Sony e imec presentano un modulo ad alta densità per il collegamento posteriore, che consente l'integrazione di chip 3D di prossima generazione

Figura 1 – Confronto schematico tra l'approccio tradizionale „Via-Middle“ (a sinistra) e l'approccio „Local-BDI“ TSV (a destra), assumendo un'altezza delle celle di 115 nm e uno spessore di silicio di 500 nm.

Figura 2 – Dipendenza della resistenza della catena dalle strutture TSV/MOL-Via dall'errore di sovrapposizione in una finestra di sovrapposizione di 30 nm. La linea nera continua rappresenta i risultati della simulazione; le linee tratteggiate indicano una deviazione del ±5 %.

– Sony e imec presentano un nuovo modulo per l'integrazione di through-silicon vias (TSV) posteriori ad alta densità e sub-100 nm, basato su una procedura autoadattativa per l'isolamento dielettrico locale sul retro (local BDI).
– I TSV front-to-back così ottenuti presentano un rapporto di aspetto più favorevole rispetto ai TSV prodotti con una procedura tradizionale Via-Middle-TSV, con una resistenza tre volte inferiore, una finestra di sovrapposizione tre volte più ampia e correnti di perdita inferiori.
– Il nuovo concetto di integrazione offre anche una soluzione per connessioni posteriori ad alta densità, che devono attraversare uno spessore relativamente spesso di silicio nei dispositivi di prossima generazione.
– „Il modulo BDI locale consentirà nuove strategie di integrazione 3D per una vasta gamma di applicazioni, tra cui logica avanzata e memorie“, – Zsolt Tokei, imec

Imec, centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nelle tecnologie avanzate per i semiconduttori, e Sony Semiconductor Solutions Corporation (Sony) hanno presentato congiuntamente al Simposio IEEE/JSAP 2026 sulla tecnologia e i circuiti VLSI un nuovo modulo di integrazione per connessioni posteriori ad alta densità – componenti chiave delle tecnologie di stacking 3D e funzionalizzazione posteriore. Il modulo si basa su un passo di isolamento dielettrico locale autoadattativo sul retro (Local BDI), che porta a TSV front-to-back ad alta densità con bassa resistenza e correnti di perdita ridotte, con una finestra di sovrapposizione tre volte più grande rispetto ai metodi TSV tradizionali. L'approccio Local-BDI-TSV è un metodo di integrazione che permette nuove strategie di integrazione 3D per molteplici applicazioni, tra cui logica e memorie.

La funzionalizzazione del retro e lo stacking 3D sono tecnologie chiave per i dispositivi di prossima generazione. Richiedono connessioni posteriori ad alta densità per garantire la connettività tra la parte attiva frontale a struttura fine e il retro del wafer meno denso. Un approccio promettente per la realizzazione di connessioni posteriori è la procedura Via-Middle-TSV. Sebbene questa permetta una connessione ad alta densità tra fronte e retro, i TSV tipicamente presentano un rapporto di aspetto sfavorevole, che crea sfide sia per la metallizzazione che per le prestazioni elettriche.

Sony e imec presentano ora congiuntamente un modulo alternativo per l'integrazione di TSV posteriori, denominato „local BDI“. Il cuore di questo modulo è costituito da una struttura di isolamento autoadattativa, formata localmente nell'area di sovrapposizione tra TSV e la regione attiva sulla parte frontale del wafer (vedi anche Figura 1). Questo nuovo approccio alla connettività posteriore offre vantaggi significativi rispetto alla procedura TSV Via-Middle tradizionale.

Zsolt Tokei, Fellow di imec e direttore del programma di integrazione di sistemi 3D: „Partendo dalle già presenti sul fronte del wafer, ad alta densità e con sezioni strette di through-contact (cioè i contatti MOL - Middle-of-Line), il nostro modulo consente per la prima volta il passaggio a connessioni TSV molto più larghe tra la parte attiva frontale e il retro del wafer. Rispetto a un approccio Via-Middle-TSV, i TSV BDI locali presentano una dimensione critica (CD) superiore del 50% sulla parte superiore e inferiore, semplificando il processo di metallizzazione dei TSV e migliorandone la resistenza di tre volte. Il processo aumenta anche la tolleranza per disallineamenti tra TSV e i sottili MOL-vias fino a 30 nm – dimostrato con una configurazione di celle standard di altezza 115 nm. Inoltre, le strutture autoadattative all’interno di questa finestra di sovrapposizione migliorata offrono un isolamento molto efficace rispetto al substrato di silicio circostante, come evidenziato dalle misure di corrente di perdita.“

Il processo inizia con le tecniche tradizionali FEOL, MOL e BEOL, seguite da bonding del wafer e dalla limatura del silicio. La formazione locale di BDI nelle aree di sovrapposizione tra TSV e strati attivi comprende la deposizione conformale di un dielettrico e un'erosione isotropica, seguite dalla metallizzazione dei TSV. „Il modulo BDI locale consentirà nuove strategie di integrazione 3D per molteplici applicazioni“, aggiunge Zsolt Tokei. „Inoltre, il nostro modulo, a differenza di concetti di integrazione posteriori basati sulla rimozione del silicio bulk residuo, permette di collegare TSV attraverso il silicio bulk con uno spessore fino a 500 nm. Ciò è di interesse per applicazioni come il DRAM, che sfruttano lo spessore relativamente spesso del silicio residuo sul retro del wafer.“

Takushi Shigetoshi, Senior Manager di Sony e principale autore del lavoro, aggiunge: „L'integrazione 3D sta assumendo un'importanza crescente in molte applicazioni di semiconduttori, ed è fondamentale sviluppare diversi concetti di connessione posteriore, che possano essere scelti in base all'applicazione finale.“