유리 인터포저 내에서의 관통 유리 비아 채널에 대한 고주파 모델링과 측정

Abstract

3차원 반도체는 기존의 CMOS 공정의 기술적 한계로 인한 성능 포화를 극복하기 위한 핵심 기술로 떠오르고 있다. 더 짧아진 연결 길이와 감소된 전기적 딜레이는 3차원 반도체의 고속 광대역 시스템에서의 전기적 성능을 크게 향상시킨다. 그러나, 기존의 두꺼운 전기배선으로 이루어진 유기체 기판은 입출력 개수를 제한한다. 인터포저는 미세 공정된 칩과 패키지 사이에 삽입되어 매개체 역할을 하며 둘 사이의 규모 차이를 줄이기 위하여 사용된다. 인터포저는 미세한 전기적 배선으로 인해 시스템의 입출력 개수를 증가시키며 광대역 패키지 구현을 실현시키고 있다. 최근에는 실리콘이 인터포저의 물질로서 가장 많이 사용되고 있으나 실리콘은 가격이 비싸고 고주파에서의 전기적 특성이 안 좋은 한계점을 가진다. 이에 반해 유리는 절연체로서 전기적 특성이 우수하고 고주파에서의 전기적 손실이 거의 없다. 또한, 기존의 패널 공정을 이용하여 대량 생산 가능하기 때문에 가격 면에서도 장점을 갖는다. 이러한 이유로 유리 인터포저는 실리콘 인터포저를 대체할 차세대 인터포저로 주목받고 있다. 유리 인터포저의 관통 유리 비아는 전체 3차원 시스템의 전기적 특성을 결정 짓는 핵심 기술이다. 따라서, 아날로그 또는 디지털 칩을 포함하는 3차원 패키지를 잘 설계하기 위해서는 관통 유리 비아 채널에 대한 전기적 모델링이 필요하다. 본 논문에서는 TGV(Through glass via) 채널에 대한 전기적 등가 회로 모델을 제시한다. 이 때, 각각의 회로를 구성하는 RLGC 식은 채널의 디자인 변수들을 포함에 다양한 구조와 물질의 채널에 모두 이용할 수 있도록 하였다. 제안된 모델은 시뮬레이션과 측정을 통하여 검증되었다. 검증된 모델을 통하여 각각의 디자인 변수들에 의한 전체 채널의 전기적 특성 변화를 분석하였다. 아이 다이어그램과 같은 시간 축 분석뿐만 아니라 s-parameter 결과를 이용한 주파수 축에서의 분석도 진행하였다. 또한, 구조적으로 비슷한 실리콘 채널과의 비교를 통해서 유리 채널의 갖는 특성들을 다시 한번 확인하였다. 마지막으로 제안된 모델을 사용하여 와이파이 프론트 앤드 모듈을 설계하고 전기적 특성을 분석하였다.