A Sony és az imec bemutatnak egy magas sűrűségű modult a hátsó oldal csatlakoztatására, amely lehetővé teszi a következő generációs 3D-chippek integrációját

Ábra 1 – Sématikus összehasonlítás a hagyományos „Via-Middle“ megközelítés (balra) és a „Local-BDI“ TSV megközelítés között, feltételezve 115 nm-es cellamagasságot és 500 nm-es szilíciumvastagságot.

Ábra 2 – A láncellenállás függése a TSV/MOL-átmenő szerkezetektől az összefogási hibától egy 30 nm-es összefogási ablak esetén. A folytonos fekete vonal a szimulációs eredményeket ábrázolja; a szaggatott vonalak ±5 %-os eltérést jelölnek.

– A Sony és az imec bemutat egy újszerű modult a sűrűn elhelyezkedő, hátsó oldalról történő, 100 nm alatti áthidaló (TSV) vezetékek integrálására, amely egy önállóan igazított módszeren alapul a helyi dielektromos szigeteléshez a hátsó oldalon (helyi BDI).
– Az így kialakított front-to-back TSV-k kedvezőbb oldalhossz-számítással rendelkeznek, mint a hagyományos Via-Middle TSV módszerrel készült TSV-k, háromszor alacsonyabb ellenállással, háromszor nagyobb átfedési ablakmérettel és alacsonyabb szivárgási áramokkal.
– Az újszerű integrációs koncepció megoldást kínál a sűrű hátsó oldalú kapcsolatokra, amelyek a következő generációs félvezető eszközök esetében vastag szilíciumon keresztül haladnak.
– „A helyi BDI-modul lehetővé teszi új 3D integrációs koncepciók alkalmazását számos felhasználási területen, többek között fejlett logikai és memória alkalmazásokban”, – Zsolt Tokei, az imec

Az imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a fejlett félvezető technológiák területén, és a Sony Semiconductor Solutions Corporation (Sony) közösen mutattak be egy újszerű integrációs modult a magas sűrűségű hátsó oldalú kapcsolatokhoz az IEEE/JSAP 2026 VLSI technológiai és áramkör szimpóziumon, amely a 3D-stacking és hátsó funkcionális technológiák kulcsfontosságú komponense. A modul egy önállóan igazított helyi dielektromos szigetelési lépésen alapul a hátsó oldalon (Local BDI), amely magas sűrűségű front-to-back Through-Si Vias (TSV-k) kialakítását teszi lehetővé alacsony ellenállással és alacsony szivárgási áramokkal, miközben az átfedési ablak háromszor nagyobb a hagyományos TSV-technikához képest. A Local-BDI-TSV megközelítés egy olyan integrációs módszer, amely lehetővé teszi új 3D integrációs koncepciók alkalmazását számos felhasználási területen, beleértve a logikai és memória egységeket is.

A hátsó oldal funkcionálisítása és a 3D-stacking kulcsfontosságú technológiák a következő generációs félvezető eszközök számára. Magas sűrűségű hátsó kapcsolatokra van szükség a finoman strukturált aktív elülső oldal és a kevésbé sűrű szerkezetű wafer hátsó oldal közötti összeköttetés biztosításához. Egy ígéretes megközelítés a hátsó oldal kapcsolatok kialakítására a Via-Middle TSV módszer. Ez a módszer lehetővé teszi a magas sűrűségű kapcsolatot az elülső és hátsó oldal között, azonban a TSV-k általában kedvezőtlen oldalhossz-számítással rendelkeznek, ami kihívásokat jelent mind az aranyozás, mind az elektromos teljesítmény szempontjából.

A Sony és az imec most bemutatnak egy alternatív modult a hátsó oldalú TSV-k integrálására, amelyet „helyi BDI”-nek neveznek. Ennek a modulnak a központi eleme egy önállóan igazított szigetelési szerkezet, amely a TSV-k és a wafer elülső aktív területe közötti átfedési helyen jön létre (lásd az 1. ábrát). Ez az új megközelítés a hátsó oldalú kapcsolatokhoz jelentős előnyöket kínál a hagyományos Via-Middle TSV módszerhez képest.

Zsolt Tokei, az imec munkatársa és 3D-rendszerintegrációs programigazgató: „A már meglévő, magas sűrűségű és keskeny áthidaló (MOL) kialakítású, elülső oldali átvezetéseken alapulva, modulunk először teszi lehetővé szélesebb TSV-k közötti átmenetet az aktív elülső oldal és a wafer hátsó oldala között. A helyi BDI-TSV-k a Via-Middle TSV-hez képest 50%-kal nagyobb kritikus mérettel (CD) rendelkeznek az alsó és felső részen, ami megkönnyíti az aranyozási folyamatot és háromszor növeli ellenálló képességüket. A folyamat továbbá növeli a hibás igazítások toleranciáját a TSV-k és a keskeny MOL-viasok között akár 30 nm-ig – például egy 115 nm-es cella magasságú standard cella konfiguráció esetében. Emellett a beállított szerkezetek az átfedési ablakon belül kiváló szigetelést biztosítanak a környező Si-alkalmazás ellen, amint az szivárgási árammérésekből kiderül.”

A folyamat a hagyományos FEOL-, MOL- és BEOL-feldolgozással kezdődik, majd wafer kötést és szilícium vékonyítás következik. A helyi BDI kialakítása a TSV-k és az aktív rétegek átfedési területein a dielektromos réteg konform bevonását és izotróp etetését foglalja magában, amelyet követ a TSV-árnyékolás. „A helyi BDI-modul lehetővé teszi új 3D integrációs koncepciók alkalmazását számos felhasználási területen – többek között fejlett logikai és memória alkalmazásokban”, – teszi hozzá Zsolt Tokei. „Ezen felül, ellentétben a hátsó oldalra épülő integrációs koncepciókkal, amelyek a maradék tömegszilícium eltávolításán alapulnak, modulunk lehetővé teszi TSV-k összekapcsolását tömegszilíciummal akár 500 nm vastagságban is. Ez különösen érdekes olyan alkalmazásoknál, mint például a DRAM, ahol a viszonylag vastag szilíciumréteget használják, amely a wafer hátsó oldalán marad.”

Takushi Shigetoshi, a Sony vezető menedzsere és a dolgozat fő szerzője hozzáteszi: „A 3D-összekapcsolás egyre növekvő jelentőséggel bír számos félvezető alkalmazásban, és kiemelten fontos, hogy különböző hátsó oldalú kapcsolódási koncepciókat fejlesszünk ki, amelyeket a célalkalmazás szerint lehet kiválasztani.”