世界首款3D芯片诞生

2008-08-18 11:06:43来源: 电子工程专辑

  世界首款3D芯片工艺即将由无晶圆半导体公司BeSang授权。

  BeSang制造了一个示范芯片,在逻辑控制方面包含1.28亿个纵向晶体管的记忆存储单元。该芯片由韩国国家Nanofab和斯坦福Nanofab联合完成的。BeSang说:该工艺制程受到25项专利所保护,可以让flash、DRAM及SRAM在逻辑、微处理核和SoC之上堆叠。

  BeSang称该芯片通过在底部利用高温制造逻辑电路、在顶部利用低温制造存储电路完成。在同一个3D芯片的不同层放上逻辑和存储电路,BeSang的工艺中每个晶圆包含了更多的裸片,这使得单位裸片的成本也降低了。

  BeSang CEO Sang-YunLee说:“BeSang创立于三年前,是家专门做3D IC技术的公司, BeSang即将实现单芯片3D IC工艺的商业化应用。通过在逻辑器件顶部使用低温工艺和纵向存储设备,每个晶圆可以制造更多的裸片,这就是裸片的成本降低的原因。”

  在BeSang,Sang-YunLee和前三星工程师Junil Park,一起完善了首个3-D IC工艺制程。Park,是第一个高k电解质原子层沉积工具的发明者。因为这个新的IC处理技术不是简单的裸片叠加,BeSang称一般的技术中都可以使用,因为较厚的3D芯片工艺不会产生额外的热量。

  当前包含了内存的平面(2D)芯片必须围绕其内存阵列放置逻辑电路,从而对比特位进行寻址并提供逻辑功能。把内存和逻辑电路放在一起,意味着必须在二者之间使用较长的内部连线。
BeSang却把逻辑电路放在底层,存储单元放在高层,两者间紧凑的设计只用了很短的连接线。

  Simon Sze说:“在BeSang之前的许多设计都是伪3D。” Simon Sze在1967年曾经于贝尔实验室发明了用于非易失性存储器件的浮金属氧化晶体管。Sze现在是台湾一所大学的教授。

  “SoC将逻辑单元和存储单元放在同一块芯片上,因为逻辑和存储单元都在同一工艺制程中制造,性能受到影响。通过将存储器件放在逻辑器件上方,各自使用最佳化的工艺制程,在没有降低性能的情况下BeSang增加了产品的密度。”


  BeSang工艺的过程为,首先在一个晶圆上通过常规的通孔和连接层来制作逻辑电路,然后在另一个晶圆上制作内存设备,最后将两个晶圆排列并粘在一起,从而形成单个3D单元。

  因为逻辑和存储电路是在不同的晶圆上运作的,它们都可以使用常规的850摄氏度的工艺,从而使每个效果达到最佳。这两个晶圆随后被移至另一边,在那里他们使用专有的低温、400摄氏度工艺排列并黏合。

  内存晶圆包含一个纵向的存储单元,之中刻入了数以百万计的柱形晶体管来控制每个存储单元。最后连接每个独立的存储单元,把3D晶圆连到金属层。

  Sze预测:“BeSang 3D芯片的成本可非常低,因为可以在一个工艺中将所有逻辑电路加到晶圆底部,而在另一个工艺中在晶圆的顶部放上所有存储电路,然后使用常规的通孔来连接顶底两层。” 

  示范芯片使用了8英寸晶圆工艺和180纳米CMOS技术。该芯片包含有1.28亿个纵向晶体管,可以在逻辑电路上叠加flash、DRAM或SRAM存储单元。底层的逻辑电路和上层的存储电路间通过单晶硅隔开,两个金属连接层间包含逻辑和存储层间的过孔。顶部的存储电路层从存储内存晶圆中分离出来,其包含了n型和p型半导体的交互层。内存晶圆可重复使用四次,每次允许一个大的纵向n-p-n型晶体管放在逻辑晶圆之上。

  在存储单元上刻入纵向晶体管之后,一个额外的金属连接层会覆盖在3-D晶圆上,然后就可以进行晶圆切割了。

关键字:3D芯片

编辑:梁朝斌 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/eda/200808/article_22037.html
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