Direkt-Bonden

Direktes metallisches Bonden ist Verfahren, das verwendet wird, um zwei Komponenten zu montieren. Trotz seiner Hauptschwierigkeit die Anforderung von sehr hohem Reinheitsgrad, machen sie mehrere Vorteile so wie geringe Bondskraft, Raumtemperatur-Prozess, kurze Prozesszeit zu einem ernsthaften Kandidaten für Chip-Wafer Spitzentechnologien für 3D-Integration.

Das 2-jährige Projekt von Minalogic (Proceed) ist von französischem FUI (Fond Interministériel Unique) mit dem Ziel unterstützt, hohe Genauigkeit der Platzierung (< 1 μm) der Chip-zu-Wafer-Strukturen durch direktes metallisches Bonden zu beweisen. Das Projekt unter der Leitung von SET wurde durch eine Partnerschaft mit folgenden Unternehmen entwickelt:

  • CEA-Leti,
  • ST-Microelectronics
  • ALES
  • CEMES-CNRS

Ein spezielles System FC300, das an die Anforderungen des direkten metallischen Bonden von sehr hohem Reinheitsgrad angepasst wurde, wurde bei CEA-Leti entwickelt und installiert, um Chip-zu-Wafer Strukturen durch direktes metallisches Bonden für 3D-Zusammenschaltung zu erforschen.

PROCEED Project

Das Projekt PROCEED von Minalogic ist ein Projekt für 4,2 Millionen Euro, 24 Monate, das von französischem FIU (Fond Interministeriel Unique) unterstützt wurde. Das Projekt begann im Jahr 2009, das Ziel des Projekts PROCEED ist, hohe Genauigkeit der Ausrichtung (< 1 μm) der Chip-zu-Wafer-Strukturen durch direktes metallisches Bonden zu beweisen. Solche Strukturen sind für 3D-Zusammenschaltungen mit Hochleistung erforderlich und ermöglichen eine Vielzahl von Anwendungen in der Mikroelektronik, sowie in Optoelektronik oder MEMS.

Direktes Kupfer-zu-Kupfer-Bonden erfordert gute Ebenheit und hervorragende Oberflächenqualität, vor allem in Bezug auf Feinstaub und metallische Verunreinigungen. Die geringe Rauigkeit von Säulen und Pads aus Kupfer, sowie die Topografie zwischen Kupfer und Oxidstellen sind entscheidend, um gute Haftfestigkeit bei geringer Kraft und Raumtemperatur zu erhalten.

Das auf Chip-zu-Wafer basierende Verfahren von direktem metallischem Bonden ist bei CEA-Leti entwickelt, um gewisse Einschränkungen in 3D-Integration zu überwinden. Diese Technologie besteht aus Chips, die auf einem Substrat bei niedriger Temperatur und Kraft angebracht werden, die das Bonden mit hoher mechanischer und elektrischer Integrität durch örtliches metallisches Bonden erstellen.

ALES versorgt Technologie, um die Vorbereitung der Oberfläche zu unterstützen, während CEMES-CNRS die Bonden-Qualität charakterisiert und Veränderungen der Kupfer-Metallurgie beim Ausglühen analysiert. STMicroelectronics führt die Anwendung dieser Technologie für die 3D-Integration mit hoher Dichte durch.

Vorteile der Technologie

Diese direkte Technologie von Metall-zu-Metall-Bonden bietet viele Vorteile im Vergleich zu herkömmlichem Bonden mit Thermokompression.

Der Bonden-Prozess erfolgt bei geringer Kraft und Raumtemperatur, ermöglicht höhere Genauigkeit von Bonden für hochdichte Zusammenschaltungen unter Umgehung der Wärmeausdehnung von unterschiedlichen Materialien. Um lückenfreies Bonden zu gewährleisten, müssen die Ausrichtung- und die Bonden-Schritte in einer partikelfreien Umgebung stattfinden. Es geschieht durch die Verwendung von speziellen Materialien und sorgfältigen Umgang mit der Bonden-Umwelt, die Wafer-Oberfläche zu schützen, während sie mit Würfeln vollständig gefüllt ist.

Ein Bonden-Prozess mit geringer Kraft ist wichtig für die hohe Durchsatzleistung, die für die weit verbreitete Annahme der IC mit 3D-Integration erforderlich ist.

Technische Dokumente

 

 

TITLE

DATE

FROM

Chip-to-Wafer Technologies for High Density 3D Integration

May 2011

  CEA Leti Minatec, ALES, STMicroelectronics, CNRS-CEMES, SET