Three Dimensional Integration with Benzocyclobutene as the Wafer-Bonding Medium

2004 ◽  
Vol 833 ◽  
Author(s):  
Sang Kevin Kim ◽  
Lei Xue ◽  
Sandip Tiwari
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Wafer Bonding ◽  
Three Dimensional ◽  
Experimental Results ◽  
Device Layer ◽  
3D Integration ◽  
Wafer Scale ◽  
3D Ics ◽  
Fabrication Procedure ◽  
3D Fabrication

ABSTRACTA successful wafer-scale device layering process for fabricating three-dimensional integrated circuits (3D ICs) using Benzocyclobutene (BCB) is described. In the reported embodiment of the method, a sub-micron thick “donor” device layer is transplanted onto a fully fabricated “host” wafer with BCB as the intervening medium. Experimental results, including RIE study and planarization of BCB processed through the 3D fabrication procedure are reported. We conclude with an approach to alleviate BCB and fabrication induced wafer bowing, which leads to poor wafer to wafer alignment in 3D integration.

Planarization Issues in Wafer-Level Three-Dimensional (3D) Integration

2004 ◽  
Vol 816 ◽  
Author(s):  
J.-Q. Lu ◽  
G. Rajagopalan ◽  
M. Gupta ◽  
T.S. Cale ◽  
R.J. Gutmann
Keyword(s):  
Wafer Bonding ◽  
Three Dimensional ◽  
Silicon On Insulator ◽  
Wafer Level ◽  
3D Integration ◽  
Edge Chipping ◽  
3D Ics ◽  
Process Compatibility ◽  
Wafer Thinning ◽  
Thinning Process

AbstractMonolithic wafer-level three-dimensional (3D) ICs based upon bonding of processed wafers and die-to-wafer 3D ICs based upon bonding die to a host wafer require additional planarization considerations compared to conventional planar ICs and wafer-scale packaging. Various planarization issues are described, focusing on the more stringent technology requirements of monolithic wafer-level 3D ICs. The specific 3D IC technology approach considered here consists of wafer bonding with dielectric adhesives, a three-step thinning process of grinding, polishing and etching, and an inter-wafer interconnect process using copper damascene patterning. The use of a bonding adhesive to relax pre-bonding wafer planarization requirements is a key to process compatibility with standard IC processes. Minimizing edge chipping during wafer thinning requires understanding of the relationships between wafer bonding, thinning and pre-bonding IC processes. The advantage of silicon-on-insulator technology in alleviating planarization issues with wafer thinning for 3D ICs is described.

Development of Backside Buried Metal Layer Technology for 3D-ICs

2019 ◽  
Vol 2019 (1) ◽  
pp. 000268-000273
Author(s):  
Naoya Watanabe ◽  
Yuuki Araga ◽  
Haruo Shimamoto ◽  
Katsuya Kikuchi ◽  
Makoto Nagata
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Metal Layer ◽  
Three Dimensional ◽  
Chip Thickness ◽  
Power Delivery ◽  
Silicon Structure ◽  
Metal Insulator ◽  
3D Ics ◽  
Power Delivery Network ◽  
Global Power

Abstract In this study, we developed backside buried metal (BBM) layer technology for three-dimensional integrated circuits (3D-ICs). In this technology, a BBM layer for global power routing is introduced in the large vacant area on the backside of each chip and is parallelly connected with the frontside routing of the chip. The resistances of the power supply (VDD) and ground (VSS) lines consequently decrease. In addition, the BBM structure acts as a decoupling capacitor because it is buried in the Si substrate and has metal–insulator–silicon structure. Therefore, the impedance of power delivery network can be reduced by introducing the BBM layer. The fabrication process of the BBM layer for 3D-ICs was simple and compatible with the via-last through-silicon via (TSV) process. With this process, it was possible to fabricate the BBM layer consisting of electroplated Cu (thickness: approximately 10 μm) buried in the backside of the CMOS chip (thickness: 43 μm), which was connected with the frontside routing of the chip using 9 μm-diameter TSVs.

Low Temperature Boron Activation in Amorphous Germanium for Three Dimensional Integrated Circuits (3D-ICs) using Ni-induced Crystallization

2019 ◽  
Vol 16 (10) ◽  
pp. 909-916
Author(s):  
Jin-Hong Park ◽  
Munehiro Tada ◽  
Hyun-Yong Yu ◽  
Duygu Kuzum ◽  
Yeul Na ◽  
...  
Keyword(s):  
Low Temperature ◽  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Amorphous Germanium ◽  
3D Ics ◽  
Induced Crystallization

Fast Thermal Analysis of Vertically Integrated Circuits (3-D ICs) Using Power Blurring Method

2009 ◽  
Author(s):  
Je-Hyoung Park ◽  
Ali Shakouri ◽  
Sung-Mo Kang
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Power Dissipation ◽  
Three Dimensional ◽  
Computation Time ◽  
Maximum Error ◽  
3D Ic ◽  
Additional Advantage ◽  
3D Ics ◽  
Ic Technology ◽  
Power Blurring

CMOS VLSI technology has been facing various technical challenges as the feature sizes scale down. To overcome the challenges imposed by the shrink of the conventional on-chip interconnect system in IC chips, alternative interconnect technologies are being developed: one of them is three dimensional chips (3D ICs). Even though 3D IC technology is a promising solution for interconnect bottlenecks, thermal issues can be exacerbated. Thermal-aware design and optimization will be more critical in 3D IC technology than conventional planar IC technology, and hence accurate temperature profiles of each active layer will become very important. In 3D ICs, temperature profile of one layer depends not only on its own power dissipation but also on the heat transferred from other layers. Thus, thermal considerations for 3D ICs need to be done in a holistic manner even if each layer can be designed and fabricated individually. Conventional grid-based temperature computation methods are accurate but are computationally expensive, especially for 3D ICs. To increase computational efficiency, we developed a matrix convolution technique, called Power Blurring (PB) for 3D ICs. The temperature resulting from any arbitrary power dissipation in each layer of the 3D chip can be computed quickly. The PB method has been validated against commercial FEA software, ANSYS. Our method yields good results with maximum error less than 2% for various case studies and reduces the computation time by a factor of ∼ 60. The additional advantage is the possibility to evaluate different power dissipation profiles without the need to re-mesh the whole 3D chip structure.

3D Integration Using Adhesive, Metal, and Metal/Adhesive as Wafer Bonding Interfaces

2008 ◽  
Vol 1112 ◽  
Author(s):  
Jian-Qiang Lu ◽  
J. Jay McMahon ◽  
Ronald J. Gutmann
Keyword(s):  
Wafer Bonding ◽  
Three Dimensional ◽  
Emerging Technology ◽  
3D Integration ◽  
Multiple Materials ◽  
Similarities And Differences ◽  
Functional Components

AbstractThree-dimensional (3D) integration is an emerging technology that vertically stacks and interconnects multiple materials, technologies and functional components to form highly integrated micro/nano-systems. This paper reviews the materials and technologies for three wafer bonding approaches to 3D integration using adhesive, metal, and metal/adhesive as the bonding interfaces. Similarities and differences in architectural advantages and technology challenges are presented, with recent research advances discussed.

scholarly journals System-on-chip testing

2019 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτης Γεωργίου
Keyword(s):  
Integrated Circuits ◽  
Three Dimensional ◽  
Rectangle Packing ◽  
3D Ics ◽  
Systems On Chip ◽  
Self Test ◽  
Chip Testing ◽  
On Chip ◽  
Silicon Vias ◽  
Access Mechanisms

Διανύουμε ήδη την εποχή του "Ίντερνετ των Πραγμάτων". Οι κοινές συσκευές που χρησιμοποιούμε καθημερινά, συνδέονται μεταξύ τους και γίνονται "εξυπνότερες" με ραγδαίους ρυθμούς. Σε κάθε τέτοια συσκευή βρίσκεται ένα Σύστημα σε Ολοκληρωμένο (Systems-On-Chip ή SoC). Το SoC εξελίσσεται συνεχώς, για να ικανοποιηθούν οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις της νέας εποχής. Τα τρι-διάστατα ολοκληρωμένα κυκλώματα (three-dimensional integrated circuits - 3D-ICs) είναι μια υποσχόμενη λύση για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις τις νέας εποχής και φαίνεται να εξασφαλίζουν τη συνέχιση του Νόμου του Moore στο άμεσο μέλλον. Τα 3D-ICs πετυχαίνουν υψηλότερη πυκνότητα πυλών και καλύτερη απόδοση από τα συμβατικά SoC και μειώνουν το κόστος διασύνδεσης και κατανάλωσης. Πρόσφατα, οι κατασκευαστικές εταιρείες ολοκληρωμένων συστημάτων κυκλοφόρησαν προϊόντα βασισμένα σε 3D-ICs. Η έρευνα αυτή εστιάζει στην ανάπτυξη νέων αρχιτεκτονικών μηχανισμού πρόσβασης ελέγχου (Test Access Mechanisms - TAMs) και νέων μεθόδων χρονοπρογραμματισμού ελέγχου ορθής λειτουργίας για 3D-SoCs, οι οποίες εκμεταλλεύονται την υψηλή ταχύτητα που προσφέρουν οι ειδικές κάθετες διασυνδέσεις μέσω-πυριτίου (Through Silicon Vias - TSVs), ενώ η κατανάλωση ισχύος και η θερμότητα πρέπει να διατηρηθούν κάτω από ορισμένα επίπεδα. Εισάγουμε μία νέα αρχιτεκτονική TAM για 3D SoCs, η οποία ελαχιστοποιεί το χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας, το πλήθος των TSVs και τις γραμμές της αρχιτεκτονικής TAM που χρησιμοποιούνται για να μεταφερθούν τα δεδομένα ελέγχου. Ο χρονοπρογραμματισμός του ελέγχου ορθής λειτουργίας υπολογίζεται από μία αποδοτική μέθοδο χρονικής πολυπλεξίας και μία πολύ αποδοτική μέθοδο βελτιστοποίησης που βασίζεται στους αλγορίθμους rectangle-packing και simulated-annealing. Πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν έως και 9.6 φορές εξοικονόμηση στο χρόνο ελέγχου με την προτεινόμενη μέθοδο, ειδικά κάτω από αυστηρά όρια για την κατανάλωση ισχύος και τη θερμότητα. Η προηγούμενη μέθοδος είναι συμβατή μόνο με TAMs που βασίζονται σε αρτηρίες (buses), οι οποίες απαιτούν διασυνδέσεις μεγάλου μήκους και πολλά buffers σε κάθε επίπεδο του 3D-IC, επομένως δεν καταφέρνουν να εκμεταλλευτούν πλήρως τις υψηλές συχνότητες των TSVs. Προτείνουμε μία νέα αρχιτεκτονική TAM βασισμένη στη χρονική πολυπλεξία, που χρησιμοποιεί σειριακές αλυσίδες (daisy-chains) για να ξεπεράσουμε τους περιορισμούς της προηγούμενης μεθόδου. Η μέθοδος αυτή προσφέρει μεγαλύτερα κέρδη όσον αφορά το χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας και το κόστος διασύνδεσης. Η έρευνα αυτή εστιάζει στη βελτίωση ανίχνευσης σφαλμάτων συσκευών βασιζόμενων σε επεξεργαστή. Οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις της αγοράς για υψηλότερη υπολογιστική απόδοση σε μικρότερο κόστος και χαμηλότερη κατανάλωση ισχύος, οδηγεί τους κατασκευαστές στην ανάπτυξη νέων μικροεπεξεργαστών, που εισάγουν νέες προκλήσεις στον έλεγχο συσκευών βασιζόμενων σε επεξεργαστή. Η ανάγκη ελέγχου των συσκευών αυτών κατά τη διάρκεια της κανονικής τους λειτουργίας, επιβάλλουν τη συμπληρωματική χρήση μεθόδων ελέγχου που δεν επηρεάζουν τη λειτουργία, όπως ο «αυτοέλεγχος βασισμένος σε λογισμικό» (Software-Based Self-Test - SBST). Οι περισσότερες τεχνικές SBST στοχεύουν μόνο το μοντέλο σφαλμάτων stuck-at, που δεν αρκεί για την ανίχνευση πολλών σφαλμάτων. Επίσης, οι τεχνικές SBST απαιτούν εκτενή ανθρώπινη ενασχόληση με μεγάλους χρόνους ανάπτυξης των προγραμμάτων ελέγχου. Επιπλέον, περιλαμβάνουν την κοστοβόρα, από άποψη υπολογιστική ισχύος, εξομοίωση σφαλμάτων SoCs με εκατομμύρια πύλες για εκατομμύρια κύκλους ρολογιού, χρησιμοποιώντας πολλαπλά μοντέλα σφαλμάτων και εξειδικευμένους λειτουργικούς εξομοιωτές. Εισάγουμε την πρώτη μέθοδο που δεν μεροληπτεί υπέρ κάποιου συγκεκριμένου μοντέλου σφαλμάτων. Η μέθοδος αυτή προσφέρει σύντομο χρόνο δημιουργίας προγραμμάτων ελέγχου, υπό αυστηρό περιορισμό στο χρόνο ελέγχου ορθής λειτουργίας και στο μέγεθος των προγραμμάτων ελέγχου. Τα προγράμματα ελέγχου αξιολογούνται από μία νέα αποδοτική πιθανοτική μέθοδο SBST, εκμεταλλευόμενη την αρχιτεκτονική του επεξεργαστή, καθώς και τη netlist του επεξεργαστή σε επίπεδο πυλών που έχει προκύψει από σύνθεση. Η προτεινόμενη μετρική που βασίζεται στα output deviations είναι πολύ γρήγορη καθώς δεν απαιτεί τη χρονοβόρα διαδικασία της εξομοίωσης σφαλμάτων και μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε μέθοδο που βασίζεται στην τεχνική SBST.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document