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一種用于晶圓片混合鍵合3D異構(gòu)集成的技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2020-12-18

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1. 引言
       隨著傳統(tǒng)的2D硅縮放達(dá)到其成本極限，半導(dǎo)體行業(yè)正在轉(zhuǎn)向異構(gòu)集成-將具有不同特征尺寸和材料的多個(gè)不同組件或管芯的制造，組裝和封裝到單個(gè)設(shè)備或封裝中，以提高性能，這就是混合鍵合技術(shù)。EV集團(tuán)（EVG）是面向MEMS，納米技術(shù)和半導(dǎo)體市場(chǎng)的晶圓鍵合和光刻設(shè)備的領(lǐng)仙供應(yīng)商，近期推出了EVG®320 D2W裸片制備和活化系統(tǒng)，這是業(yè)內(nèi)弟一個(gè)用于混合硅酸鹽管芯對(duì)晶片（D2W）鍵合活化和清洗系統(tǒng)。
       該系統(tǒng)集成了D2W鍵合所需的所有關(guān)鍵預(yù)處理模塊，包括清潔，等離子體活化，芯片對(duì)準(zhǔn)驗(yàn)證和其他必要的計(jì)量工具，并且可以作為單獨(dú)系統(tǒng)運(yùn)行，也可以與第三方拾放芯片工具集成鍵合系統(tǒng)。借助EVG在混合鍵合技術(shù)上數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，EVG320 D2W滿(mǎn)足了對(duì)創(chuàng)新工藝解決方案的關(guān)鍵需求，這些工藝解決方案可以加快異構(gòu)集成的部署并支持新一代設(shè)備和系統(tǒng)，例如高帶寬存儲(chǔ)器（HBM），邏輯開(kāi)-內(nèi)存，小芯片，分段和3D片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備，以及3D堆疊式背面照明CMOS圖像傳感器。

EVG320 D2W 晶圓鍵合等離子活化和表面清潔系統(tǒng)

圖1  EVG320 D2W 晶圓鍵合等離子活化和表面清潔系統(tǒng)

2. 需求分析
       混合鍵合是異構(gòu)整合的一個(gè)關(guān)鍵的工藝過(guò)程。
       人工智能（AI），自動(dòng)駕駛，增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR / VR）和5G等前沿應(yīng)用需要開(kāi)發(fā)高帶寬，高性能和低功耗設(shè)備，并且不能增加生產(chǎn)成本。隨著傳統(tǒng)的2D硅縮放達(dá)到其成本極限，半導(dǎo)體行業(yè)正在轉(zhuǎn)向異構(gòu)集成-將具有不同特征尺寸和材料的多個(gè)不同組件或管芯的制造，組裝和封裝到單個(gè)設(shè)備或封裝中，以提高性能。

自動(dòng)駕駛應(yīng)用.png

圖2  自動(dòng)駕駛應(yīng)用

       在某些應(yīng)用（例如CMOS圖像傳感器和各種內(nèi)存以及邏輯技術(shù)），晶圓對(duì)晶圓（W2W）混合鍵合涉及不同生產(chǎn)線的晶圓堆疊和電連接，是異構(gòu)集成的核芯過(guò)程。但是，在組件或管芯的尺寸不同的情況下，D2W混合鍵合為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)集成提供了可行的途徑。憑借其新的D2W鍵合解決方案，其市場(chǎng)領(lǐng)仙的W2W混合鍵合解決方案以及其異質(zhì)集成能力中心支持的行業(yè)合作經(jīng)驗(yàn)，EVG可以很好地支持D2W鍵合的客戶(hù)應(yīng)用需求。 
       EV Group執(zhí)行技術(shù)總監(jiān)Paul Lindner表示：“ 20多年來(lái)，EVG憑借全球蕞大的晶圓鍵合解決方案安裝基礎(chǔ)，不斷為晶圓對(duì)晶圓的混合鍵合和融合鍵合建立了新的標(biāo)準(zhǔn)。” “我們已經(jīng)開(kāi)始使用專(zhuān)門(mén)為芯片對(duì)晶圓鍵合配置的已建立的EVG GEMINI FB晶圓鍵合機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)用版本來(lái)滿(mǎn)足新興的芯片對(duì)晶圓鍵合市場(chǎng)的需求。新型EVG320 D2W芯片系統(tǒng)增加了我們?cè)谛酒瑢?duì)晶片鍵合方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并完善了EVG的設(shè)備組合，可提供端到端的混合鍵合解決方案，以加快3D或者異構(gòu)集成的部署。 

GEMINI FB晶圓鍵合機(jī)系統(tǒng).png

圖3  GEMINI FB晶圓鍵合機(jī)系統(tǒng)

3. 晶圓片對(duì)晶圓片混合鍵合工藝的流程
       有幾種不同的D2W鍵合方法可以使用，并根據(jù)應(yīng)用程序和客戶(hù)要求進(jìn)行選擇相應(yīng)的設(shè)備。在集體D2W（Co-D2W）接合中，將單個(gè)管芯放置在集體管芯載體上，然后運(yùn)送到目標(biāo)晶片進(jìn)行管芯轉(zhuǎn)移，在此處使用W2W混合或融合接合系統(tǒng)（例如GEMINI FB）來(lái)接合管芯到目標(biāo)晶圓。在直接放置D2W（DP-D2W）接合中，使用拾放式倒裝芯片接合機(jī)將單個(gè)管芯逐一接合到目標(biāo)晶圓。等離子體活化和處理晶片上管芯表面的清潔是在管芯和目標(biāo)晶片之間建立高產(chǎn)率的鍵合和電界面的必要步驟。這是需要用到EVG320 D2W芯片混合鍵合系統(tǒng)的地方。 

混合鍵合面示意圖.jpg

圖4  混合鍵合面示意圖

4. 設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)
       EVG320 D2W是一個(gè)高度靈活的平臺(tái)，具有通用的硬件/軟件接口，可與第三方拾放芯片鍵合系統(tǒng)無(wú)縫集成。根據(jù)集成和線路平衡的要求，它也可以作為單獨(dú)系統(tǒng)運(yùn)行。該系統(tǒng)結(jié)合了EVG的高級(jí)清潔和等離子體活化技術(shù)，該技術(shù)可在其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的W2W融合和混合鍵合平臺(tái)上使用，并且已在全球數(shù)百個(gè)已安裝的模塊中得到了驗(yàn)證。此外，EVG320 D2W還具有EVG的對(duì)準(zhǔn)驗(yàn)證模塊（AVM），這是一個(gè)集成的計(jì)量模塊，可以向芯片鍵合機(jī)提供有關(guān)關(guān)鍵工藝參數(shù)的直接反饋，這些關(guān)鍵工藝參數(shù)包括芯片放置精度和芯片高度信息以及鍵合后的度量，用于改進(jìn)過(guò)程控制。
5. 總結(jié)
       以上介紹的就是一種用于晶圓片混合鍵合3D異質(zhì)集成的技術(shù)，這是人工智能（AI），自動(dòng)駕駛，增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR / VR）和5G等前沿應(yīng)用領(lǐng)域急需的一種新型鍵合技術(shù)。想要了解更多關(guān)于鍵合技術(shù)的知識(shí)，請(qǐng)看本站晶圓鍵合機(jī)等其他資料。

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