图书介绍
3D集成手册 3D集成电路技术与应用pdf电子书版本下载
- （美）菲利普·加罗，克里斯多夫·鲍尔，（德）彼得·兰姆著 著
- 出版社： 北京：中国宇航出版社
- ISBN：9787515913001
- 出版时间：2017
- 标注页数：714页
- 文件大小：96MB
- 文件页数：749页
- 主题词：集成电路工艺－手册
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图书目录
第1章 3D集成概述 1
1.1 引言 1
1.2 晶圆堆叠技术的发展 3
1.3 3D封装与3D集成 3
1.4 非TSV的3D叠层技术 5
1.4.1 Irvine传感器 5
1.4.2 超薄芯片叠层（UTCS）（IMEC，CNRS，U.Barcelona） 6
1.4.3 富士通公司 6
1.4.4 Fraunhofer/IZM研究所 8
1.4.5 3D Plus公司与Leti公司 8
1.4.6 东芝公司系统封装模块 9
参考文献 10
第2章 3D集成的驱动力 11
2.1 引言 11
2.2 电性能 11
2.2.1 信号传输速度 11
2.2.2 存储器的延迟 14
2.3 功耗与噪声 16
2.3.1 噪声 16
2.4 外形尺寸 16
2.4.1 非易失性存储器技术：闪存 17
2.4.2 易失性存储器技术：静态随机存取存储器（SRAM）与动态随机存取存储器（DRAM） 17
2.4.3 CMOS图形传感器 18
2.5 低成本 18
2.6 应用驱动 19
2.6.1 微处理器 19
2.6.2 存储器 19
2.6.3 传感器 19
2.6.4 现场可编程逻辑门阵列（FPGA） 19
参考文献 20
第3章 3D集成工艺技术概述 22
3.1 3D集成技术概述 22
3.1.1 硅通孔技术（TSVs） 22
3.1.2 晶圆减薄 23
3.1.3 晶圆／IC对准键合 24
3.2 工艺流程 25
3.3 3D集成技术 30
3.3.1 TSV制作 30
3.3.2 载体晶圆的临时键合 34
3.3.3 减薄工艺 34
3.3.4 对准与键合 35
参考文献 39
第一篇 硅通孔制作 43
第4章 硅通孔的深反应离子刻蚀（DRIE） 43
4.1 引言 43
4.1.1 实现硅片贯穿互连技术的深反应离子刻蚀 43
4.1.2 DRIE的技术状态与基本原理 43
4.1.3 Bosch工艺 44
4.1.4 通孔制备方法的选择 45
4.2 DRIE设备及特征 48
4.2.1 高密度等离子体反应器 49
4.2.2 等离子体化学 52
4.2.3 等离子体诊断和表面分析 53
4.3 DRIE工艺 55
4.3.1 掩模问题 55
4.3.2 高深宽比形貌 58
4.3.3 侧壁钝化、去钝化及剖面控制 63
4.4 通孔刻蚀实用方案 67
4.4.1 钻蚀和凸凹环纹减少 67
4.4.2 侧壁粗糙度优化 67
4.4.3 负载效应 70
4.4.4 介电层开槽 71
4.4.5 通孔结构检测 71
4.4.6 槽深原位测量 73
4.5 小结 75
附录A：缩写词术语表 76
附录B：DRIE菜单示例 77
参考文献 78
第5章 激光熔蚀 82
5.1 引言 82
5.2 激光技术在3D封装中的应用 82
5.2.1 优点 82
5.2.2 缺点 83
5.3 激光技术在硅衬底中的应用 83
5.3.1 难点 83
5.3.2 应用效果 83
5.4 3D芯片叠层成果 88
5.5 可靠性 91
5.6 展望 91
参考文献 92
第6章 二氧化硅 93
6.1 引言 93
6.2 介质CVD 93
6.2.1 SACVD 94
6.2.2 臭氧激活SACVD沉积的工艺顺序 96
6.2.3 3D集成用保形性SACVD O3TEOS膜 96
6.3 介质膜性质 99
6.4 3D集成工艺中SiO2介质相关工艺 100
6.4.1 晶圆预处理 100
6.4.2 TSV中二氧化硅膜保形性的晶圆背面处理要求 100
6.4.3 薄硅衬底上SiO2膜沉积工艺 101
6.5 小结 102
参考文献 103
第7章 有机介质 104
7.1 帕利灵（Parylene） 104
7.1.1 TSV中的帕利灵 105
7.1.2 帕利灵的限制 107
7.2 等离子聚合化苯并环丁烯（BCB） 108
7.3 有机绝缘物的喷涂 108
7.4 有机物激光钻孔 111
7.5 小结 111
参考文献 112
第8章 铜电镀 114
8.1 引言 114
8.2 铜电镀设备 115
8.3 铜电镀工艺 115
8.3.1 铜衬里 117
8.3.2 钉头与无钉头的铜全填充 118
8.4 影响铜电镀的因素 120
8.4.1 通孔剖面和平滑度 120
8.4.2 绝缘、阻挡、种子层覆盖 121
8.4.3 形貌润湿 122
8.5 电镀化学物 122
8.5.1 酸性硫酸铜化学物 122
8.5.2 甲磺酸化学物 123
8.5.3 氰化物 124
8.5.4 其他铜电镀化学物 124
8.6 电镀工艺需求 124
8.6.1 超保形沉积机理 124
8.6.2 波形和电流密度对填充性能的影响 126
8.6.3 沉积波形效应对填充性能的影响 128
8.6.4 特征尺寸对填充时间的影响 128
8.6.5 形貌尺寸过覆盖层的关系 129
8.6.6 镀液分析与维护 129
8.7 小结 130
参考文献 131
第9章 W和Cu化学气相沉积金属化 134
9.1 引言 134
9.2 商用先驱物 135
9.2.1 TiN先驱物 135
9.2.2 铜先驱物 135
9.2.3 钨先驱物 136
9.3 沉积工艺流程 136
9.3.1 阻挡层沉积 137
9.3.2 黏附层 139
9.3.3 铜沉积 140
9.3.4 TSV填充中钨CVD的应用 142
9.4 包括填充和回刻／CMP的完整TSV金属化 143
9.4.1 W-CVD金属化 143
9.4.2 Cu CVD金属化 145
9.5 小结 145
参考文献 147
第二篇 晶圆减薄与键合技术 151
第10章 薄晶圆的制造、处理及划片技术 151
10.1 薄芯片的应用 151
10.2 主要问题：减薄和晶圆翘曲 151
10.2.1 现象的产生原因 152
10.3 减薄 153
10.3.1 研磨参数 153
10.3.2 研磨参数的相互影响 154
10.4 稳定性与柔韧性 156
10.4.1 芯片断裂强度与柔韧性的测试 157
10.4.2 统计和分析 158
10.5 芯片厚度、理论模型与宏观特征 159
10.5.1 芯片厚度 159
10.5.2 理论模型 159
10.5.3 芯片宏观特征：芯片强度、柔韧性、粗糙度及硬度 160
10.5.4 从原始晶圆到处理后的芯片，发生改变了么 163
10.6 薄晶圆的防护：膜与传递系统 164
10.6.1 传递晶圆及芯片用的特殊膜 164
10.6.2 传送系统 165
10.7 芯片分割：划片影响芯片的强度 166
10.7.1 传统的机械切割 167
10.7.2 激光切割 169
10.7.3 方法对比 172
10.8 结论 176
10.9 总结 177
参考文献 178
第11章 3D集成的键合技术概述 179
11.1 引言 179
11.2 直接键合 179
11.2.1 直接键合工艺原理 179
11.2.2 硅硅直接键合 180
11.2.3 金属表面活化键合 184
11.3 黏结键合和钎焊键合 185
11.3.1 聚合物黏结键合 186
11.3.2 金属钎焊和共晶键合 186
11.4 不同键合工艺的对比 188
参考文献 189
第12章 C2W和W2W集成方案 190
12.1 3D集成准则 190
12.1.1 不同的晶圆尺寸 190
12.1.2 不同的生产厂家 190
12.1.3 不同的衬底材料 190
12.1.4 不同的芯片尺寸 190
12.1.5 叠层数量 191
12.1.6 模块设计 191
12.1.7 成品率 191
12.1.8 生产能力 192
12.1.9 对准 192
12.1.10 成本 192
12.2 使能技术 193
12.2.1 已对准晶圆的键合 193
12.2.2 键合工艺 199
12.2.3 晶圆的临时键合及分离 203
12.2.4 C2W键合 205
12.3 3D互连集成方案 206
12.3.1 芯片面对面堆叠 206
12.3.2 芯片面对背堆叠 207
12.4 结论 208
参考文献 210
第13章 聚合物黏结键合技术 211
13.1 聚合物黏结剂键合原理 211
13.2 聚合物黏结剂键合的工艺要求和材料 212
13.3 聚合物黏结晶圆键合技术 214
13.4 键合工艺的特征参数 215
13.4.1 采用玻璃晶圆键合的光学检查 215
13.4.2 四点弯曲法表征键合强度 216
13.4.3 黏结晶圆键合技术的可靠性评估 217
13.5 结论 218
参考文献 219
第14章 金属间化合物键合 220
14.1 引言 220
14.2 技术理念 220
14.2.1 母材的选择 220
14.2.2 主要工艺方案 222
14.2.3 应用中的限制条件 223
14.3 结论 227
参考文献 228
第三篇 集成过程 231
第15章 商业应用 231
15.1 引言 231
15.2 片上芯片技术应用 231
15.2.1 索尼 231
15.2.2 英飞凌（Infineon） 232
15.3 TSV图像芯片 233
15.4 内存 234
15.4.1 三星（Samsung） 234
15.4.2 尔必达（Elpida） 236
15.4.3 Tezzaron和特许（Chartered） 236
15.4.4 日本电气（NEC） 237
15.4.5 美光（Micron） 240
15.5 微处理器和移动信息服务应用（Misc.） 240
15.5.1 英特尔（Intel） 240
15.5.2 美国国际商用机器公司（IBM） 241
参考文献 244
第16章 晶圆级3D系统集成 246
16.1 引言 246
16.1.1 3D系统集成的推动 246
16.1.2 技术概述 246
16.2 晶圆级3D系统集成技术 248
16.2.1 芯片-晶圆堆叠技术 248
16.2.2 垂直系统集成 253
16.3 可靠性问题 262
16.3.1 3D集成系统的失效 262
16.3.2 纳米压痕（nano-indentation）表征薄层材料 264
16.3.3 硅通孔的热-机械模拟 265
16.4 结论 267
参考文献 269
第17章 阿肯色大学互连工艺 272
17.1 引言 272
17.2 硅通孔（TSV）工艺流程 273
17.2.1 通孔的形成 273
17.2.2 通孔衬里 275
17.2.3 通孔填充 276
17.2.4 背面工艺 277
17.2.5 电学测试 279
17.3 芯片组装 281
17.4 系统集成 284
17.5 总结 285
参考文献 287
第18章 ASET的垂直互连技术 290
18.1 引言 290
18.2 制程工艺综述 291
18.3 Cu电镀的孔填充工艺 292
18.3.1 实验方法 292
18.3.2 结果与讨论 293
18.4 薄型晶圆的支撑 295
18.4.1 晶圆剥离方法 296
18.4.2 拉伸应力评估 296
18.4.3 薄型芯片的强度 297
18.4.4 讨论 298
18.5 3D芯片堆叠 298
18.5.1 3D芯片堆叠的技术问题 298
18.5.2 20μm节距互连的可焊性 299
18.5.3 层间微小缝隙的非导电胶（NCP）预成型工艺 304
18.5.4 垂直互连的制作 306
18.5.5 垂直互连的可靠性 310
18.6 芯片堆叠模块的热性能 312
18.6.1 热阻测试 312
18.6.2 钝化层的影响 313
18.6.3 新型冷却界面的研究 314
18.7 垂直互连的电性能 316
18.7.1 多层通孔的直流特性 316
18.7.2 多层通孔的交流特性 317
18.8 硅通孔的实际应用 318
18.9 结论 319
参考文献 320
第19章 CEA LETI的3D集成技术 323
19.1 引言 323
19.2 3D有效叠层中的电路转移 323
19.3 叠层的非破坏性特征 324
19.3.1 叠层界面检查 324
19.3.2 精对准测量 325
19.3.3 堆叠的减薄特性 325
19.4 3D集成应用发展的实例 327
19.4.1 掺杂多晶硅的硅通孔填充-先进封装 327
19.4.2 光电子器件的芯片与晶圆集成应用 329
19.4.3 晶圆到晶圆3D集成的示例 330
19.5 总结 335
参考文献 337
第20章 林肯实验室的3D电路集成技术 339
20.1 引言 339
20.2 林肯实验室晶圆级3D电路集成技术 339
20.2.1 3D制造过程 339
20.2.2 3D使能技术 342
20.2.3 3D技术的缩放比例 345
20.3 FDSOI晶体管与器件性能 347
20.4 3D电路及器件 349
20.4.1 3D激光雷达芯片 350
20.4.2 1024×1024可见光成像器 351
20.4.3 异质集成 351
20.5 总结 351
致谢 352
参考文献 353
第21章 IMEC的3D集成技术 355
21.1 引言 355
21.2 3D互连技术的关键因素 357
21.3 比利时微电子研究中心的3D集成技术 358
21.3.1 系统小型化的3D-SIP 358
21.3.2 3D-WLP 360
参考文献 369
第22章 MIT的铜热压键合制造工艺 371
22.1 引言 371
22.2 铜热压键合工艺 371
22.2.1 键合过程 371
22.2.2 键合机理 372
22.3 工艺流程 373
22.3.1 承载晶圆的黏结 375
22.3.2 衬底背面刻蚀和背面通孔的形成 376
22.3.3 晶圆对晶圆的对准和键合 377
22.3.4 承载晶圆的释放 377
22.3.5 临时性键合和释放的备选方案 379
22.4 讨论 380
22.4.1 金属作为中间介质的键合 380
22.4.2 铜的选择 381
22.4.3 背对面键合情况介绍 382
22.5 结论 383
参考文献 384
第23章 伦斯勒理工学院的3D集成工艺 386
23.1 引言 386
23.2 采用黏结晶圆键合和铜镶嵌内层互连的后通孔3D平台 386
23.3 后通孔3D平台的可行性验证：有着对准、键合、减薄以及内层晶圆互连工艺的链式通孔结构 387
23.4 带有镶嵌-图形化的金属／黏结剂再分层的先通孔3D平台 389
23.5 先通孔3D平台的可行性验证：采用CU/BCB再分布层的链式孔结构 391
23.6 单元工艺的发展 392
23.6.1 晶圆对晶圆的对准 392
23.6.2 黏结剂晶圆键合 393
23.6.3 氧化物-氧化物键合 394
23.6.4 铜-铜键合 394
23.6.5 钛基晶圆键合 395
23.7 碳纳米管（CNT,Carbon nanotube）互连工艺 396
23.8 结论 397
参考文献 398
第24章 Tezzaron半导体公司3D集成技术 400
24.1 简介 400
24.2 铜键合 400
24.2.1 铜键合的优点 400
24.2.2 铜键合的缺点 401
24.3 成品率问题 401
24.4 互连密度 401
24.5 3D DRAM的工艺需求 403
24.6 FaStack工艺综述 403
24.7 减薄前的键合 403
24.8 Tezzaron硅通孔技术 404
24.8.1 先通孔TSV 404
24.8.2 TSV作为减薄控制 404
24.8.3 TSVS作为对准标记 405
24.8.4 后道制程和前道制程 406
24.8.5 SuperVia TSVs 406
24.8.6 SuperContact TSV 407
24.8.7 TSV的特性和尺寸 408
24.9 叠层工艺流程的细节（采用SuperContacts工艺） 409
24.10 采用SuperVias技术的堆叠工艺流程 413
24.11 堆叠带来的额外问题 414
24.11.1 平坦化 414
24.11.2 边缘研磨 414
24.11.3 对准 414
24.11.4 键合点区域 416
24.12 工作下的3D器件 416
24.13 质量鉴定结果 417
24.13.1 键合晶圆共面测试 418
24.13.2 分层：大功率造成的（自身造成） 418
24.13.3 晶体管性能的漂移 418
24.13.4 寿命测试 419
24.13.5 高的加速应力测试（HAST） 420
24.14 FaStack总结 420
24.15 缩写和定义 420
第25章 Ziptronix公司3D集成 422
25.1 引言 422
25.2 直接键合 423
25.2.1 晶圆氧化直接键合 424
25.2.2 低温晶圆氧化直接键合 424
25.3 直接键合互连 429
25.3.1 DBI？工艺流程 430
25.3.2 DBI？物理和电子数据 431
25.3.3 DBI？靠性数据 432
25.4 工艺成本和供应链 432
参考文献 434
第26章 ZyCube 3D集成技术 436
26.1 引言 436
26.2 现今新型3D LSI-CSP传感器器件 438
26.2.1 新型芯片级封装工艺（ZyCSP） 438
26.2.2 硅通孔填充工艺 440
26.2.3 新型芯片级封装（ZyCSP） 442
26.3 未来的3D-LSI技术 443
参考文献 445
第四篇 设计、性能和热管理 449
第27章 北卡罗来纳州立大学的3D集成设计 449
27.1 为什么做3D集成 449
27.2 互连驱动案例研究 450
27.3 计算机辅助设计 453
27.4 讨论 454
参考文献 456
第28章 3D系统设计建模与设计方法 457
28.1 简介 457
28.2 建模和仿真 458
28.2.1 建模方法 459
28.2.2 元件级仿真 463
28.2.3 热压力对微电子机械系统的影响 473
28.2.4 复杂叠层结构仿真 473
28.2.5 系统级计算机辅助模型生成的方法 475
28.2.6 模型确认 478
28.2.7 设计流程中电路或行为模型的集成 479
28.3 3D集成的设计方法 483
28.3.1 低功耗设计 483
28.3.2 可测性设计 486
28.4 结论 487
参考文献 489
第29章 林肯实验室3D技术多项目电路设计与布局 492
29.1 介绍 492
29.2 3D设计与布局实践 492
29.3 设计与提交程序 493
参考文献 498
第30章 明尼苏达大学三维电路计算机辅助设计 499
30.1 介绍 499
30.2 3D设计的热分析 499
30.3 3D设计的热驱动布局与布线 501
30.3.1 热驱动3D布局 501
30.3.2 自动插入散热孔 503
30.3.3 热驱动3D布线 504
30.4 3D设计中功率网格设计 507
30.5 结论 508
参考文献 509
第31章 3D电路的电性能 510
31.1 引言 510
31.1.1 例1：移动电话的基带处理器 510
31.1.2 例2：蜂窝电话先进的人机接口 513
31.2 3D芯片叠层技术 515
31.2.1 3D工艺中背板连接的自调整 516
31.2.2 晶圆准备工作 517
31.2.3 CMOS工艺与正向金属化 517
31.2.4 晶圆减薄 519
31.2.5 通孔刻蚀与侧壁隔离 519
31.2.6 测试与流焊 519
31.3 3D连接的电性能 521
31.3.1 绝缘交叉电阻与孔金属电阻 521
31.3.2 焊球连接与铜线 522
31.3.3 孔与焊点 522
31.3.4 过孔桥 522
31.3.5 过孔漏电 522
31.3.6 用于仿真的等效电路 523
31.4 总结与结论 525
31.4.1 体视图 525
参考文献 527
第32章 3D集成电路测试技术 529
32.1 引言 529
32.2 3D集成的成品率 530
32.3 已知好芯片（KGD） 533
32.4 晶圆叠层与芯片叠层 534
32.5 3D叠层的容错控制 537
参考文献 538
第33章 垂直集成封装的热管理 539
33.1 引言 539
33.1.1 电子元器件的功耗 539
33.1.2 热管理的缘由 540
33.2 热传递机理 541
33.2.1 传导 541
33.2.2 对流 541
33.3 热封装模型 542
33.3.1 IC设计中温度和功耗分布预测 542
33.3.2 热封装的设计与优化 542
33.4 热封装测试 543
33.4.1 热阻件特性 543
33.4.2 功耗分布测量 543
33.5 热封装组件 543
33.5.1 热界面材料 543
33.5.2 先进空气热沉 545
33.5.3 强制对流液冷板 546
33.6 垂直集成封装的散热处理 547
33.6.1 传统背面散热的主要挑战 547
33.6.2 利用热通孔（TV）改善热传导 548
33.6.3 夹层的热管理 548
33.6.4 结论 549
参考文献 551
第五篇 应用 555
第34章 3D和微处理器 555
34.1 引言 555
34.2 3D微处理器系统的设计 556
34.2.1 概述 556
34.2.2 “逻辑电路＋存储器”叠层的例子：缓存堆叠 557
34.2.3 “逻辑电路＋逻辑电路”叠层：将一个微处理器分割到两个叠层中的示例 557
34.3 3D微处理器系统的制造 562
34.3.1 概述 562
34.3.2 铜键合晶圆叠层 564
34.3.3 使用金属键合的芯片叠层 566
34.4 结论 571
参考文献 572
第35章 3D存储器 574
35.1 引言 574
35.2 应用 575
35.3 再布线层（RDL） 578
35.4 晶圆穿孔互连（TWI） 579
35.5 堆叠 581
35.6 其他问题 583
35.7 3D存储器的未来 585
第36章 先进传感器阵列的3D读出集成电路 586
36.1 引言 586
36.2 3D ROIC的应用现状 587
36.2.1 国防高级研究计划局垂直互连传感器阵列（VISA）发展计划 587
36.2.2 DRS/RTI红外焦平面阵列 588
36.2.3 麻省理工学院林肯实验室（MIT Lincoln Laboratory）的3D成像器 591
36.2.4 东北大学（Tohoku University）的神经形态可视芯片 593
36.2.5 高能物理中的3D ROIC 595
36.3 结论 596
参考文献 597
第37章 功率器件 599
37.1 概述 599
37.2 半导体分立器件的晶圆级封装 599
37.3 功率MOSFET器件的封装 600
37.4 垂直MOSFET的CSP 602
37.5 垂直MOSFET的金属TWI工艺 606
37.6 TWI MOSFET CSP的未来预期 611
37.7 展望 613
参考文献 615
第38章 无线传感器系统——电子立方体计划 616
38.1 概述 616
38.2 电子立方体概念 618
38.3 使3D集成技术成为可能的方法 619
38.4 e-CUBES GHz无线电 622
38.4.1 针对汽车应用的2.4 GHz无线电 623
38.4.2 用于无线人体网络的17 GHz超低功率e-CUBES无线电 624
38.4.3 e-CUBES中射频MEMS的作用 625
38.5 e-CUBES的应用和发展路线 627
38.5.1 航空、航天领域的应用 628
38.5.2 汽车演示器 632
38.5.3 健康演示器 632
38.6 小结 633
参考文献 635