根据外媒报道,蓝色巨人ibm和日本半导体设备商东京电子日前宣布,在3d芯片堆栈方面获得了新得技术突破,成功运用了一种新技术将3d芯片堆栈技术用于的12英寸芯片上。由于芯片堆栈目前仅用于高端半导体产品,例如高带宽内存 (hbm) 的生产。不过,在ibm与东京电子提出新的技术之后,有机会扩大3d芯片堆栈技术的应用。
报道指出,3d芯片堆栈技术在当前被视为延续摩尔定律 (moore′s law) 的利器之一,这使得多家半导体企业公司都在进行努力,期望将“每单位面积”的晶体管数量,转变为“每单位体积的晶体管数量”。而与一般平面结构的芯片相较,3d芯片堆栈允许多层堆栈,而硅穿孔封装 (tsv) 就是3d芯片堆栈技术其中的关键。
ibm与东京电子新开发的技术,本质上是一种将硅芯片连接在一起的新方法。传统的芯片堆栈需要堆层间的硅穿孔,这可以使得电力向上流入堆栈层,并使两层串联执行工作。但是,这需要削减堆栈层的背面,以露出tsv空间以提供另一层堆栈层通过tsv来连接。只是,堆栈层中的厚度非常薄,通常仅小于100微米。这就因为着它们的脆弱性,让他们其中需要一个载体芯片来支撑。
所以,通常这些载体芯片由玻璃制成。借载体芯片与芯片的键合,以确保它可以在生产过程中不受损坏。完成生产后,使用紫外激光去除载体。在某些情况下,也可以使用载体芯片,但将其进行层与层分离需要物理的机械力来帮助,这对于芯片的完整性可能是造成风险。因此,在这ibm与东京电子新开发的技术上,将使用红外线激光来进行层与层分离,进一步剥离两个对硅穿孔的芯片,将能有效的降低破坏芯片完整性的风险。
另外,新技术也将允许在不使用玻璃载体的情况下堆栈两个硅芯片。相反,制造商可以跳过这一步,直接进入硅芯片跟暨芯片连接堆栈的步骤。ibm表示,除了不再需要这个额外步骤来简化流程之外,还有其他优势。例如,它表示它将有助于消除工具兼容性的问题,亿降低缺陷的风险之外,并允许对薄芯片进行线上测试。ibm指出,这些优势将使先进的小芯片结构生产变为简易,也使得其技术可以广泛的被应用。
报道强调、自2018年以来,ibm和东京电子在该项技术的研究已经有一段时间了。有鉴于硅芯片制造的发展方向,这可能会是该产业的一个关键发展。因为,随着节点尺寸的微缩到2纳米以下,封装和堆栈技术将成为希望将微缩的过程往更小的节点一栋,而且将不再是发展高性能芯片公司的一项优势。尤其,处理器大厂英特尔 (intel) 已经在发展使用foveros技术为meteor lake系列处理器进行3d芯片堆栈设计。不过,相较于英特尔,竞争对手amd在这方面更是领先。然而,到目前为止,amd的zen 3架构的处理器仅在其处理器上堆栈l3暂存内存。有传言表示,amd将会在zen 4架构的处理器上,以及所谓的raphael-x的系列产品中,采用3d芯片堆栈技术。但是,目前尚不清楚其即将推出的rdna3 gpu是否也跟进采用。
ibm表示在纽约州创建新研发与测试据点,且未来将扩大规模。ibm目标此技术创建完整3d芯片堆栈。如此,这将有助于解决供应链问题,同时也可以提高绩效。ibm预计新技术将能帮助半导体供应链降低所需生产与使用的产品数量,同时也有助于未来几年运算处理能力的提升。
(首图来源:ibm)