थ्रू-सिलिकॉन वाया

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उच्च बैंडविड्थ मेमोरी (HBM) इंटरफ़ेस के साथ संयोजन में स्टैक्ड डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी-डाइस द्वारा उपयोग किए जाने वाले TSV

इलेक्ट्रॉनिक यन्त्रशास्त्र में, थ्रू-सिलिकॉन थ्रू (TSV) या थ्रू-चिप थ्रू वर्टिकल बिजली का संपर्क (वाया (इलेक्ट्रॉनिक्स)) है जो पूरी तरह से सिलिकॉन बिस्किट या डाई (एकीकृत सर्किट) से होकर गुजरता है। TSV उच्च-प्रदर्शन इंटरकनेक्ट तकनीक हैं जिनका उपयोग 3D पैकेज और त्रि-आयामी एकीकृत सर्किट | 3D एकीकृत सर्किट बनाने के लिए तार का बंधन | वायर-बॉन्ड और पलटें काटना ्स के विकल्प के रूप में किया जाता है। पैकेज पर पैकेज | पैकेज-ऑन-पैकेज जैसे विकल्पों की तुलना में, इंटरकनेक्ट और डिवाइस घनत्व काफी अधिक है, और कनेक्शन की लंबाई कम हो जाती है।

वर्गीकरण

वाया-फर्स्ट, थ्रू-मिडिल और वाया-लास्ट TSVs को विज़ुअलाइज़ करना

निर्माण प्रक्रिया द्वारा निर्धारित, तीन अलग-अलग प्रकार के TSV उपस्थित हैं: व्यक्तिगत घटक (अवरोध, संधारित्र , रेसिस्टर्स, आदि) से पहले थ्रू-फर्स्ट TSVs को गढ़ा जाता है (लाइन का फ्रंट एंड, FEOL), थ्रू-मिडल TSVs हैं अलग-अलग घटक के पैटर्न के बाद गढ़ा जाता है, लेकिन धातु की परतों से पहले (पंक्ति के पीछे का अंत | बैक-एंड-ऑफ-लाइन, बीईओएल), और बीईओएल प्रक्रिया के बाद (या उसके दौरान) थ्रू-लास्ट टीएसवी तैयार किए जाते हैं।[1][2] वाया-मिडल TSV वर्तमान में उन्नत 3D IC के साथ-साथ जड़ना स्टैक के लिए लोकप्रिय विकल्प है।[2][3]

फ्रंट एंड ऑफ लाइन (एफईओएल) के माध्यम से टीएसवी को इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन स्वचालन और मैन्युफैक्चरिंग चरणों के दौरान सावधानीपूर्वक हिसाब देना होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि TSV तनाव (यांत्रिकी) को प्रेरित करते हैं। FEOL परत में थर्मो-मैकेनिकल तनाव, जिससे ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क व्यवहार प्रभावित होता है।[4]


अनुप्रयोग

छवि संवेदक

सीएमओएस छवि संवेदक (सीआईएस) वॉल्यूम निर्माण में टीएसवी (एस) को अपनाने वाले पहले अनुप्रयोगों में से थे। प्रारंभिक सीआईएस अनुप्रयोगों में, टीएसवी इमेज सेंसर वेफर के पीछे इंटरकनेक्ट बनाने, वायर बॉन्ड को खत्म करने और कम फॉर्म फैक्टर और उच्च-घनत्व इंटरकनेक्ट की अनुमति देने के लिए बनाए गए थे। चिप स्टैकिंग केवल बैक-इलुमिनेटेड सेंसर | बैकसाइड इल्युमिनेटेड (BSI) CIS के आगमन के साथ आया, और इसमें पारंपरिक फ्रंट-साइड रोशनी से लेंस, सर्किटरी और फोटोडायोड के क्रम को उलटना सम्मिलित था जिससे कि लेंस के माध्यम से आने वाली रोशनी पहले हिट हो फोटोडायोड और फिर सर्किटरी। यह फोटोडायोड वेफर को फ्लिप करके, बैकसाइड को पतला करके, और फिर परिधि के चारों ओर इंटरकनेक्ट के रूप में TSVs के साथ डायरेक्ट ऑक्साइड बॉन्ड का उपयोग करके रीडआउट लेयर के शीर्ष पर बॉन्डिंग करके पूरा किया गया था।[5]


3डी पैकेज

3डी पैकेज (पैकेज में सिस्टम, मल्टी-चिप मॉड्यूल, आदि) में दो या अधिक चिप्स (एकीकृत सर्किट) होते हैं जो लंबवत रूप से ढेर होते हैं जिससे कि वे कम जगह घेरें और/या अधिक कनेक्टिविटी हो। आईबीएम की सिलिकॉन कैरियर पैकेजिंग टेक्नोलॉजी में वैकल्पिक प्रकार का 3डी पैकेज पाया जा सकता है, जहां आईसी को ढेर नहीं किया जाता है, लेकिन पैकेज में कई आईसी को साथ जोड़ने के लिए टीएसवी युक्त वाहक सब्सट्रेट का उपयोग किया जाता है। अधिकांश 3डी पैकेजों में, स्टैक्ड चिप्स को उनके किनारों के साथ साथ तारित किया जाता है; यह एज वायरिंग पैकेज की लंबाई और चौड़ाई को थोड़ा बढ़ा देती है और सामान्यतःचिप्स के बीच अतिरिक्त "इंटरपोजर" परत की आवश्यकता होती है। कुछ नए 3D पैकेजों में, TSV चिप्स की बॉडी के माध्यम से वर्टिकल कनेक्शन बनाकर एज वायरिंग को प्रतिस्थापित करते हैं। परिणामी पैकेज में कोई अतिरिक्त लंबाई या चौड़ाई नहीं है। क्योंकि किसी इंटरपोजर की आवश्यकता नहीं है, TSV 3D पैकेज एज-वायर्ड 3D पैकेज की तुलना में चापलूसी भी कर सकता है। इस TSV तकनीक को कभी-कभी TSS (थ्रू-सिलिकॉन स्टैकिंग या थ्रू-सिलिकॉन स्टैकिंग) भी कहा जाता है।

3डी इंटीग्रेटेड सर्किट

तीन आयामी एकीकृत परिपथ (3डी आईसी) एकल एकीकृत परिपथ है जिसे सिलिकन वेफर्स और/या डाइज को स्टैक करके बनाया गया है और उन्हें लंबवत रूप से आपस में जोड़ा जाता है जिससे कि वे एकल उपकरण के रूप में व्यवहार करें। TSV तकनीक का उपयोग करके, 3D IC छोटे से "पदचिह्न" में बहुत अधिक कार्यक्षमता पैक कर सकते हैं। ढेर में विभिन्न उपकरण विषम हो सकते हैं, उदा। CMOS लॉजिक, डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी और III-V सामग्री को ही IC में संयोजित करना। इसके अतिरिक्त, डिवाइस के माध्यम से महत्वपूर्ण विद्युत पथों को काफी छोटा किया जा सकता है, जिससे तेजी से संचालन हो सकता है। वाइड I/O 3D DRAM मेमोरी मानक (JEDEC JESD229) में डिज़ाइन में TSV सम्मिलित है।[6]


इतिहास

Further information: Three-dimensional integrated circuit § History

TSV अवधारणा की उत्पत्ति का पता विलियम शॉक्ले के पेटेंट सेमीकंडक्टिव वेफर और 1958 में फाइल करने की विधि से लगाया जा सकता है और 1962 में प्रदान किया गया था।[7][8] जिसे आईबीएम के शोधकर्ताओं मर्लिन स्मिथ और इमानुएल स्टर्न द्वारा 1964 में दायर किए गए और 1967 में प्रदान किए गए सेमीकंडक्टर वेफर्स में थ्रू-कनेक्शन बनाने के अपने पेटेंट तरीकों के साथ विकसित किया गया था।[9][10] उत्तरार्द्ध सिलिकॉन के माध्यम से छेद नक़्क़ाशी के लिए विधि का वर्णन करता है।[11] TSV को मूल रूप से 3D एकीकरण के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था, लेकिन TSV पर आधारित पहले 3D चिप्स का आविष्कार बाद में 1980 के दशक में किया गया था।[12] 1980 के दशक में जापान में TSV प्रक्रिया के साथ पहले त्रि-आयामी एकीकृत सर्किट (3D IC) स्टैक्ड चिप्स सेमीकंडक्टर डिवाइस का निर्माण का आविष्कार किया गया था। Hitachi ने 1983 में जापानी पेटेंट दायर किया, उसके बाद 1984 में द्रोह ने। 1986 में, फुजित्सु ने टीएसवी का उपयोग करके स्टैक्ड चिप संरचना का वर्णन करते हुए जापानी पेटेंट दायर किया।[13] 1989 में, तोहोकू विश्वविद्यालय के मित्सुमसा कोयोनागी ने टीएसवी के साथ वेफर-टू-वेफर बॉन्डिंग की तकनीक का बीड़ा उठाया, जिसका उपयोग उन्होंने 1989 में 3डी बड़े पैमाने पर एकीकरण चिप बनाने के लिए किया।[13][14][15] 1999 में, जापान में एसोसिएशन ऑफ़ सुपर-एडवांस्ड इलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजीज (ASET) ने TSV तकनीक का उपयोग करके 3D IC चिप्स के विकास का वित्तपोषण प्रारंभ किया, जिसे उच्च घनत्व इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम इंटीग्रेशन टेक्नोलॉजी प्रोजेक्ट पर R & D कहा जाता है।[13][16] तोहोकू विश्वविद्यालय में कोयनागी समूह ने 1999 में तीन-परत स्टैक्ड इमेज सेंसर चिप, 2000 में तीन-परत मेमोरी चिप, 2001 में तीन-परत कृत्रिम रेटिना चिप, 2002 में तीन-परत माइक्रोप्रोसेसर बनाने के लिए TSV तकनीक का उपयोग किया। 2005 में दस-परत मेमोरी चिप।[14]

इंटर-चिप थ्रू (आईसीवी) विधि 1997 में फ्राउनहोफर सोसायटी द्वारा विकसित की गई थी–पीटर रेम, डी बोलमैन, आर ब्रौन, आर बुचनर, यू काओ-मिन्ह, मैनफ्रेड एंजेलहार्ट और अर्मिन क्लम्प सहित सीमेंस अनुसंधान दल।[17] यह TSV प्रक्रिया का रूपांतर था, और बाद में इसे SLID (ठोस तरल अंतर-प्रसार) तकनीक कहा गया।[18] थ्रू-सिलिकॉन थ्रू (TSV) शब्द को Tru-Si Technologies के शोधकर्ताओं सर्गेई सवास्तिओक, ओ. सिनियाग्यूइन और ई. कोर्कज़िन्स्की द्वारा गढ़ा गया था, जिन्होंने 2000 में 3D वेफर-स्तरीय पैकेजिंग (WLP) समाधान के लिए TSV विधि प्रस्तावित की थी।[19] Savastiouk बाद में ALLVIA Inc. के सह-संस्थापक और सीईओ बने। शुरुआत से ही, व्यवसाय योजना के बारे में उनकी दृष्टि सिलिकॉन इंटरकनेक्ट बनाने की थी क्योंकि ये वायर बॉन्ड पर महत्वपूर्ण प्रदर्शन सुधार प्रदान करते हैं। Savastiouk ने सॉलिड स्टेट टेक्नोलॉजी में विषय पर दो लेख प्रकाशित किए, पहले जनवरी 2000 में और फिर 2010 में। पहला लेख "मूर का नियम - द जेड डायमेंशन" जनवरी 2000 में सॉलिड स्टेट टेक्नोलॉजी पत्रिका में प्रकाशित हुआ था।[20] इस लेख ने भविष्य में 2डी चिप स्टैकिंग से वेफर लेवल स्टैकिंग में संक्रमण के रूप में टीएसवी विकास के रोडमैप को रेखांकित किया। सिलिकॉन वायस के माध्यम से शीर्षक वाले वर्गों में से में, डॉ। सर्गेई सवास्तियौक ने लिखा, "प्रौद्योगिकियों में निवेश जो वेफर-लेवल वर्टिकल मिनिएचराइजेशन (वेफर थिनिंग) और वर्टिकल इंटीग्रेशन (सिलिकॉन वायस के माध्यम से) दोनों प्रदान करता है, अच्छी समझ में आता है।" उन्होंने जारी रखा, "मूर के नियम से जुड़े मनमाने 2डी वैचारिक अवरोध को हटाकर, हम आईसी पैकेजों के डिजाइन, परीक्षण और निर्माण में आसानी से नया आयाम खोल सकते हैं। जब हमें इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है - पोर्टेबल कंप्यूटिंग, मेमोरी कार्ड, स्मार्ट कार्ड, सेलुलर फोन और अन्य उपयोगों के लिए - हम मूर के नियम का Z आयाम में पालन कर सकते हैं। यह पहली बार था जब किसी तकनीकी प्रकाशन में थ्रू-सिलिकॉन वाया शब्द का प्रयोग किया गया था।

2007 के दौरान Toshiba, Aptina और STMicroelectronics सहित कंपनियों द्वारा TSV का उपयोग करने वाले CMOS इमेज सेंसर का व्यावसायीकरण किया गया था।–2008, तोशिबा ने चिप वाया (टीसीवी) के माध्यम से अपनी तकनीक का नामकरण किया। 3डी-स्टैक्ड रैंडम एक्सेस मेमोरी (रैम) का व्यवसायीकरण एल्पिडा मेमोरी द्वारा किया गया, जिसने पहले 8{{nbsp}सितंबर 2009 में गिबिबाइट गतिशील रैम चिप (चार डीडीआर3 एसडीआरएएम डाइस के साथ ढेर) और जून 2011 में इसे जारी किया। टीएसएमसी ने जनवरी 2010 में टीएसवी तकनीक के साथ 3डी आईसी उत्पादन की योजना की घोषणा की।[21] 2011 में, SK Hynix ने 16 प्रस्तुत किए{{nbsp}जीबी डीडीआर3 एसडीआरएएम (40 नैनोमीटर|40 nm क्लास) TSV तकनीक का उपयोग करके,[22] सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने 3डी-स्टैक्ड 32 प्रस्तुत किया{{nbsp}जीबी डीडीआर3 (32 नैनोमीटर|30 nm क्लास) सितंबर में TSV पर आधारित थी, और फिर सैमसंग और माइक्रोन प्रौद्योगिकी ने अक्टूबर में TSV-आधारित हाइब्रिड मेमोरी क्यूब (HMC) तकनीक की घोषणा की।[21]SK Hynix ने 2013 में TSV तकनीक पर आधारित पहली हाई बैंडविड्थ मेमोरी (HBM) चिप का निर्माण किया।[22]


संदर्भ

  1. ↑ 2009 International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). 5 September 2009. pp. 4–5.
  2. ↑ 2.0 2.1 Knechtel, Johann; Sinanoglu, Ozgur; Elfadel, Ibrahim (Abe) M.; Lienig, Jens; Sze, Cliff C. N. (2017). "Large-Scale 3D Chips: Challenges and Solutions for Design Automation, Testing, and Trustworthy Integration". IPSJ Transactions on System LSI Design Methodology. 10: 45–62. doi:10.2197/ipsjtsldm.10.45.
  3. ↑ Beyne, Eric (June 2016). "The 3-D Interconnect Technology Landscape". IEEE Design & Test. 33 (3): 8–20. doi:10.1109/mdat.2016.2544837. S2CID 29564868.
  4. ↑ Lim, Sung Kyu (2013). Design for High Performance, Low Power, and Reliable 3D Integrated Circuits. doi:10.1007/978-1-4419-9542-1. ISBN 978-1-4419-9541-4.
  5. ↑ F. von Trapp, The Future Of Image Sensors is Chip Stacking http://www.3dincites.com/2014/09/future-image-sensors-chip-stacking
  6. ↑ Desjardins, E. "JEDEC Publishes Breakthrough Standard for Wide I/O Mobile DRAM". JEDEC. JEDEC. Retrieved 1 December 2014.
  7. ↑ J.H. Lau, Who Invented the Through Silicon Via (TSV) and When? 3D InCites, 2010
  8. ↑ U.S. Patent 3,044,909
  9. ↑ Kada, Morihiro (2015). "Research and Development History of Three-Dimensional Integration Technology". सेमीकंडक्टर का त्रि-आयामी एकीकरण. pp. 1–23. doi:10.1007/978-3-319-18675-7_1. ISBN 978-3-319-18674-0.
  10. ↑ U.S. Patent 3,343,256
  11. ↑ Pavlidis, Vasilis F.; Savidis, Ioannis; Friedman, Eby G. (2017). त्रि-आयामी एकीकृत सर्किट डिजाइन. Newnes. p. 68. ISBN 978-0-12-410484-6.
  12. ↑ Lau, John H. (2010). Reliability of RoHS-Compliant 2D and 3D IC Interconnects. McGraw Hill Professional. p. 1. ISBN 978-0-07-175380-7. TSV is the heart of 3-D IC/Si integration and is a more-than-26-year-old technology. Even the TSV (for electrical feed-through) was invented by William Shockley in 1962 (the patent was filed on October 23, 1958), but it was not originally designed for 3-D integration.
  13. ↑ 13.0 13.1 13.2 Kada, Morihiro (2015). "Research and Development History of Three-Dimensional Integration Technology" (PDF). Three-Dimensional Integration of Semiconductors: Processing, Materials, and Applications. Springer. pp. 8–9. ISBN 978-3-319-18675-7.
  14. ↑ 14.0 14.1 Fukushima, T.; Tanaka, T.; Koyanagi, Mitsumasa (2007). "Thermal Issues of 3D ICs" (PDF). SEMATECH. Tohoku University. Archived from the original (PDF) on 16 May 2017. Retrieved 16 May 2017.
  15. ↑ Tanaka, Tetsu; Lee, Kang Wook; Fukushima, Takafumi; Koyanagi, Mitsumasa (2011). "3D Integration Technology and Heterogeneous Integration". S2CID 62780117. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  16. ↑ Takahashi, Kenji; Tanida, Kazumasa (2011). "Vertical Interconnection by ASET". Handbook of 3D Integration, Volume 1: Technology and Applications of 3D Integrated Circuits. John Wiley & Sons. p. 339. ISBN 978-3-527-62306-8.
  17. ↑ Ramm, P.; Bollmann, D.; Braun, R.; Buchner, R.; Cao-Minh, U.; et al. (November 1997). "लंबवत एकीकृत सर्किट के लिए तीन आयामी धातुकरण". Microelectronic Engineering. 37–38: 39–47. doi:10.1016/S0167-9317(97)00092-0. S2CID 22232571.
  18. ↑ Macchiolo, A.; Andricek, L.; Moser, H. G.; Nisius, R.; Richter, R. H.; Weigell, P. (1 January 2012). "ATLAS पिक्सेल अपग्रेड के लिए SLID-ICV वर्टिकल इंटीग्रेशन टेक्नोलॉजी". Physics Procedia. 37: 1009–1015. arXiv:1202.6497. Bibcode:2012PhPro..37.1009M. doi:10.1016/j.phpro.2012.02.444. S2CID 91179768.
  19. ↑ Savastionk, S.; Siniaguine, O.; Korczynski, E. (2000). "Thru-silicon vias for 3D WLP". Proceedings International Symposium on Advanced Packaging Materials Processes, Properties and Interfaces (Cat. No.00TH8507). pp. 206–207. doi:10.1109/ISAPM.2000.869271. ISBN 0-930815-59-9. S2CID 110397071.
  20. ↑ Savastiouk, Sergey (January 2000). "Z- दिशा में मूर का नियम". Solid State Technology. 43 (1): 84.
  21. ↑ 21.0 21.1 Kada, Morihiro (2015). "Research and Development History of Three-Dimensional Integration Technology". Three-Dimensional Integration of Semiconductors: Processing, Materials, and Applications. Springer. pp. 15–8. ISBN 978-3-319-18675-7.
  22. ↑ 22.0 22.1 "History: 2010s". SK Hynix. Retrieved 19 July 2019.


बाहरी संबंध

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