【OFweek電子工程網(wǎng)原創(chuàng)】：經(jīng)歷了近十年的半導(dǎo)體工程研究之后，3D集成電路有望于明年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

過(guò)去幾年，芯片制造商一直在改進(jìn)可實(shí)現(xiàn)3D芯片互聯(lián)的硅通孔技術(shù)（TSV）?，F(xiàn)在TSV技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可完成2D任務(wù)，比如將數(shù)據(jù)從平板芯片的正面?zhèn)魉偷椒疵嫱裹c(diǎn)，3D IC時(shí)代即將到來(lái)。

在去年冬天舉行的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）上，三星展示了其大力宣傳的1Gb 移動(dòng)DRAM。三星的2.5D技術(shù)使得DRAM晶圓疊層與TSV以及系統(tǒng)級(jí)封裝上的微凸點(diǎn)緊密結(jié)合。

除此之外，賽靈思公司打算在今年秋推出一個(gè)multi-FPGA解決方案，采用一種封裝工藝技術(shù)將四個(gè)并行的Virtex-7 FPGA通過(guò)硅轉(zhuǎn)接板上的微凸點(diǎn)互相連接起來(lái)。臺(tái)積電生產(chǎn)的硅轉(zhuǎn)接板可通過(guò)TSV技術(shù)重新分配FPGA芯片的互聯(lián)。臺(tái)積電表示將于明年為其他代工廠客戶(hù)提供可實(shí)現(xiàn)2.5D到3D過(guò)渡的技術(shù)。

IBM最近透露公司正大量生產(chǎn)用于大容量移動(dòng)設(shè)備中的發(fā)展成熟的3D IC，使用的是低密度TSV。IBM聲稱(chēng)已經(jīng)找到了影響3D IC發(fā)展的其它工程障礙，并期望能在2012年前全部克服。

IBM研究副總裁Bernard Meyerson表示：“如果僅單獨(dú)依靠材料、芯片架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)、軟件或集成中的一項(xiàng)，將不可能在3D IC領(lǐng)域獲勝，我們必須將所有這些資源盡可能的利用起來(lái)?！?br>
上個(gè)月，IBM宣布與3M合作開(kāi)發(fā)一種粘接材料，解決3D IC的最后一個(gè)障礙：過(guò)熱。3M將開(kāi)發(fā)一種粘接材料，這種材料可以實(shí)現(xiàn)芯片密集疊放，導(dǎo)熱性要比硅好，而且是電絕緣體。3M表示將在兩年內(nèi)使這種神奇的材料投入商用。

3M電子市場(chǎng)材料部技術(shù)總監(jiān)程明（Ming Cheng）表示：“目前我們正在反復(fù)試驗(yàn)，希望在2013年前研發(fā)出適合商用的材料配方?！?br>
一些分析師們表示不太相信IBM和3M的合作一定會(huì)引領(lǐng)他們到達(dá)3D IC領(lǐng)域的前端。

MEMS Investor Journal先進(jìn)封裝技術(shù)首席分析師Fran?oise von Trapp表示：“3M正在研發(fā)一種粘接材料，解決3D芯片堆疊的散熱問(wèn)題。這的確是3D IC實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)前必須解決的問(wèn)題之一，但我不認(rèn)為這是解決所有遺留問(wèn)題的最后關(guān)鍵?！?br>
3D無(wú)處不在

IBM在3D IC領(lǐng)域的領(lǐng)先地位也并不是沒(méi)有挑戰(zhàn)的。Tezzaron Semiconductor公司多年來(lái)一直為其鎢TSV工藝提供3D IC設(shè)計(jì)服務(wù)。Tezzaron的FaStack工藝能夠用于生產(chǎn)厚度僅為12微米的3D芯片。



連續(xù)創(chuàng)業(yè)者Zvi Or-Bach認(rèn)為，3D IC設(shè)計(jì)師應(yīng)該將重點(diǎn)從TSV轉(zhuǎn)向超高密度的單片型3D上。Or-Bach這么說(shuō)并不意外，因?yàn)樗淖钚律矸菔荌P開(kāi)發(fā)商Monolithic 3D公司的總裁兼首席執(zhí)行官。初創(chuàng)公司BeSang也聲稱(chēng)將在2012年推出不需要依靠TSV的單片型3D存儲(chǔ)芯片。

但是，如今工藝的最高水平是基于TSV的3D芯片疊放技術(shù)，而主要的半導(dǎo)體公司都一直致力于這一技術(shù)的研發(fā)。Envisioneering Group總監(jiān)Richard Doherty表示：“IBM正通過(guò)與3M的合作來(lái)實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的突破，擺脫當(dāng)前限制。但I(xiàn)BM在3D芯片領(lǐng)域的每一個(gè)進(jìn)步都會(huì)激發(fā)三星、英特爾和TSMC等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的創(chuàng)造力，他們也有各自的3D芯片研發(fā)計(jì)劃?！?br>
3D IC的制造工藝并不是才有的，當(dāng)前的努力是為了進(jìn)一步改進(jìn)。例如，目前很多CMOS成像器都采用TSV技術(shù)傳送像素?cái)?shù)據(jù)，而芯片堆疊這個(gè)想法本身也可追溯到1958年晶體管之父William Shockley獲得的專(zhuān)利。從此之后，堆疊技術(shù)就得到了廣泛使用，比如將一個(gè)微機(jī)電傳感器疊放在ASIC上，或是將一個(gè)小DRAM疊放在處理器內(nèi)核上，不過(guò)通常是采用絲焊技術(shù)進(jìn)行芯片的互連。從絲焊向TSV技術(shù)的轉(zhuǎn)變使芯片互聯(lián)更緊密。

Doherty表示：“3D IC引出了許多關(guān)于芯片設(shè)計(jì)的新創(chuàng)意?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)師們可以將CPU、存儲(chǔ)器和I/O功能以創(chuàng)新的方式結(jié)合起來(lái)。”

各半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)也正積極地為3D技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）設(shè)立了四個(gè)工作組從事3D IC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。SEMI成立的三維堆疊集成電路標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)包括SEMI成員Globalfoundries、惠普、IBM、英特爾、三星、聯(lián)電、Amkor、 ASE、 IMEC、ITRI、Olympus、高通、Semilab、東電電子以及賽靈思。

半導(dǎo)體制造聯(lián)盟（Sematech）設(shè)立了一個(gè)3D芯片設(shè)計(jì)啟動(dòng)中心，其成員包括Altera、Analog Devices、LSI、安森美半導(dǎo)體和高通。另外，Sematech也在奧爾巴尼大學(xué)納米科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院設(shè)有一條300mm 3D IC試點(diǎn)產(chǎn)品線。

Fraunhofer IZM也表示能在2014年前將處理器、存儲(chǔ)器、邏輯、模擬、微機(jī)電系統(tǒng)和RF芯片集成到單片型3D IC中。

臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究所（ITRI）發(fā)起了一個(gè)擁有20個(gè)成員的3D IC聯(lián)合。其中大部分成員可能在明年初提供端對(duì)端的3D IC代工服務(wù)。

9月，在臺(tái)灣國(guó)際半導(dǎo)體展覽會(huì)3D IC技術(shù)論壇上，英特爾聲稱(chēng)正致力于3D芯片堆疊技術(shù)。同時(shí)，Elpida Memory公司表示與Powertech Technology和UMC在2Gb DRAM方面的合作取得進(jìn)展。

聯(lián)合電子設(shè)備工程委員會(huì)（JEDEC）也在為3D IC 制定Wide I/O標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)年底出臺(tái)。JEDEC標(biāo)準(zhǔn)將可支持512-bit位寬的接口。

法國(guó)研究機(jī)構(gòu)CEA-Leti與意法半導(dǎo)體以及另一家硅轉(zhuǎn)接板廠商Shinko Electric Industries公司展開(kāi)合作，推進(jìn)2.5D到3D IC的過(guò)渡。他們目前正在一個(gè)300mm晶圓制造廠進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，有望于2012年初推出商業(yè)設(shè)計(jì)。

另外，歐洲的CMOSAIC項(xiàng)目正努力研究單片型3D芯片疊層散熱的創(chuàng)新方法。這個(gè)為期4年的項(xiàng)目成員包括IBM蘇黎世、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（巴黎）以及瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（蘇黎世）。

IBM、3M合攻3D芯片市場(chǎng)

IBM研究副總裁Bernard Meyerson表示，3M公司擁有3D芯片生產(chǎn)的技術(shù)平臺(tái)。

在對(duì)3D IC的每一項(xiàng)器件技術(shù)進(jìn)行了多年研究之后，IBM發(fā)現(xiàn)仍然缺少一種重要的材料，因此與3M合作共同開(kāi)發(fā)。IBM表示，這缺少的重要材料是3D IC發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵障礙，是一種同時(shí)具備電絕緣性和導(dǎo)熱性的粘接材料。

Meyerson指出，3M公司能夠滿(mǎn)足這種3D IC粘接材料的要求。

3M電子市場(chǎng)材料部技術(shù)總監(jiān)程明表示，3M公司能改善粘合劑和聚合物的性能以滿(mǎn)足各種相互沖突的需求。3M的粘合劑是由不同類(lèi)型的聚合物、低聚物、單聚體、以及必要的助粘劑等組成，能夠滿(mǎn)足IBM的性能要求。[!--empirenews.page--]

3M表示，公司尚未決定是否將這種3D IC粘合劑出售給其他芯片制造商。

3M與IBM的合作是于近期才宣布，而其實(shí)3M公司對(duì)3D解決方案的研究已經(jīng)有一段時(shí)間了。