טכניקות מתפתחות ב Semiconductor Wafer אינטגרציה 3d

עם זאת, חיבור לייזר הוא תהליך סדרתי, אשר מגביל את דרךput עבור אג"ח ברמה גדולה של ואגפר. גישות היברידיות המשלבות לייזר לפני מונדה עם אננאל בעל טמפרטורה נמוכה לאחר מכן נחקרים כדי לשפר את הפרודוקטיביות.

Cold Wedge Bonding (Ultrasonic Bonding)

אג'ינג קר חל על אנרגיה קולית ולחץ מתון על הירכיים בטמפרטורת החדר. רטט קול יוצר חום חיכוך רק בממשק, גורם עיוותים פלסטיק מקומיים וחיבור מתכת-למתכת (חוש נחושת או זהב) ללא היתוך החומרי.טכניקה זו היא בעלת ערך במיוחד עבור אג"ח דק מאוד (<50 μm) כי אחרת מלחמה או סדקים תרמי תחת סדקים תרמי.

חיבור לא חוקי נעשה שימוש נרחב ב-Wifering והוא עכשיו מותאם לתהליכים בקנה מידה .אתגר מרכזי הוא להבטיח חלוקת אנרגיה אחידה על פני כל האזור המופרך.מחקר הנוכחי מתמקד בעיצובים רב-טרנסדוריים ו ניטור אקוסטי בזמן אמת כדי לשפר את אחידות.FLT:0A 2021 סקירה ב-FLT:1Microelect RelicyFLT:2F: 3F: 3F3, אשר יכול להשיג ממשק MParacic מעל לדחיסה תחרותית, אשר יכול להשיג חיבורים קריר יותר מאשר 40.

מגבלות כוללות את הצורך על פני השטח הנפחים של המראה ואת האפשרות של נזק אקוסטי לדאלקטרי נמוך שברירי.עם זאת, עבור יישומים כמו זיכרון ערימה ו 3D NOR פלאש, חיבור קולי הוא צובר מתח.

4.משטח-Activated Bonding (SAB)

אג"ח מגובש על פני השטח תלוי ניקוי גבוה של משטחים של הרחם (בדרך כלל עם קרן Argon ion) כדי להסיר תחמוצות ילידים ומזהמים, חשיפת אג"ח דנגלינג. כאשר משטחים נקיים מובאים במגע תחת ואקום, אג"ח אטומי חזק בצורת ספונטנית בטמפרטורת החדר.

(ה) הוכח כי סיליקון סיליקון סיליקון, אך הוא אפילו יותר אטרקטיבי עבור סיליקון:0heterogeneous אינטגרציהFLT:1 -joining dissimilar חומרים כגון סיליקון ליתיום ניפולט, או סיליקון ליהלומים; A גדול נסוג הוא צורך UHV (FLT2ated SAFrea) 3, 000) אשר ניתן לשמור על סיליקון עם תכונות של חיבור סיליקון (A2D) גבוה יותר מגובהוחזקה של סיליקון)

Direct Bonding (Cu-SiO2 Hybrid Bonding)

האג"ח ההיברידי התפתח כטכניקה המובילה לאינטגרציה תלת מימדית גבוהה, במיוחד בחיישנים תמונות CMOS וערימות לוגיקה מתקדמות (למשל, 3D V-Cache) ב אג"ח היברידי, כריות נחושת מוטבעות בפח סיליקון דו-חמצני (או SiCN) מדמריצה דיאלקטרית.ה הם קודם כל תואמים, ואז בחדר באמצעות מערכת מתכת-ד-ד-ידית עם קרינת מתכת-ד-250 (D) עם חיבור בין-D) עם חיבור בין-D-D ו-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ידי c-ד-ד-250.

חידושים אחרונים כוללים את השימוש של FLT:0 siCN קוורסים 1:1 במקום SiO2 עבור dielectric, אשר משפר את עמידות לחות ומפחית את הפיזור נחושת.FLT:2 חומרים יישומיים FLT 3 וספקי ציוד אחרים הציגו כלים המאפשרים חיבור היברידי עם ספירת חלקיקים מתחת ל-0.10 /2, אמצעי קריטי לשימוש לייצור נפח.

האתגרים העיקריים הם שטוחות מחמירה דרישות ניקיון (סעיפים >0.1 μm יכול לגרום לאזורים לא ממונונים) עם זאת, אג"ח היברידית הורחב עכשיו ל-FLT:0multi-wafer ערימהFLT:1 ואפילו FLT:2die-to-waferFLT 3, אשר יהיה חיוני עבור 3D-SoCs.

6.השעה הפנויה-חופשית של בונדינג עבור ⁇

בעוד לא טכניקת האגרה האחרונה, האג'ינג זמני הוא צעד מכריע באינטגרציה 3D. דבקים מסורתיים המשמשים לצרף נושא wfer חייב להיות הוסר לאחר דקה, אשר יכול להיות זמן-consuming ולהציג שאריות.

• (ב) ,0) , אספקת חשמלרוסט (ה) 1 (הופנה מהדף אלקטרוניקה, שם מתח מוחל מדגימה את המכשיר.
• (ב) ויקרא י"א): "בְּהָעָשְׂהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִית" (בראשית כ"ד).
• (ב) ,0) ,Laser debondingFLT:1 שבו שכבת שחרור אור-האור מחוספסת באופן מיידי על ידי לייזר מומס, ולא משאירה שאריות.

שיטות חיבור זמניות אלה משפרות את הניקיון תהליך ולהפחית חשיפה תרמית הכוללת, אשר מועיל במיוחד עבור מכשירים רגישים לעוצמה כגון DRAM או RF-SOI.

היתרונות של טכניקות מתפתחות על פני שיטות אמנותיות

טכניקות חיבוריות חדשות מציעות מספר יתרונות משכנעים:

• (FLT:0) תקציבים תרמיים:FLT:1ir שיטות מתפתחות רבות לעבוד בטמפרטורת החדר או מתחת ל-300 מעלות צלזיוס, להפחית באופן דרסטי את עמוד השדרה, פגמים הנגרמים על ידי מתח, ופיזור של dopants או מתכות.
• (FLT:0) שילוב heterogeneous:FLT:1 טכניקות כמו PAB, SAB, וחיבור היברידי מאפשר חיבור של חומרים עם CTEs שונים, קבועות לקטוס, או נקודות נמס (למשל, חיבור INP על סי).
• (FLT:0) פיץ' אינטרקפיד: אנדרל 1 (Hyph 1:) חיבור היברידי כבר תומך בחתונות מתחת ל- 1 מיקרומטר, והרחבות עתידיות עשויות להגיע ל-0.5 מיקרומטר, המאפשרות אלפי חיבורים אנכיים למאגר מרובע.
• (FLT:0) אמינות מוכחת: FLT:1rea חזק או אג"ח מתכתי שנוצר בטמפרטורות נמוכות יש פחות ריקות ויציבות ארוכת טווח טובה יותר בהשוואה לדבקים פולימרים.
• (FLT:0) תאימות עם זרמי CMOS קיימים: ⁇ 1) רבים מן הטכניקות האלה הם תהליכים יבשים, מבוסס ואקום שניתן לשלבם בכלי fab קיימים עם סיכון מינימלי זיהום.

יתרונות אלה מניעים אימוץ בייצור בנפח גבוה, במיוחד עבור זיכרון (HBM, 3D NAND), חיישני תמונות (CMOS מחסנים מחסנים מחסנים מחסנים מחסנים מחסנים מחסנים מחסנים מחסנים), ולוגיקה (FPGA ו- CPU).

יישומים נהיגה חדשנות

זיכרון גבוה-Bandwidth Memory (HBM) ו- 3D DRAM

ב HBM2E ו HBM3, עד 12 DRAM מת מחסנים באמצעות TSVs ומיקרו-bumps, עם הערימה מחוברת לבסיס לוגיקה למות.טכניקות מתפתחות כמו חיבור היברידי יכול להפחית את המגרש בין ערוצי זיכרון, הגדלת רוחב הפס תוך הורדת כוח ל bit. סמסונג ו- SK Hynix הודיעו על תוכניות לאמץ חיבור היברידי לערימות זיכרון עתידיות.

CMOS Image Sensors (CIS)

CIS Stack – שבו מערך הפיקסלים מחובר ל שבב לוגי לקריאה – מתפרסים על חיבורים נחושת-ל-ל-קוקפל.זה מבטל את הצורך בטור-מקביל ADC בליטות ומצמצמצמצם את גודל פיקסל. חיישנים של סוני RS הם דוגמה ראשונית, באמצעות חיבור היברידי של Cu-Cu עם 2m המגרש.

קומפקטי Optoelectronics

Integrating III-V לייזרים או מודטורים על מעגלים פוטוניים סיליקון דורש קשר זמני נמוך כדי להימנע מדהמת חומר III-V. PAB ו SAB נחקרים כדי להשיג זאת עם תת-100 Nm יישור.ה- ICs photonic וכתוצאה מכך ניתן לאפשר חיבורים אופטיים בקנה מידה terabit.

ציוד חשמל וגאון-און-סי

אג"ח Wafer משמש להעברת שכבות GaN אפימיסאלי על סי או תת-שכבות יהלומים עבור ניהול תרמי טוב יותר. אג"ח קר ו- PAB לאפשר העברה ללא סדקים שכבת הג'N, המאפשרים טרנזירים בעלי מתח גבוה עם הפחתת חום משופרת.

אתגרים ושאלות פתוחות

למרות ההבטחה שלהם, טכניקות מתפתחות מתמודדות עם כמה מכשולים לפני אימוץ נרחב:

• (ב) ,0 באמצעות חישוב לעומת דיוק: תהליכים סידוריים כגון חיבור לייזר או חיבור קולי חייב להיות בקנה מידה כדי לטבול את התפוקה מבלי להתפשר על דיוק היישר.
• (FLT:0)Particle ו- טיפת שליטה: FLT:1) חיבור היברידי ו SAB דורשים ניקוי פני השטח כמעט מושלם.
• (FLT:0)Metrology:FLT:1 מאפיין איכות אג"ח בקנה מידה תת-מיקרומטר הוא קשה. high-resolution מיקרוסקופיה אקוסטית, thermography אינפרא אדום, ומבנים במבחן חשמלי מתפתחים כדי לענות על צורך זה.
• (FLT:0) תאימות אווירית: FLT:1) כמה שיטות חיבור דורשות סיום משטח מסוים (למשל, צפיפות OH גבוהה עבור PAB), אשר עשוי לא להיות אמין על כל החומרים ללא טיפולים כימיים נוספים.
• (FLT:0) Cost:BuildFLT:1) תהליכים המבוססים על UHV (SAB) או מערכות לייזר אקזוטיות להוסיף עלות הון עלות מעליות.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

האבולוציה של אג"ח מדאיגה היא מאיצה.מגמות מפתח כוללות:

• (FLT:0) חיבור היברידי של Multi-טכנולוגיה: ההרחבה של PAB עבור משטחים דיאלקטריים עם יצירת טרום מראש עבור כריות מתכת יכול להשיג הן קשרים דיאלקטריים חזקים ומגעים חשמליים בעלי השפעה נמוכה בשלב אחד.
• (FLT:0) וחדשנות היישור ברמה גבוהה: FIRLT:1 ,Moiré interferometry ומצלמות היערכות כפולה הם להשיג דיוק sub-100 nm overlay, הכרחי עבור חיבור היברידי sub-0.5 μm.
• (FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית בשליטה בתהליך: FLT:1 Machine מודלים לומדים מאומנים לחזות איכות אג"ח משקף פני השטח, ספירת חלקיקים ופרמטרים פלזמה, המאפשרת התאמות בזמן אמת.
• (FLT:0) אינטגרציה עם עיבוד חוזר: ההרחבה 1 (IQFLT:1 ), בעוד אינטגרציה 3D נעה לעבר מגרשים דקים יותר, אג"ח יהיה צורך להיות תואם עם דיאלקטריות נמוכות דיו ומתכת מתקדמת של BEOL.

בעשור הבא, אנו יכולים לצפות לראות את האג"ח של הבזק מתפתח מצעד של אריזה נישה לתהליך חזיתית, משולב בצורה חלקה עם ייצור טרנזיטור.המעבר ממיקרו-ממפ לחיבור היברידי ל-FLT:0 עקיפה-בשורה (DBI)FLT:1 יאפשר מערכות תלת-ממדיות אמיתיות על שבבים (SoC) המשלבות לוגיקה, זיכרון, חיישנים חד-גוניים בערימה 3D.

[קרא] סקירה מעמיקה של ההתפתחויות האחרונות, ראה במאמר זה בשנת 2019 ב-FLT 1Journal of Solid State Science and TechnologyמבואFLT:2ibFLT 3:2, על הקשר בין פלזמה לאינטגרציה heterogeneous, ו-FLT:4IEEE Heterogeneous אינטגרציה Road MapLTF:5 for Perspectives.

מסקנה

Semiconductor wfer אג'ינג התפתח הרבה מעבר למקורו כתהליך פשוט של הדבקה.טכניקות מתפתחות – כפי שהפך את תצורת לייזר, מחוספס, מתפתל, מתכוונן, מגובש על פני השטח, וקשרים היברידיים - מאפשרים רמות חסרות תקדים של שילוב תלת-ממדי.על ידי הורדת תקציבים תרמיים, הרחבת יכולת ייצור חומרית, וצמצום חיבורים, שיטות אלה מניעות הדור הבא של מערכות ניהוליות גבוהות יותר, מערכת ניהולית של מערכות ניהולית גבוהה יותר.