip Chip, Eutectic, Die stamping и др.
Рис. 10 Установка механического утонения пластин DH300
Установка механического утонения пластин DH300 (Рис. 10):
Диаметр пластин: до 300 мм,
Скорость вращения пластины: 0 – 160 об/мин.,
Скорость вращения держателя пластины: 0 – 125 об/мин.,
Давление прижима держателя:0,06 – 0,3 бар,
Размер полировальной пластины: 560 мм,
Макс. температура плиты:60 °С