晶圆级异构集成3D芯片互连技术研究

作者：田飞飞; 凌显宝; 张君直; 叶育红; 蔡传涛; 赵磊; 陶洪琪

来源：固体电子学研究与进展, 2023, 43(03): 287.

DOI：10.19623/j.cnki.rpsse.2023.03.012

<正>南京电子器件研究所基于芯片微凸点制备工艺和倒装互连工艺,进行了GaAs,GaN等晶圆级异构集成3D芯片互连工艺的研究,实现了芯片与芯片堆叠(Die to die,D2D)到芯片与圆片堆叠(Die to wafer,D2W)的技术性突破。芯粒间采用耐腐蚀、抗氧化、有良好塑性变形的金凸点作为互连材料。针对原位超声热压键合技术中多尺度、大规模、高一致性金凸点制备困难及倒装互连强度不足等关键问题,采用二次图像聚焦方法,实现了高同轴度、高精度金凸点的制备工艺,通过全过程芯粒保形技术,实现了键合过程中大规模金凸点与焊盘间热、力和超声能量的高一致性。芯粒间互连金凸点形貌偏差±5μm,间距最小60μm,满足金凸点推力标准。图1为芯片金凸点制备扫面电子显微图像,可以看出金凸点具有较好的一致性。图2为在GaAs半导体晶圆上实现晶圆级异构集成3D芯片互连工艺的图像,可以看出,倒装互连后的品圆未出现裂纹、破损等现象。图3为晶圆中单颗异构集成3D芯片的X光图像,可以看出,微凸点精准地实现了芯片pad与晶圆pad的互连,倒装互连精度可达±5μm。晶圆级异构集成互连工艺可大幅度提高异构集成3D芯片的生产效率,可实现自动化平台测试。