Silizium-Durchkontaktierung

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Aufeinander gestapelte DRAM-dice nutzen TSVs, hier mit einer HBM-Speicherschnittstelle.

Unter dem Begriff Silizium-Durchkontaktierung (englisch through-silicon via, TSV) versteht man in der Halbleitertechnik eine meist vertikale elektrische Verbindung aus Metall (engl. vertical interconnect access, VIA) durch ein Silizium-Substrat (Wafer, Chip). Die TSV-Technologie ist eine vielversprechende Möglichkeit zur Realisierung elektrischer Verbindungen zwischen Teilchips bei der 3D-Integration von zukünftigen integrierten Schaltkreisen (IC).

Prozess-Technologie[Bearbeiten]

Herausforderungen bestehen unter anderem in der finalen Prüfung der Teilchips nach dem Packaging im Fall der 3D-Integration. Für gewöhnlich wird ein Chip auf einem Chip-Carrier untergebracht und die Abschlussprüfung für den Endkunden wird nach dem Bonding durchgeführt. Im Fall von 3D-integrierten Chips die z. B. Silizium-Durchkontaktierungen verwendet, könnte so nur der 3D-Chip geprüft werden, da die Schnittstellen der Schaltungen auf den Teilchips in der Regel nicht nach außen geführt werden. Somit müssen Wege gefunden werden, den Abschlusstest für die Teilchips rechtzeitig durchzuführen oder die Bewertungen müssen sich auf die Ergebnisse des letztes elektrischen Tests am Ende der BEOL-Prozesses (vor Bump und dem Zerteilen des Wafers) beschränken.

Anwendung[Bearbeiten]

Bei einem 3D-integrierten Schaltkreis (3D-IC) handelt es sich um einen integrierten Schaltkreis, der aus einem vertikalen Stapel von abgedünnten Einzelchips besteht. Er erscheint nach außen wie ein monolithischer Schaltkreis, ist aber streng genommen eher ein Hybridschaltkreis der deutlich stärker integriert als typische Hybridschaltkreise. Insgesamt möchte man mit dieser 3D-Integration eine noch höhere Funktionalität der ICs bei gleicher Gehäusegrundfläche erreichen. Die Durchkontaktierung mit Hilfe von TSVs verbindet die einzelnen Chipebenen im 3D-ICs. TSV stellt dabei die derzeit aussichtsreichste Technik dar, um die hohen Anforderungen (kurz, robust usw.) an die elektrischen Pfade zu realisieren, siehe auch ITRS 2009[1].

Eine weitere Anwendung sind sogenannte 3D-Gehäuse (System-in-Package, Multi-Chip-Modul, etc.). Sie enthalten zwei oder mehr ICs, die platzsparend vertikal gestapelt sind. Eine alternative Variante eines 3D-Gehäuses ist IBMs „Silicon Carrier Packaging Technology“, bei der die ICs nicht gestapelt werden, sondern ein Trägersubstrat mit TSVs versehen wurde und genutzt wird, um mehrere ICs in einem Gehäuse miteinander zu verbinden. Anders als in den meisten 3D-Gehäusen werden die gestapelten Chips daher nicht durch elektrische Verbindungen an den Seiten verdrahtet; Verdrahtungstechnik erhöht etwas die Länge und Breite des Pakets und erfordert in der Regel eine zusätzliche „Interposer“-Schicht zwischen den Chips. Bei der Verdrahtung über TSVs wurden diese Verdrahtungen über die Seiten gegen Durchkontaktierungen ausgetauscht, um die vertikalen Verbindungen über die Chipfläche verteilt herzustellen. Vorteile sind vor allem robustere Verbindungen und nochmals reduzierte Bauhöhen. Nachteilig kann der Verlust an Chipfläche durch die zusätzlichen TSVs sein. Diese Technik wird manchmal auch als Through-Silicon Stacking oder Thru-Silicon Stacking (TSS) bezeichnet.

Quellen[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Vasilis F. Pavlidis, Eby G. Friedman: Three-dimensional integrated circuit design. Morgan Kaufmann, 2009, ISBN 978-0-12-374343-5, S. 48ff (In dem Buch finden sich neben anschaulichen Abbildungen zu TSV auch gute Abbildungen zu den anderen 3D-Integrationsverfahren, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Wafer Level Through Silicon Via (TSV) for 3D Integration. In: International Technology Roadmap for Semiconductors 2009 Edition. Assembly and Packaging. 2009, S. 18–19 (PDF).