根据2006年国际半导体技术蓝图(ITRS)介绍,由于槽和孔结构深度、形状的多样化,以及清洗和化学机械抛光(CMP)引起的减薄效应,使得互连成为下一代制造技术的一大核心挑战。ITRS还提到:“传统的互连线等比例缩减技术已经不能满足性能的要求。需要确定和寻找超越铜互连和低k技术的解决方案,将会需要加速的设计、封装方法以及新型互连技术。”
这些正好解释了为什么用于3-D封装的穿透硅通孔 (TSV)成为现今的一个研究热点,同时也解释了为什么在一年前Alcatel、EV Group、Semitool和XSiL合作组成了EMC-3D联盟。EMC-3D成立的目的是为了开发和推动用于芯片叠层和MEMS传感器封装的低成本TSV工艺。目前在其分布于欧洲、亚洲、北美地区的14家设备供应商、材料供应商以及R&D成员单位的共同努力下已经完成了第一年的预期目标。作为联盟的新成员,Brewer Science带来了它在特种材料方面的专业技能——具体来说,就是高温临时键合胶。
在过去的一年里,联盟的代表们会见了一千多名高层次与会人员。从其热烈的反响来看,EMC-3D已经明显步入了其三年计划的正轨,
器件制造商越来越意识到TSV带来的成本和性能优势。根据设备成员单位的数据,已经有超过16家公司从联盟成员单位获得设备并将其应用于R&D或者工艺线。基于这些良好的前期展示结果,预计铜TSV很快会成为一项普遍接受的互连工艺。
联盟第一年的目标是演示其面向200mm晶圆的“先
制作通孔” TSV工艺流程,实际上,在成员公司组成的虚拟工艺线中制作的第一批晶圆预计于2007年年底完成。然而更为重要的是,我们看到第一批客户实际上已经计划在2008年将TSV引入产品中,并于当年向市场推出使用TSV的初期产品。预计存储器以及特种产品制造商将会成为第一批使用者,逻辑电路提供商将紧随其后。
第二年将面临新的挑战 在2008年,联盟将继续研究面向200 mm晶圆的技术,但总体目标将是进一步稳定工艺,提高生产能力并降低设备成本。另外,将会使用更薄的晶圆,来制造长度更短、尺寸更小、深宽比更低的互连,从而更进一步地降低“先制作通孔”和“后制作通孔”TSV工艺对应的制造成本。(注:EMC-3D使用“先制作通孔”来表示在晶圆减薄之前进行互连孔制作的工艺流程,而使用“后制作通孔”表示在减薄之后进行互连孔制作的工艺流程。)由于面向300 mm的研究计划在第三年开始,客户们,特别是存储器部分,非常希望能够加快进程。如果所有成员公司在下一年里能够具备300 mm的加工能力,这一目标将是可行的。
需要重点指出的是,和一些联合体不同,EMC-3D开发的不是一种捆绑式授权的工艺流程,联盟不拥有任何知识产权(IP)。对于工艺流程的每一步骤,成员公司保留其自身IP的拥有权。终端用户可以选择他们需要的工艺模块,或者如果他们想对整个流程投资,他们可以和各对应成员公司分别独立地进行工艺的合法移交。EMC-3D的这种对集体IP的非拥有属性提供了一种开放式结构,使终端用户可以自由选择适合自己的提供商,诸如光刻、电镀、深反应离子刻蚀(DRIE)、激光钻蚀、键合以及其他工艺步骤,以进行长期合作。
展望未来
在第三年末之前,EMC-3D寻求将TSV虚拟工艺流程的总体拥有成本(CoO)降低到每片200美元以下。与来自整个封装工业界的专家们合作,这样的CoO目标将使得TSV可以与现存的封装技术竞争,并得到极大的形状因素和性能提升。因而,我们将在这个十年末看到一个转折点,TSV将成为存储器封装、DRAM和闪存的新标准,在下一个十年的初期,第一批使用TSV的集成器件样品将会面世。