Xperi:混合鍵合技術(shù)賦能3D堆疊應(yīng)用,從圖像傳感器到存儲(chǔ)器和高性能計(jì)算
發(fā)布時(shí)間:2019-03-15 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】3D堆疊技術(shù)憑借更高的性能、更低的功耗和更小的占位面積的優(yōu)勢,正成為高端應(yīng)用和成像應(yīng)用的新標(biāo)準(zhǔn)?!?.5D/3D硅通孔(TSV)和晶圓級(jí)堆疊技術(shù)及市場-2019版》報(bào)告作者、Yole先進(jìn)封裝技術(shù)和市場分析師Mario Ibrahim,近日有幸采訪了Xperi公司3D互聯(lián)和封裝研發(fā)副總裁Paul Enquist。
Xperi是一家上市高科技集團(tuán)公司,旗下DTS、FotoNation、Invensas和Tessera四個(gè)子公司均在各自領(lǐng)域擁有領(lǐng)先的科技專利和超過20年的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。其中,Tessera和Invensas是提供半導(dǎo)體封裝和互聯(lián)解決方案的先驅(qū),采用其技術(shù)的芯片已經(jīng)出貨超過1000億顆。
2018~2023年按市場細(xì)分的堆疊技術(shù)營收
數(shù)據(jù)來源:《2.5D/3D硅通孔(TSV)和晶圓級(jí)堆疊技術(shù)及市場-2019版》
混合鍵合技術(shù)包含直接堆疊的兩片晶圓,這些晶圓具有平面絕緣表面和隔離的銅互聯(lián)?;旌湘I合已經(jīng)在CMOS圖像傳感器(CIS)中取代了硅通孔(TSV)互聯(lián),在該應(yīng)用中達(dá)到了占位面積、TSV成本縮減以及混合鍵合工藝成本之間的盈虧平衡點(diǎn)。它現(xiàn)在被三星、蘋果和華為廣泛用于高端智能手機(jī)的CIS。Xperi是一家技術(shù)開發(fā)和許可公司,為混合鍵合工藝的開發(fā)和應(yīng)用做出了貢獻(xiàn),并為主要代工廠和集成器件制造商(IDM)提供DBI混合鍵合技術(shù)許可。
到2023年,80%的CIS制造將基于3D堆疊技術(shù)?;旌隙询BCIS的市場份額將相應(yīng)增長,預(yù)計(jì)2017~2023年期間的復(fù)合年增長率(CAGR)將超過43%。
消費(fèi)類市場(主要是CIS應(yīng)用),是2018年堆疊封裝營收的最大貢獻(xiàn)者,占據(jù)了65%以上的市場份額。盡管如此,高性能計(jì)算(HPC)是推動(dòng)3D封裝技術(shù)創(chuàng)新的主要應(yīng)用,到2023年期間,該應(yīng)用增長速度最快,市場份額預(yù)計(jì)將從2018年的20%增長到2023年的40%。
Yole在晶圓到晶圓(Wafer to Wafer,W2W)和芯片到晶圓(Die to Wafer,D2W),3D堆疊NAND,3D堆疊DRAM存儲(chǔ)器和3D片上系統(tǒng)等領(lǐng)域看到了混合鍵合技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。
Mario Ibrahim(以下簡稱MI):作為一家技術(shù)開發(fā)和許可公司,您能否簡要介紹一下Xperi及其商業(yè)模式?Xperi及其子公司展示了悠久的工藝開發(fā)歷史,包括一些最早的使能型技術(shù),如Shellcase、ZiBond和DBI技術(shù)。請(qǐng)您介紹一下Xperi即將商業(yè)化的新解決方案。你們是否在繼續(xù)開發(fā)新的工藝?你們?cè)诤脱芯繖C(jī)構(gòu)合作嗎?
Paul Enquist(以下簡稱PE):Xperi及其子公司(DTS、FotoNation、Invensas和Tessera等)致力于打造創(chuàng)新的技術(shù)解決方案,為全球客戶提供卓越的用戶體驗(yàn)。Xperi的解決方案已許可給數(shù)百家全球領(lǐng)先的合作伙伴,并已出貨數(shù)十億量級(jí)的產(chǎn)品,包括優(yōu)質(zhì)音頻、汽車、廣播、計(jì)算成像、計(jì)算機(jī)視覺、移動(dòng)計(jì)算和通信、內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及3D半導(dǎo)體互聯(lián)和封裝等應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)于2.5D/3D技術(shù)解決方案,Xperi專注于Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術(shù)的開發(fā)和商業(yè)化,適用于各種半導(dǎo)體應(yīng)用。我們和從材料供應(yīng)商和設(shè)備供應(yīng)商,到半導(dǎo)體制造商和代工廠,以及優(yōu)秀研究機(jī)構(gòu)(如Fraunhofer IZM-ASSID)等整個(gè)供應(yīng)鏈展開合作。
采用Xperi公司DBI技術(shù)的3D堆疊DRAM
MI:2.5D和3D堆疊技術(shù)被認(rèn)為是摩爾定律放緩背景下最有希望的兩種替代方案。預(yù)計(jì)2023年的堆疊(封裝)營收將超過57億美元。Xperi如何看待這些集成解決方案的未來?
PE:對(duì)于半導(dǎo)體封裝行業(yè)來說,這是一段非常激動(dòng)人心的時(shí)期。隨著摩爾定律的放緩,通過縮小工藝節(jié)點(diǎn)以改善性能、功能、功耗和成本的歷史規(guī)律大致走向盡頭,業(yè)界越來越關(guān)注2.5D/3D堆疊和集成技術(shù)以滿足市場需求。Invensas 2.5D和3D集成技術(shù)使半導(dǎo)體行業(yè)超越了摩爾定律?,F(xiàn)在,通過Invensas ZiBond和DBI堆疊技術(shù)在背照式(BSI)圖像傳感器中的應(yīng)用,已經(jīng)可以看出這種轉(zhuǎn)變。最近,這些技術(shù)已經(jīng)在堆疊BSI圖像傳感器中實(shí)現(xiàn)了亞微米級(jí)像素?cái)U(kuò)展,以及光電二極管、邏輯和存儲(chǔ)器的異構(gòu)集成。我們相信,我們堆疊技術(shù)基本的成本和性能優(yōu)勢,將廣泛傳遞至許多其他應(yīng)用。例如,3D NAND和DRAM內(nèi)存市場已準(zhǔn)備好在不久的將來采用DBI混合鍵合技術(shù)。
MI:Xperi以授權(quán)ZiBond和DBI工藝而聞名,Xperi的主要細(xì)分市場和應(yīng)用是什么?
PE:Xperi專注于進(jìn)一步開發(fā)和商業(yè)化Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術(shù),用于各種半導(dǎo)體應(yīng)用,包括圖像傳感器、RF、MEMS、3D NAND、DRAM和2.5D和3D-IC配置的邏輯器件。最后,我們注意到DBI混合鍵合正在賦能一大波新半導(dǎo)體器件,從一開始就以3D思維重新設(shè)計(jì),而不是簡單地堆疊傳統(tǒng)的2D架構(gòu)。
ZiBond直接鍵合也已經(jīng)在射頻(RF)器件中應(yīng)用,用于將CMOS開關(guān)從高RF損耗原生SOI襯底,轉(zhuǎn)換到低RF損耗俘獲感應(yīng)硅或低RF損耗的非硅晶圓。隨著5G的上市及其所提出的高要求,我們預(yù)計(jì)ZiBond直接鍵合技術(shù)的價(jià)值和適用性將在RF領(lǐng)域大幅增長。
MI:您如何看待從使用TSV的ZiBond到DBI的過渡?您是否看到這些工藝的進(jìn)一步應(yīng)用?
PE:多年來,ZiBond和DBI都被用于制造BSI圖像傳感器。剛開始ZiBond用于在硅處理晶圓或在具有TSV互聯(lián)的CMOS邏輯晶圓上堆疊光電探測器晶圓。在光電探測器晶圓堆疊之前,TSV還與ZiBond一起用于CMOS邏輯器件與存儲(chǔ)器晶圓的堆疊和電氣互聯(lián)。使用DBI替代ZiBond進(jìn)行堆疊,已經(jīng)證明通過簡單的焊盤切割替換TSV,可以非常有效地進(jìn)一步縮小芯片并節(jié)省工藝成本。我們預(yù)計(jì)將看到向DBI混合鍵合的持續(xù)過渡,尤其是在圖像傳感器領(lǐng)域,因?yàn)樾袠I(yè)需要像素到像素級(jí)互聯(lián)。也就是說,我們預(yù)計(jì)ZiBond和DBI將在未來多年內(nèi)持續(xù)共存。
MI:2018年末,Xperi宣布與三星達(dá)成了新的專利許可協(xié)議。Yole預(yù)計(jì)在基于DRAM的3D堆疊存儲(chǔ)器中將使用混合鍵合技術(shù)。這是否會(huì)為混合鍵合技術(shù)在高帶寬存儲(chǔ)(HBM)和3D堆疊DRAM市場打開大門?
PE:我們非常高興與三星達(dá)成協(xié)議,并期待在未來幾年實(shí)現(xiàn)互利關(guān)系。
關(guān)于在HBM和3D堆疊DRAM中使用Invensas DBI混合鍵合,我們認(rèn)為這是一種出色的解決方案,特別是在D2W配置中,因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)更低的電寄生效應(yīng),更低的熱阻抗,在JEDEC(電子器件工程聯(lián)合委員會(huì))高度限制內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多堆疊的芯片,以及與熱壓鍵合相比減少鍵合周期。此外,DBI混合鍵合本身可以在低溫下進(jìn)行,并且不需要底部填充,這是相比替代鍵合方案的顯著優(yōu)勢。我們正積極與客戶合作,展示這些優(yōu)勢,并期待近、中期的商業(yè)化產(chǎn)品。
我們還將3D NAND視為W2W DBI混合鍵合的重要機(jī)遇。微米級(jí)DBI互聯(lián)可以支持將I/O和存儲(chǔ)器單元構(gòu)建在單獨(dú)的晶圓上實(shí)現(xiàn)獨(dú)立優(yōu)化的工藝節(jié)點(diǎn),然后堆疊,從而實(shí)現(xiàn)顯著的性能、密度和成本優(yōu)勢。這是我們具有近、中期商業(yè)化潛力的另一個(gè)重要業(yè)務(wù)。
W2W和D2W DBI混合鍵合晶圓示意圖
MI:除了三星之外,一家總部位于中國的新存儲(chǔ)廠商長江存儲(chǔ)(YMTC),在2018年底發(fā)布了其Xtacking技術(shù)(不使用TSV)。DBI和W2W組裝工藝是否與NAND晶圓兼容?Xperi在不斷增長的中國存儲(chǔ)市場的計(jì)劃是什么?會(huì)很快商業(yè)化嗎?
PE:Invensas DBI技術(shù)兼容DRAM和NAND晶圓。Invensas DBI鍵合工藝的熱預(yù)算可以限制在150℃,這為廣泛的應(yīng)用打開了大門。
就中國而言,“中國制造2025”計(jì)劃正在推動(dòng)中國對(duì)先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的需求。因此,我們認(rèn)為即將興起的中國半導(dǎo)體制造商和代工廠,代表了ZiBond和DBI等3D集成技術(shù)的重要機(jī)遇。我們正在這個(gè)快速增長的市場與各類廠商合作,期待很快將有產(chǎn)品商業(yè)化。
MI:在低溫鍵合中加入的縮放和低間距技術(shù)是混合鍵合的一些優(yōu)點(diǎn)。所需的極低表面粗糙度可能是該技術(shù)的難點(diǎn)/缺點(diǎn)。您能否詳細(xì)介紹一下混合鍵合技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)?
PE:與其他技術(shù)相比,縮放互聯(lián)間距是DBI技術(shù)的一個(gè)基本優(yōu)勢。雖然Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合在表面粗糙度和表面清潔度方面具有嚴(yán)苛的要求,但行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的亞微米特征尺寸“大馬士革”(Damascene)工藝和潔凈室環(huán)境,已被用于多代CMOS工藝節(jié)點(diǎn)后端工藝的多級(jí)互聯(lián)堆疊,已被證明能夠滿足這些技術(shù)的要求,已經(jīng)出貨數(shù)十億顆的BSI圖像傳感器便是有力證明。
MI:工藝改進(jìn)的下一步是什么?
PE:我們不斷參與自己內(nèi)部和客戶的工藝改進(jìn),以滿足特定應(yīng)用中出現(xiàn)的特定需求。過去幾年的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是D2W DBI混合鍵合,我們認(rèn)為這對(duì)于DRAM和異構(gòu)邏輯器件和存儲(chǔ)器集成應(yīng)用非常重要。我們的研究重點(diǎn)是優(yōu)化切割、清潔和高通量芯片鍵合,已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展。我們對(duì)這種特定方案的前景及其對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的影響感到非常興奮。
MI:由于更小的特征尺寸,W2W對(duì)準(zhǔn)精度要求更高。目前在HVM應(yīng)用中可行的精度是多少,未來幾年的路線圖將如何發(fā)展?
PE:目前量產(chǎn)的晶圓鍵合設(shè)備能夠達(dá)到+/- 250nm的對(duì)準(zhǔn)精度,3 sigma,并且在HVM中支持3.7um間距DBI混合鍵合。設(shè)備供應(yīng)商表示,他們的路線圖中有100nm甚至50nm,3 sigma對(duì)準(zhǔn)能力,我們很期待到時(shí)利用這種性能。
MI:高端細(xì)分領(lǐng)域的先進(jìn)封裝正變得多樣化,包括各種采用或不采用TSV的先進(jìn)封裝技術(shù),其中包括英特爾的Foveros和EMIB、三星的RDL技術(shù)、Chip-on-Wafer-on-Substrate(CoWoS)、臺(tái)積電的基板上的3D SoC和集成扇出型封裝(InFO),以及安靠(Amkor)的SWIFT等技術(shù)。您是否認(rèn)為它們是現(xiàn)有TSV和W2W技術(shù)的真正挑戰(zhàn)者?Xperi如何看待這些技術(shù)?Xperi會(huì)支持這些技術(shù)嗎?
PE:我們預(yù)計(jì)會(huì)有各種各樣的封裝技術(shù)可供選擇,因?yàn)槭袌龊蛻?yīng)用需求變化很大?,F(xiàn)實(shí)情況是,行業(yè)需要一種包含各種封裝和互聯(lián)解決方案的工具集,可以從中選擇以解決市場不斷變化的需求。雖然,隨著應(yīng)用的成熟,可能會(huì)對(duì)這些解決方案進(jìn)行一些整合,但我們預(yù)計(jì)各種封裝和互聯(lián)解決方案將在未來幾年共存。需要注意的是,這些技術(shù)中的一些是互補(bǔ)關(guān)系,而不是競爭關(guān)系。例如,DBI混合鍵合是一種多功能互聯(lián)解決方案,可與各種2.5D和3D封裝組裝技術(shù)結(jié)合使用。
MI:Yole認(rèn)為,隨著臺(tái)積電作為代工廠,3D SoC技術(shù)將在2019年進(jìn)入市場。混合鍵合作為所使用的互聯(lián)技術(shù)處于有利位置。你們的技術(shù)是否適用于邏輯W2W或D2W堆疊的存儲(chǔ)?
PE:W2W和D2W方案中的Invensas ZiBond直接鍵合和DBI混合鍵合技術(shù),都適用于邏輯堆疊應(yīng)用中的3D SoC和存儲(chǔ)器。早期的一個(gè)例子還是圖像傳感器市場,其中存儲(chǔ)已經(jīng)與三層堆疊圖像傳感器中的邏輯堆疊,ZiBond直接鍵合提供了機(jī)械鍵合,TSV提供了電氣互聯(lián)。DBI混合鍵合也已經(jīng)可以用于實(shí)現(xiàn)這種類型的集成。我們目前重點(diǎn)關(guān)注的3D堆疊DRAM的D2W研究,實(shí)際上與3D SoC直接相關(guān)。
DBI混合鍵合為3D SoC提供的令人興奮的功能,是能夠以與芯片內(nèi)互聯(lián)間距相媲美的間距,連接堆疊中的每個(gè)芯片。這可以消除I/O接口,實(shí)現(xiàn)芯片間與芯片內(nèi)互聯(lián)相當(dāng)?shù)男酒?jí)互聯(lián)。這對(duì)功耗、占位面積和金屬層減少具有積極意義。實(shí)現(xiàn)這種新設(shè)計(jì)方案的一個(gè)挑戰(zhàn)是改變?cè)O(shè)計(jì)過程中的2D思維。以3D堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)器件是一種架構(gòu)模式的轉(zhuǎn)變,利用DBI混合鍵合可以實(shí)現(xiàn)很多3D SoC優(yōu)勢。
MI:顯示和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)(AR/VR/MR)市場需要高互聯(lián)密度來連接顯示器及其驅(qū)動(dòng),混合鍵合技術(shù)是否與這些市場和應(yīng)用兼容?
PE:Invensas DBI混合鍵合也非常適合顯示和AR/VR/MR市場。這些市場的常見應(yīng)用是在邏輯驅(qū)動(dòng)陣列層上堆疊光學(xué)發(fā)射器陣列層,這類似于在圖像傳感器應(yīng)用的邏輯讀出陣列層上堆疊光學(xué)探測器陣列層。DBI混合鍵合可以支持低至1um的互聯(lián)間距,這些應(yīng)用可能需要使用當(dāng)前或即將推出的新設(shè)備。此外,這些光學(xué)發(fā)射器市場通常需要非硅發(fā)射器材料,例如GaN,這類材料具有與硅顯著不同的熱膨脹系數(shù)。這可以通過DBI混合鍵合工藝的低熱預(yù)算來實(shí)現(xiàn),這與其他具有較高熱預(yù)算的鍵合技術(shù)不同,這些技術(shù)無法滿足這些市場和應(yīng)用的需求。
MI:W2W組裝以及混合鍵合是純代工業(yè)務(wù),搶奪了外包半導(dǎo)體封測廠商(OSAT)先進(jìn)封裝業(yè)務(wù)的營收。您是否看到OSAT廠商嘗試在這個(gè)領(lǐng)域重新尋求市場定位?
PE:Invensas DBI混合鍵合的低擁有成本和高附加值,使其成為有意提高利潤并擴(kuò)大供應(yīng)能力的OSAT廠商的理想候選技術(shù)。尤其是D2W DBI混合鍵合技術(shù)即將商業(yè)化,為OSAT利用其高度相關(guān)的芯片處理經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)提供了機(jī)遇。
關(guān)于Xperi
Xperi公司以及旗下全資子公司DTS、FotoNation、Invensas 及 Tessera致力于打造各種創(chuàng)新技術(shù)方案,為全球消費(fèi)者呈現(xiàn)獨(dú)一無二的體驗(yàn)。數(shù)百家全球領(lǐng)先的合作伙伴獲得了Xperi解決方案的授權(quán),數(shù)十億件授權(quán)產(chǎn)品遍布全球,產(chǎn)品范圍涵蓋音頻、廣播、計(jì)算成像、計(jì)算機(jī)視覺、移動(dòng)計(jì)算和通訊、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、3D半導(dǎo)體互聯(lián)和封裝等領(lǐng)域。
來源:據(jù)麥姆斯咨詢介紹
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號(hào)和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識(shí)別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動(dòng)器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個(gè)新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索