目前,HBM 制造的关键是TSV 工艺,它的目的是会在芯片上打孔。它不是像引线框架那样的传统布线过程,其中引脚(即信息入口 (I/O))被拉出并通过电线连接。在芯片的中间钻一个孔,并填充可以很好地传输电信号的材料,例如铜 (Cu),HBM 的 I/O 数量为 1024,这意味着 TSV 在芯片上钻了 1024 个孔。这是一根由 1,024 个孔制成的铜线,每根电线都巧妙地连接到另一个 DRAM 芯片的电线上,形成一条长长的信号高速公路。
TSV技术在芯片内部提供了一个直接的连接通道,在连接到其他芯片时,最大限度地减少了连接的长度。这样可以减少电阻并加快数据传输速度。该过程是在晶圆厂内部执行的整个过程的领域,并按以下顺序进行:
- 在硅晶圆上形成 TSV 的方法包括 DRIE(深反应离子蚀刻)、金属辅助化学蚀刻和使用激光的方法。形成TSV常用的有DRIE法,还有使用Nd YAG的激光打孔法等。由于通孔内部不均匀、粗糙以及在硅片外表面上形成硅熔渣的问题,激光打孔方法在应用中存在局限性。DRIE 技术被认为是最常用的技术,在大约 95% 的情况下用于形成精细通孔。
1) DRAM工艺结束时的通孔形成:
- >蚀刻是在孔形成过程中进行的,通过在蚀刻部位沉积形成绝缘膜。然后在TSV的孔内填充铜后, 用CMP工艺将其打磨平;
- >CMP磨平后,后道开始金属化工艺过程(BEOL, 后端金属走线工艺);
- >晶圆正面形成焊料凸块;
通过研磨去除晶圆底面到一定厚度。
3)芯片切割,一般用激光隐形切割工艺完成。
4)DRAM芯片堆叠在buffer晶圆的顶部。
5) CoWoS工艺
然而,随着MR-MUF技术的发展也转移到HBM3 12层,此时需要一种新技术(WSS技术)来显着减少晶圆的翘曲,同时晶圆将继续变薄。
-WSS(Wafer support system),一种使用载体晶圆的工艺,以防止随着晶圆变薄而发生的晶圆翘曲。
用临时粘合剂将带有凸块的晶圆的正面连接到载体晶圆上,然后研磨背面以使晶圆更薄(WaferThinning)。因为它附着在载体晶圆上,所以较薄的晶圆不会弯曲。
使用此结构在较薄的晶圆背面形成凸起。当在晶圆的正面和背面形成凸块时,核心晶圆被剥离(载体去键合),像传统封装工艺一样被贴在圆形框架上,并执行晶圆切割(锯切/切割)。基片仍附着在载体晶圆上,从核心晶圆上切下的芯片被移除,芯片堆叠在基片上。
*晶圆键合工艺
TC键合是一种“热压缩”方法,堆叠DRAM芯片连接后,将加热的(热·Thermo)用斗牢牢地压在顶部(压力·压缩)。在粘接TC时,在DRAM芯片之间放置一层称为NCF的“绝缘膜”。当超过一定温度时,薄膜会熔化并在凸块之间产生连接,使两个芯片像键合剂一样固定到位,并填充芯片之间的空间(称为底部填充)。它还充当绝缘体,以控制凸块和电线之外的电流。众所周知,NCF是丙烯酸等材料与环氧树脂的混合物,环氧树脂通常用作粘合剂材料。无论机器粘接TC有多复杂,将施加在芯片上的热量和压力一致地传递到 1024个凸块并不容易。除了用于传输电信号的1024根线外,芯片下方还有一个称为“假凸块(dummy bump)”的辅助元件,用于吸收各处产生的热量。假凸块的增加使得很难在整个区域均匀地分配物理能量。
在连接芯片之前,一般还对 DRAM 的背面进行研磨,使其更薄、更高。如果将其研磨到不均匀的厚度,切屑上的压力会再次发生变化,造成不良率高。此外,TC键合是一个对每个芯片施加压力的过程,因此不可能一次批量制造许多芯片。
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