GlobalFoundries 已開始在紐約的 Fab 8 廠房中安裝矽穿孔(TSV)設備。如果一切順利，該公司希望在2013下半年開始採用 20nm 及 28nm 製程技術製造3D堆疊晶片。
據了解，GlobalFoundries正在和包括 Amkor 在內的多家封裝廠合作開發TSV堆疊晶片製造流程。其競爭對手──台積電(TSMC)則是在去年底宣佈，將獨自開發所有的3D堆疊製程步驟，並表示這種做法將能降低因應3D製程而薄化的晶片在搬運時所產生的成本與風險。
“我們的客戶要求我們提出替代方案，”GlobalFoundries封裝研發部資深主管Dave McCann說。
“他們不希望所有的業務都被單一公司掌控，他們希望的是在產量、價格和各種選項方面都能具備足夠的透明度，”McCann說。McCann一年前才從Amkor公司離開，加入GlobalFoundries。“台積電是把所有事情一手包辦，而且否定了封裝公司的專長，這代表客戶必須凡事都與他們的專家聯繫，”他表示。
McCann表示，一些晶片設計師會希望能定義自己的3D晶片堆疊供應鏈，但也有另一些會希望由 GlobalFoundries 來建立供應鏈。
“這個市場絕對不會只有一個供應鏈，”他說。“我們選擇的業務模式，在一開始時是非常辛苦的，但我們認為，這將為半導體產業帶來最佳的長期解決方案，”他表示。
半導體產業正在轉向採用垂直的TSV銅互連技術，於單一封裝中整合多個晶片。這種方法可望藉由顯著提升邏輯和記憶體之間的速度和頻寬來大幅提升晶片性能。
GlobalFoundries已經在開發工具套件上投入了上千萬美元。其中包括與系統供應商合作，添加厚光阻以定位TSV位置並蝕刻過孔；開發在電洞上沉積氧化層、長成阻障層和銅種晶層的系統，以及CMP平坦化處理。
McCann表示，該系統必須在七月底前全數安裝完成，目前已安裝約一半左右。該公司希望今年十月能試產首批20nm測試晶圓，今年底前拿到封裝夥伴的相關晶片資料。
依照GlobalFoundries的進度表，至少在明年初，該公司就必須掌握所有可靠的資料。這些資料將用來更新該公司的製程設計套件，因此客戶便可從明年上半年起開始進行產品品質測試。
如果一切順利，首個採用20nm和28nm節點和TSV技術的產品將能在2013年下半年進入商業化生產，2014年則可望進入量產，McCann說。
未來的挑戰還包括晶圓廠和封裝廠必須具備共同的計量工具和製程，以確保TSV過孔的深度和填充水平一致。GlobalFoundries會提供TSV深度55微米厚晶圓給封裝廠，由封裝廠薄化晶圓並在背面鍍上金屬，McCann表示。
電鍍速度和測試技術是決定良率和成本的關鍵，McCann說，目前EDA公司正在開發可控制區塊佈局的工具，可望在未來的設計中，對邏輯晶粒之間的垂直連接進行最佳化。
如果業界對TSV的需求夠多， GlobalFoundries 還將加入位在德國Dresden的Fab 1廠。另外，若需求超出紐約製造廠產能，該公司另一座位在新加坡的晶圓廠也能用來因應額外的2.5D晶片製造。 GlobalFoundries 也正尋求在微機電系統(MEMS)和其他產品中使用 TSV 的可能性。
截至目前為止，共有三種類型的晶片設計需要使用到 TSV 技術。首先是高階行動應用處理器，它們主要運用 TSV 來連接記憶體；另外還包括高階繪圖晶片和CPU，這二種產品都運用 TSV 技術來連接 DRAM 和其他記憶體堆疊，McCann說。他同時表示，這三種產品都將在2014年量產。
網路處理器的腳步又更快一些，因為這類產品主要使用矽中介層，以side-by-side的方式來連接處理器和記憶體晶粒。“網路處理器產生的熱會形成最大的DRAM接面溫度，”McCann說。
目前，包括 GlobalFoundries 、 IBM 和三星(Samsung)組成的通用平台小組都尚未就3D晶片堆疊製程合作進行定義。該小組的重心一直在製程技術，而非封裝。
GlobalFoundries最近宣佈，已出貨25萬片採用其32nm和28nm製程和high-k金屬閘極技術的晶圓。其20nm製程也將以HKMG技術為基礎。GlobalFoundries表示，在 14nm 以前該公司還不會使用3D電晶體，即所謂的 FinFET 。
編譯： Joy Teng
(參考原文： GlobalFoundries installs gear for 20-nm TSVs ，by Rick Merritt)
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