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半导体产业技术峰会 | 香港应用科技研究院高级总监史训清博士:三维IC技术实现芯片功能提升

编辑:chinafpd 2022-06-14 09:25:28 浏览:1486  来源:

  随着摩尔定律临近极限,先进封装已成为提升芯片性能的重要路径之一。而近年来,三维IC和小芯片技术成为业界热门话题,吸引了各大芯片厂商纷纷布局。在2022广东省半导体产业技术峰会上,香港应用科技研究院(以下简称:香港应研院)高级总监史训清博士作了三维集成及互联主题报告,分享了三维集成及互联技术的发展趋势及技术挑战,以及香港应研院在该技术上的研发情况。

  香港应用科技研究院高级总监史训清博士在线演讲

  史训清表示,三维IC和小芯片技术是当前半导体领域最热的话题。目前各大厂商为应对以5G、人工智能、自动驾驶以及元宇宙等应用的发展新机遇,更热衷于通过先进的小芯片封装技术,以加强其芯片计算能力及支持芯片异构集成,实现成本与性能的双提升。不过,他认为,“目前很多所谓三维IC技术,严格来说仍然是2.5D,并不是3D的。真正的三维IC技术,应该是把MEMS、Memory、Logic放置在一个芯片上。”

  “目前三维IC技术主要应用于跟高性能计算相关的CPU、GPU和NPU,可以把一些驱动芯片通过载板和第三代半导体器件,利用模组集成或被动的器件集成,再加上一些传感器件,形成一个三维集成的小芯片系统。”史训清表示。

  史训清表示,小芯片的三维互联技术优势主要体现在:一是可以大幅提高大型芯片的良率。通过小芯片设计,则可将超大型的芯片按照不同的功能模块切割成独立的小芯片,进行分开制造,这样就可以有效改善良率,同时降低生产成本;二是可以降低设计的复杂度和设计成本;三是降低芯片制造的成本,将系统芯片进行小芯片设计之后,不同的芯粒可以根据需要来选择合适的工艺,来分开制造,然后再通过先进封装技术进行组装,不需要全部都采用先进的工艺在一块晶圆上进行一体化制造,这样可以极大的降低芯片的制造成本;四是可以满足多样化市场需求,特别是满足应用端对定制芯片的需求。

  史训清表示,TSV技术是三维互联中的一个非常重要的技术。他介绍,TSV技术主要有深硅刻蚀形成微孔绝缘层/阻挡层/种子层的沉积、深孔填充、化学机械抛光、晶圆减薄、再分布线制备等工艺技术。

  他特别提到,TSV微孔的填充技术是三维集成的关键技术,也是难度较大的一个环节,TSV填充效果直接关系到集成技术的可靠性和良率等问题,而高的可靠性和良率对于三维TSV堆叠集成实用化是至关重要的。他表示,微孔的填充会受到很多因素的影响,比如受到很多电化学高分子材料分子以及一些物理参数的影响。

  怎么解决这个问题呢?史训清表示,现在比较热门的技术是用AI技术。他表示,香港应研院十几年前就开始做这方面的尝试,利用软件做虚拟设计,需要从物理、化学、流体力学等各个层面做全面考虑,然后再回到基于材料的开发,选用高分子结构进行相关的结构合成,然后对工艺本身进行工艺仿真,进而找到最优化的工艺参数,最后形成无缺陷的填充。

  另外,史训清介绍,在基片减薄过程中保持良好的完整性,避免裂纹扩展是TSV工艺过程中的另一个难点。

  他也介绍,针对三维互联芯片技术,香港应研院正进一步开发相关的材料和工艺,既可以做垂直互联,也可以做水平互联,还可以做各种类的三维互联,且开发出了自有知识产权的材料工艺,应用在不同的产品上,包括汽车MEMS、CIS,进而帮助一些企业开发三维的集成技术。

  2022广东省半导体产业技术峰会录播

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