TSV(Through Silicon Via)는 일반적으로 실리콘 웨이퍼나 다이를 완전히 관통하는 수직 전기 연결입니다. 이는 첨단 반도체 패키징의 기반 기술이 되었으며, 여러 개의 칩을 신호 경로가 짧고 전력 손실이 적은 컴팩트한 구조로 쌓을 수 있게 해줍니다. TSV의 작동 원리를 이해하면 3D 집적 회로, 고대역폭 메모리, 고급 로직 패키지에 널리 사용되는 이유를 이해하는 데 도움이 됩니다.

tsv의 구조

TSV는 실리콘 기판 내부에 정밀하게 에칭된 원통형 구멍으로 시작됩니다. 이 구멍은 나중에 전기 전달을 가능하게 하는 전도성 물질로 채워집니다. 이 설계는 다층 반도체 스택 내에서 기계적 안정성, 전기적 신뢰성 및 열 성능을 유지하도록 설계되었습니다. 구조를 간략하게 나타낸 도면은 아래와 같습니다.

3D 통합 구조에서 TSV가 작동하는 방식

TSV는 칩 사이의 상호 연결 길이를 줄이는 방식으로 작동합니다. 긴 수평 트레이스나 와이어 본딩에 의존하는 대신, TSV는 실리콘을 통해 신호, 전력 및 접지를 직접 전달하는 매우 짧은 수직 고속도로처럼 작동합니다.

이 공정은 웨이퍼 내부에 수직 채널을 생성하는 심층 반응성 이온 에칭으로 시작됩니다. 이 채널은 누설을 방지하기 위해 절연체로 코팅됩니다. 구리 이동으로부터 구조를 보호하기 위해 장벽층이 추가됩니다. 그런 다음 구멍은 금속으로 채워져 저항이 낮은 경로를 형성합니다. 마지막으로 웨이퍼 표면을 연마하여 전기적 접촉점이 균일하고 안정적으로 유지되도록 합니다.

여러 개의 칩을 쌓을 때, TSV는 마이크로 범프 또는 재배선 계층에 맞춰 정렬됩니다. 이러한 정렬을 통해 다이 간의 직접적인 수직 통신이 가능해져 매우 높은 대역폭과 낮은 지연 시간을 지원합니다. 기존 패키징 기술에 비해 신호 거리가 크게 줄어들어 에너지 소비가 줄어들고 데이터 무결성이 향상됩니다.

TSV 상호 연결의 성능 이점

TSV의 핵심 장점 중 하나는 기생 커패시턴스와 저항을 최소화하는 능력입니다. 수직 라우팅은 경로 길이를 줄여 높은 신호 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다. 줄어든 배선 길이는 특히 메모리 및 프로세서 통합 시 전력 소모를 크게 낮출 수 있습니다. TSV는 또한 수직으로 적층된 구조를 통해 열이 더 효율적으로 이동하기 때문에 탁월한 열 라우팅을 지원합니다. 이는 작동 중 상당한 열을 발생시키는 고밀도 칩에 중요합니다.

또한 TSV 기반 스택은 소형 및 경량 아키텍처를 구현할 수 있습니다. 반도체 장치가 소형화됨에 따라 TSV는 더 큰 패키지를 필요로 하지 않고도 트랜지스터 밀도를 높이는 데 도움이 됩니다.

현대 반도체 패키징의 일반적인 사용 사례

TSV는 적층된 다이 간에 빠르고 밀도 있는 통신이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다. 고대역폭 메모리는 AI, 그래픽, 데이터 센터 워크로드에 필요한 처리량을 달성하기 위해 TSV에 크게 의존합니다. 이미지 센서도 TSV를 사용하여 포토다이오드 계층과 처리 계층을 분리하여 센서 크기를 늘리지 않고도 성능을 향상시킵니다. 많은 고급 로직과 메모리 통합은 최신 장치에서 기대되는 속도와 효율성을 제공하기 위해 TSV에 의존합니다.

플루토세미와 같이 3D 패키징 솔루션에 중점을 둔 제조업체는 차세대 반도체 제품에 대한 엄격한 신뢰성 및 성능 표준을 충족하는 TSV 지원 프로세스를 제공합니다.

요약

TSV는 실리콘 웨이퍼를 통해 수직 전도 경로를 생성하여 적층된 다이가 최소한의 신호 손실로 통신할 수 있도록 합니다. TSV의 구조는 에칭된 구멍, 절연체, 배리어 층, 전도성 금속 충진재로 구성됩니다. 이 기술은 상호 연결 길이를 크게 줄이고, 속도를 향상시키며, 전력 효율을 높이고, 컴팩트한 3D 칩 통합을 지원합니다. 반도체 소자가 더 작은 면적에서 더 높은 성능을 요구함에 따라 TSV는 업계에서 가장 중요한 상호 연결 솔루션 중 하나로 남아 있습니다.