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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)布時間：2020-12-18

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1. 引言
       隨著傳統(tǒng)的2D硅縮放達到其成本極限，半導體行業(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不同組件或管芯的制造，組裝和封裝到單個設(shè)備或封裝中，以提高性能，這就是混合鍵合技術(shù)。EV集團（EVG）是面向MEMS，納米技術(shù)和半導體市場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)弟一個用于混合硅酸鹽管芯對晶片（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)鍵預處理模塊，包括清潔，等離子體活化，芯片對準驗證和其他必要的計量工具，并且可以作為單獨系統(tǒng)運行，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，EVG320 D2W滿足了對創(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)，例如高帶寬存儲器（HBM），邏輯開-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)整合的一個關(guān)鍵的工藝過程。
       人工智能（AI），自動駕駛，增強/虛擬現(xiàn)實（AR / VR）和5G等前沿應(yīng)用需要開發(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硅縮放達到其成本極限，半導體行業(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不同組件或管芯的制造，組裝和封裝到單個設(shè)備或封裝中，以提高性能。

自動駕駛應(yīng)用.png

圖2  自動駕駛應(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，EVG可以很好地支持D2W鍵合的客戶應(yīng)用需求。 
       EV Group執(zhí)行技術(shù)總監(jiān)Paul Lindner表示：“ 20多年來，EVG憑借全球蕞大的晶圓鍵合解決方案安裝基礎(chǔ)，不斷為晶圓對晶圓的混合鍵合和融合鍵合建立了新的標準?！?“我們已經(jīng)開始使用專門為芯片對晶圓鍵合配置的已建立的EVG GEMINI FB晶圓鍵合機系統(tǒng)的專用版本來滿足新興的芯片對晶圓鍵合市場的需求。新型EVG320 D2W芯片系統(tǒng)增加了我們在芯片對晶片鍵合方面的專業(yè)知識，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晶圓鍵合機系統(tǒng).png

圖3  GEMINI FB晶圓鍵合機系統(tǒng)

3. 晶圓片對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)用程序和客戶要求進行選擇相應(yīng)的設(shè)備。在集體D2W（Co-D2W）接合中，將單個管芯放置在集體管芯載體上，然后運送到目標晶片進行管芯轉(zhuǎn)移，在此處使用W2W混合或融合接合系統(tǒng)（例如GEMINI FB）來接合管芯到目標晶圓。在直接放置D2W（DP-D2W）接合中，使用拾放式倒裝芯片接合機將單個管芯逐一接合到目標晶圓。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
       EVG320 D2W是一個高度靈活的平臺，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)無縫集成。根據(jù)集成和線路平衡的要求，它也可以作為單獨系統(tǒng)運行。該系統(tǒng)結(jié)合了EVG的高級清潔和等離子體活化技術(shù)，該技術(shù)可在其行業(yè)標準的W2W融合和混合鍵合平臺上使用，并且已在全球數(shù)百個已安裝的模塊中得到了驗證。此外，EVG320 D2W還具有EVG的對準驗證模塊（AVM），這是一個集成的計量模塊，可以向芯片鍵合機提供有關(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，用于改進過程控制。
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），自動駕駛，增強/虛擬現(xiàn)實（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，請看本站晶圓鍵合機等其他資料。

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