Sony a imec představují vysoce hustý modul pro zadní spojení, který umožňuje integraci 3D čipů příští generace

Obrázek 1 – Schematické srovnání mezi (vlevo) tradičním přístupem „Via-Middle“ a (vpravo) přístupem „Local-BDI“-TSV za předpokladu výšky buňky 115 nm a tloušťky křemíku 500 nm.

Obrázek 2 – Závislost řetězového odporu struktur TSV/MOL-Via na chybě překryvu při okně překryvu 30 nm. Plná černá čára představuje výsledky simulace; přerušované čáry označují odchylku ±5 %.

– Sony a imec představují nový modul pro integraci hustých zadních průchodových spojů (TSV) menších než 100 nm, založený na samostatném procesu lokální dielektrické izolace na zadní straně (local BDI).
– Výsledné front-to-back TSV mají ve srovnání s TSV vyrobenými tradičním procesem Via-Middle TSV poměr stran příznivější, třikrát nižší odpor, třikrát větší překrývací okno a nižší únikové proudy.
– Tento inovativní integrační koncept nabízí řešení pro husté zadní spojení, která musí procházet relativně silným křemíkem u polovodičových zařízení příští generace.
– „Lokální BDI modul umožní nové 3D integrační koncepty pro širokou škálu použití, včetně pokročilých logických a paměťových aplikací,“ – Zsolt Tokei, imec

Imec, celosvětově přední výzkumné a inovační centrum pro pokročilé polovodičové technologie, a Sony Semiconductor Solutions Corporation (Sony) společně představily na IEEE/JSAP Symposium 2026 pro VLSI technologie a obvody inovativní integrační modul pro husté zadní spojení – klíčové komponenty technologií 3D stacking a zadního funkčního vrstvení. Modul je založen na samostatném kroku lokální dielektrické izolace na zadní straně (Local BDI), což vede k hustým front-to-back průchodovým spojům (TSV) s nízkým odporem a nízkými úniky, přičemž překryvné okno je třikrát větší než u tradičních TSV. Přístup Local-BDI-TSV je metoda integrace, která umožňuje nové 3D integrační koncepty pro širokou škálu použití, včetně logických a paměťových bloků.

Funkčnost zadní strany a 3D stacking jsou klíčové technologie pro polovodičová zařízení příští generace. Vyžadují husté zadní spojení, které zajistí konektivitu mezi jemně strukturovanou aktivní přední stranou a méně hustou strukturou zadní strany waferu. Nadějným přístupem k výrobě zadních spojení je proces Via-Middle TSV. Tento přístup umožňuje sice husté spojení mezi přední a zadní stranou, ale TSV mají obvykle nepříznivý poměr stran, což přináší výzvy jak při metalizaci, tak při elektrickém výkonu.

Sony a imec nyní společně představují alternativní modul pro integraci zadních TSV, označovaný jako „local BDI“. Srdcem tohoto modulu je samostatná izolační struktura, která je lokalizovaně vytvářena na překryvné oblasti mezi TSV a aktivní oblastí přední strany waferu (viz také obrázek 1). Tento nový přístup k zadní konektivitě přináší významné výhody oproti tradičnímu Via-Middle TSV procesu.

Zsolt Tokei, Fellow imec a ředitel programu pro 3D systémovou integraci: „Na základě již existujících hustých a úzkých průchodů na přední straně waferu (tzv. Middle-of-Line průchody, MOL) umožňuje náš modul poprvé přechod k výrazně širším TSV spojům mezi aktivní přední stranou a zadní stranou waferu. Ve srovnání s Via-Middle TSV mají lokální BDI TSV o 50 % větší kritické rozměry (CD) na spodní a horní straně, což zjednodušuje proces metalizace TSV a zvyšuje jeho odolnost třikrát. Proces také zvyšuje toleranci vůči nesouladům mezi TSV a úzkými MOL průchody až do 30 nm – což bylo demonstrováno na konfiguraci standardních buněk s výškou 115 nm. Navíc samostatné struktury s přesnou lokalizací v rámci tohoto vylepšeného překryvného okna poskytují velmi dobrou izolaci vůči okolnímu Si substrátu, jak ukazují měření únikových proudů.“

Proces začíná tradičním zpracováním FEOL, MOL a BEOL, následovaným spojováním waferů a tenčením křemíku. Lokální tvorba BDI v překryvných oblastech TSV a aktivních vrstev zahrnuje konformní depozici dielektrika a isotropní leptání, po kterém následuje metalizace TSV. „Lokální BDI modul umožní nové 3D integrační koncepty pro širokou škálu použití – včetně pokročilých logických a paměťových aplikací,“ dodává Zsolt Tokei. „Navíc náš modul, na rozdíl od konceptů zadní strany založených na odstranění zbývajícího bulkového Si, umožňuje spojení TSV skrze bulkový Si s tloušťkou až 500 nm. To je zvláště zajímavé pro aplikace jako DRAM, které využívají relativně silnou vrstvu Si na zadní straně waferu.“

Takushi Shigetoshi, senior manažer Sony a hlavní autor práce, dodává: „3D integrace nabývá na významu v široké škále polovodičových aplikací, a je velmi důležité vyvíjet různé koncepty zadního připojení, které lze podle cílové aplikace vybírat.“