c制程漸成熟 有助3C產(chǎn)品微縮設計

　　行動(dòng)運算產(chǎn)品市場(chǎng)持續朝產(chǎn)品薄化方向設計，目前相關(guān)設計多使用整合晶片減少元件用量，對于異質(zhì)核心的封裝整合，若仍使用舊有的封裝技術(shù)將會(huì )造成成品元件仍具一定程度占位面積，必須利用堆疊與更復雜的3DIC技術(shù)進(jìn)行元件整合的積極微縮設計…

　　矽晶片的制程技術(shù)，一直是推進(jìn)行動(dòng)終端產(chǎn)品躍進(jìn)式升級、改善的關(guān)鍵驅動(dòng)力，以往透過(guò)SoC(systemonachip)將不同用途的異質(zhì)核心進(jìn)行整合，目前已經(jīng)產(chǎn)生簡(jiǎn)化料件、縮減關(guān)鍵元件占位面積的目的，但隨著(zhù)使用者對于行動(dòng)裝置或可攜式裝置的薄化、小型化要求越來(lái)越高，異質(zhì)功能晶片除要求高度整合成單晶片外，也對整合的元件體積要求越來(lái)越高!還必須在整合元件的占位面積進(jìn)一步進(jìn)行縮減。

　　SoC整合的趨勢與效益明顯，越來(lái)越多晶片產(chǎn)品采用高度整合方式簡(jiǎn)化系統架構復雜度。Altera

　　記憶體晶片構造較單純，使用3DIC制程具大幅擴增容量效益，圖為IBM利用3DIC技術(shù)制作的多記憶體晶片堆疊封裝構造示意圖。IBM

　　WireBonding使用效益有限業(yè)者積極發(fā)展微縮制法

　　早期的整合封裝方式，是將各功能晶片利用打線(xiàn)連接(WireBonding)，雖可在功能性滿(mǎn)足多晶片整合的要求，同時(shí)也可以縮減至少30%~40%的載板占位面積，因為功能晶片間的傳輸匯流排、電子線(xiàn)路等已經(jīng)在同一個(gè)封裝內處理完成，對于晶片對外的線(xiàn)路布線(xiàn)需求即消失了，自然載板即可再進(jìn)一步縮減。

　　但在得到30%~40%載板面積縮減的跳躍式巨幅改善后，想進(jìn)一步進(jìn)行縮減，在制程與IC技術(shù)卻碰到新的開(kāi)發(fā)瓶頸，因為在物理限制下晶片的微縮程度已經(jīng)達到高峰，若要進(jìn)一步再微縮設計獲得較大幅的改善效益，反而要從封裝制程上著(zhù)手。例如，原本平整利用金屬打線(xiàn)整合的多晶片封裝，改用晶片堆疊方式進(jìn)行，甚至連較占空間的金屬打線(xiàn)都改用IC制程處理，進(jìn)一步縮減晶片間在封裝體內部的間隙，達到更大幅度的晶片微縮設計。

　　TSV技術(shù)可有效提升IC功能

　　即便透過(guò)IC制程的封裝改善，僅能再把晶片本身體積進(jìn)行有限的微幅縮減，雖對于異質(zhì)核心的整合晶片本身微縮效益有限，若將此技術(shù)整合于記憶體之類(lèi)的同質(zhì)晶片封裝，由于利用IC制程的整合設計可讓同時(shí)可裝載的晶片數量增加，讓原先受限于封裝技術(shù)無(wú)法大量堆疊的晶片進(jìn)一步進(jìn)行微縮整合，即可創(chuàng )造倍數計的應用價(jià)值提升。

　　而在眾多微縮制程的封裝技術(shù)中，以TSV(Through-SiliconVia)直通矽晶穿孔封裝技術(shù)目前頗受業(yè)界關(guān)注，TSV為能讓3DIC封裝滿(mǎn)足IC業(yè)界摩爾定律(Moore’sLaw)產(chǎn)品演進(jìn)速度的一種晶片內的互連技術(shù)。TSV設計概念是源自高密度多層印刷電路板(PCB)設計，TSV封裝方式可以如同千層派般層層堆疊數片功能晶片，封裝技術(shù)將電力互相連接的三次元(3D)堆疊封裝(StackPackage)方式，這可以使TSV封裝方法較傳統采平面(2D)形式配置晶片的封裝技術(shù)進(jìn)入3D的晶片堆疊技術(shù)，目前TSV技術(shù)已有相關(guān)產(chǎn)品應用于市場(chǎng)。

　　TSV難度高線(xiàn)路成形制法為成功關(guān)鍵

　　以TSV立體堆疊技術(shù)來(lái)說(shuō)，實(shí)踐TSV封裝方案的關(guān)鍵包括晶圓薄化、鉆孔、導電材質(zhì)填孔、晶圓與晶圓間的連接處理等，TSV的晶片堆疊方式并不是采行以往2DIC整合常見(jiàn)的打線(xiàn)接合(WireBonding)方式來(lái)制作不同晶片的連接處理，而是使用在晶片上進(jìn)行鉆孔打洞方式于晶片底部填入金屬材料。

　　實(shí)際的作法與步驟是：在每一組矽晶圓以蝕刻或雷射型式來(lái)進(jìn)行鉆孔(via)處理，制作出可以貫通每一層晶片的導線(xiàn)空間(此為前置處理步驟)，接著(zhù)再利用銅、多晶矽、鎢…等導電材料來(lái)填滿(mǎn)各層晶片預先處理的線(xiàn)路管徑，透過(guò)導孔以導電物連結后形成電子電路通道(內部接合線(xiàn)路)，進(jìn)行訊號或電力連接目的，當內部線(xiàn)路處理完成后，再將晶圓或者是晶粒施加薄化研磨處理，或再搭配堆疊、結合(Bonding)等加工制程進(jìn)行制作，TSV即為將多IC晶片整合的關(guān)鍵堆疊技術(shù)。

　　TSV技術(shù)其實(shí)也不見(jiàn)得僅能將導線(xiàn)設置于晶片的四周。因為T(mén)SV的觀(guān)念是全3D立體布線(xiàn)的思維，原有2D概念的原件布局可以改垂直方向的3D堆疊，至于內部連接線(xiàn)路除了利用晶片周?chē)M(jìn)行連接外，TSV技術(shù)也可將線(xiàn)路連接處設計于穿越晶片本身，連接線(xiàn)也可以在晶片中間或是設置需求處。這種彈性的線(xiàn)路連接方式，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化內部線(xiàn)路連接型態(tài)，可讓晶片內的傳輸線(xiàn)距以最佳化的距離進(jìn)行設計，使內部連接路徑以更短的距離達到連接需求。

　　采行TSV制法效益多已有記憶體產(chǎn)品導入市場(chǎng)

　　TSV除改善傳輸或信號線(xiàn)距外，因為點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸線(xiàn)距使得導通路徑縮短，這在電子電路應用中可以產(chǎn)生相當多的效益!例如，該線(xiàn)路可以傳輸更高頻的信號，該線(xiàn)路的阻抗也可以因傳輸距離縮減而相對應減少，自然線(xiàn)路雜訊問(wèn)題也可獲得改善，元件的效能同時(shí)可以獲得提升，對于部分高效應用可能產(chǎn)生的晶片核心高熱現象，也可善用TSV的線(xiàn)路設置彈性，將容易聚集高熱的關(guān)鍵元件核心進(jìn)行導電線(xiàn)路制作，除訊號傳遞效果外也可將晶片核心的高熱透過(guò)多元導通線(xiàn)路進(jìn)行內部溫度逸散途徑。

　　另外，TSV技術(shù)可以讓異質(zhì)晶片堆疊透過(guò)連接線(xiàn)達到高密度構裝，并可應用于類(lèi)比、數位或同時(shí)存在類(lèi)比/數位晶片的封裝場(chǎng)合，且矽基、記憶體與射頻元件等產(chǎn)品均適用。

　　此外，TSV的立體互連技術(shù)優(yōu)勢，也較打線(xiàn)接合的晶片連接型式有更多的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，具更短的內部互連路徑、線(xiàn)路的電阻/電感值更低，亦可在傳遞訊號與晶片內的電力配送更具效率，甚至TSV制作方式另?yè)碛锌刹幌拗坡憔Ф询B數量，導入技術(shù)的優(yōu)勢相當顯著(zhù)，目前在CMOSSensor、記憶體產(chǎn)品已逐步導入TSV技術(shù)改善產(chǎn)品效能，此外在基頻IC、射頻IC與SoC處理器等應用領(lǐng)域，也會(huì )持續增加。

　　觀(guān)察TSV制程現況，目前包含Via-first(先鉆孔)及Via-last(后鉆孔)兩種技術(shù)實(shí)踐方法，其中以后鉆孔的技術(shù)困難度與挑戰性較低，已較早導入相關(guān)產(chǎn)品應用，加上在晶片內線(xiàn)路制作的結構較大、亦較容易制做完成，對于業(yè)者來(lái)說(shuō)也可以自SiP(SysteminaPackage)設計方法中延續制程技術(shù)進(jìn)行封裝法進(jìn)階改善，也吸引不少業(yè)者投入進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。

　　而先鉆孔制程中必須將通道制作完成于其半導體制程之前，技術(shù)方面的難度較高，元件的制程構造本身就相當復雜，對形成通道作法難度更顯困難，但實(shí)際上先鉆孔制程可讓通道線(xiàn)路品質(zhì)更好，先鉆孔制作方案具高傳輸效益，對于需要較高內部連接速度的高階整合晶片設計需求，先鉆孔有較高的使用附加價(jià)值。