新式3D互連技術能更完美堆疊DRAM?

作者 : Gary Hilson,EE Times特約編輯

美國加州的半導體技術IP授權公司Xperi聲稱他們有一種更好的方法能為DRAM實現堆疊,並正在提供該技術授權給記憶體製造商。

「堆疊」(stacking)並不是什麼新技術,但來自美國加州的半導體技術IP授權公司Xperi聲稱他們有一種更好的方法能為DRAM實現堆疊,並正在提供該技術授權給記憶體製造商。

Xperi是代表包括Tessera和Invensas等品牌提供技術IP授權的公司(EETT編按:Xperi前身即為Tessara,後者在2016年收購音訊技術業者DTS之後、於2017年更名Xperi;Invensas亦為Tessara子公司),最近宣佈與韓國記憶體大廠海力士(SK Hynix)達成一項新的專利和技術授權協議,提供其半導體IP,包括鎖定新世代記憶體應用的Invensas DBI Ultra 3D互連技術。

Invensas總裁Craig Mitchell在接受《EE Times》的電話採訪時表示,該公司的DBI Ultra平台能透過實現8層、12層甚至16層的晶片封裝,來協助半導體業者超越摩爾定律(Moore’s Law)。Invensas擁有多個版本的DBI (direct bond interconnect,直接鍵合互連)技術,能將兩片晶圓接合,適用感測器、NAND和DRAM等元件;他指出:「隨著半導體技術持續向前邁進,3D變得越來越重要。」

DBI Ultra可實現低溫、薄型的裸晶對晶圓(die-to-wafer)或裸晶對裸晶(die-to-die,D2D)混合鍵合互連,使用化學鍵合連接不同的互連層,無需使用銅柱和底部填充,大降低整體堆疊高度,因而能實現比傳統方法更薄的堆疊。它還可堆疊已知合格裸晶(known good die,KGD)——無論裸晶尺寸是否相同、製程節點精細度是否相同,或是晶圓片尺寸是否相同——而且能支援小至1μm的互連間距。

Mitchell表示,DBI技術首先吸引了必須做得輕巧超薄的小型影像感測器應用,很快地現在該公司正致力於將技術擴展到其他市場和其他應用,包括3D NAND和DRAM。至於NAND方面,他認為主要的推動力在於減少成本的同時,也能進一步降低功耗。

 

Invensas的DBI 3D整合技術可透過分離周邊邏輯和記憶體陣列來最佳化NAND製程,而且還可能提供比目前採用HBM更經濟的方式來堆疊DRAM。

(圖片來源:Invensas/Xperi)

 

Mitchell指出,隨著使用DRAM的高頻寬記憶體(HBM)的出現,業界開始希望增加連結數量,加上高性能意味著更多的頻寬;「元件之間的連結數量越來越多,但他們並不想增加裸晶尺寸,因而試圖讓連結之間的距離越來越小。這項技術可以讓他們微縮到非常精細的間距。」

此外,DBI Ultra和其他互連技術一樣的是,它也可以靈活地支援2.5D、3D封裝,還能整合不同尺寸或製程的IP模組,因此不但能用於製造DRAM、3DS、HBM等記憶體晶片,也可用於高整合度的CPU、GPU、ASIC、FPGA、SoC。

 

SK Hynix透過Xperi取得Invensas的DBI Ultra 2.5D/3D互連技術授權。

(圖片來源:SK Hynix)

 

Mitchell表示,隨著DRAM和HBM不斷堆疊越來越多的元件(有些情況下甚至高達16層),其目標在於更有效地擴展頻寬互連,以及為特定領域提供更多服務。「當你堆疊到相當高的層數,從散熱的角度來看,堆疊底部的性能與堆疊頂部的性能可能大不相同;」他指出,DBI Ultra提供的解決之道在於讓兩者間不再有間距。

市場研究機構Objective Analysis首席分析師Jim Handy表示,廣義上來講,晶片堆疊不是什麼新技術,很難說Xperi以Invensas IP提供的技術是否向前邁出了一大步。

他指出,Tessera也Xperi產品陣容的一部份,Tessera早在1990年代就發表了一種封裝記憶體晶片的新方法,當時也宣稱那是一種最佳方案,Xperi基本上就是在做同樣的事情;「他們找到了某種堆疊晶片的方法,所以他們再尋找需要堆疊的商機。」

Handy表示,根據「槌子法則」(EETT編按:又稱「工具法則」,來自美國心理學家Abraham Maslow的理論),如果你唯一的工具是一把槌子,就會很容易把每件事情都當成釘子來處理;而突然間似乎每個問題的解決方法都是堆疊晶片。

「這樣做是否有用完全是另一回事;」他進一步解釋,當然會有需要堆疊晶片的應用,例如手機,因為它們的電路板空間很小,製造商又不願意多付錢。因此對於那些願意支付更高成本的人來說,堆疊晶片大幅提高了HBM的速度。

Handy認為,Xperi的新式堆疊技術價值會在於它的「量」是否能達到讓成本降低到足以被廣泛採用的程度;「因此它或許終究能在手機等對於成本更敏感的應用中佔據一席之地。」

 

本文原刊登於《電子工程專輯》雜誌簡體中文版2020年8月號;責編:Judith Cheng

(參考原文 :Can DRAM be stacked better?,By Gary Hilson)

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