直接接合

直接金属接合是一种用于组装两个元件的方法。其主要难点在于对高洁净度的要求,但其低接合力、室温工艺、处理时间短等优点,使其成为适用于3D集成的先进芯片对晶圆技术的最佳选择之一。

为期两年的Minalogic项目(Proceed)得到了法国FUI(Fond Interministériel Unique)的支持,该项目旨在通过直接金属接合来呈现芯片对晶圆结构的高贴装精度(小于1微米)。该项目由SET负责,并与以下伙伴合作开发:

  • 法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)
  • 意法半导体公司(ST-Microelectronics)
  • 爱丽斯公司(ALES)
  • 法国国家科学研究院材料制备与结构研究中心(CEMES-CNRS)

CEA-Leti开发并安装了一个特殊的FC300系统,以适应直接金属接合的高清洁度要求,它通过直接金属接合来探索芯片对晶圆结构的3D互连

PROCEED项目

PROCEED Minalogic项目为期24个月,耗资420万欧元,由法国FIU(Fond Interministeriel Unique)提供资助。PROCEED项目始于2009年,旨在展示直接金属接合所制成的芯片对晶圆结构的高对准精度(小于1微米)。此类结构对于高性能3D互连电路而言是必不可少的,并且能够在微电子以及光电子或MEMS当中进行广泛应用。

铜对铜直接接合需要良好的平面性以及极高的表面质量,特别是在颗粒和金属污染方面。铜柱和接合点的低粗糙度,以及铜和氧化物区域之间的表面状态,对于在低粘力和室温下获得良好的接合强度来说十分关键。

CEA-Leti开发出这种基于芯片对晶圆的直接金属接合的工艺,来克服3D集成中的某些限制。该技术包括了在低温和低粘力条件下将芯片连接到基板上,以及通过局部金属接合来实现高机械和电气完整性的接合。

ALES提供技术来支持表面处理,而CEMES-CNRS则负责确定接合质量并对退火阶段中铜冶金的变化进行分析。意法半导体公司正在推动该技术在高密度3D集成中的应用。

技术优点

与传统的热压接合相比,这种直接的金属对金属接合技术具有许多优点。

在低压力和室温条件下进行接合,通过避免不同材料的热膨胀,实现了高密度互连的更高精度的接合。为了确保无空隙接合,对准和接合的步骤必须要在无颗粒环境中进行。这要通过使用特殊材料以及对粘合环境的细致管理来实现,从而在晶圆充满颗粒物的时候对其表面进行保护。

对于3D互连集成广泛应用所需的高产量而言,低粘力接合工艺至关重要。

技术论文

 

 

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

May 2011

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