來源：本文由半導(dǎo)體行業(yè)觀察編譯自design-reuse。
在未來Die對Wafer (D2W) 鍵合的突破中，CEA-Leti 和英特爾優(yōu)化了一種混合直接鍵合、自組裝工藝，該工藝有可能增加校準(zhǔn)精度以及每小時(shí)數(shù)千個(gè)芯片的制造吞吐量。該方法使用水滴的毛細(xì)力（capillary forces）來對齊目標(biāo)wafer上的die。
該結(jié)果發(fā)表在 2022 年電子元件與技術(shù)會議 (ECTC) 上的一篇論文“Collective Die-to-Wafer Self-Assembly for High Alignment Accuracy and High Throughput 3D Integration”中。雖然領(lǐng)先的微電子公司認(rèn)為 D2W 混合鍵合工藝對于未來存儲器、HPC 和光子器件的成功至關(guān)重要，但它比晶圓對晶圓鍵合復(fù)雜得多，對齊精度和die組裝吞吐量也較低。CEA-Leti 多年來一直在開發(fā)一種自組裝方法，目標(biāo)是大幅提高吞吐量和貼裝精度。
CEA-Leti 的 3D 集成項(xiàng)目經(jīng)理 Emilie Bourjot 說：“采用 D2W 自組裝的商業(yè)規(guī)模吞吐量提出了與芯片處理相關(guān)的兩個(gè)主要挑戰(zhàn)。” “如果將自組裝過程與取放工具相結(jié)合，則可以通過減少對齊時(shí)間來提高吞吐量，因?yàn)榫?xì)對齊是由液滴完成的。當(dāng)自組裝與collective die-handing 解決方案相結(jié)合時(shí)，由于所有die同時(shí)粘合在一起，而在工藝流程中的任何時(shí)候都沒有任何高精度放置，因此吞吐量會增加?！?/p>
工藝優(yōu)化也是提高工藝成熟度和針對工業(yè)要求的工作的重要組成部分?！坝辛诉@樣的對齊和吞吐量性能，這絕對是一個(gè)有希望的步驟，將物理的魔力和一滴水結(jié)合起來，”Bourjot 說。
水是“自組裝過程的優(yōu)秀候選者”
該論文指出，“毛細(xì)力（capillary forces ）源于表面最小化原理，在液體的情況下通過表面張力施加。從宏觀的角度來看，液體傾向于使其液/氣界面最小化，以達(dá)到能量最小化的平衡狀態(tài)。這種機(jī)制允許die在其鍵合位置上自對準(zhǔn)。選擇作為重新排列矢量的液體必須具有高表面張力，并且必須與直接鍵合兼容。大多數(shù)液體的表面張力在 20 到 50 mN/m 之間，但水的表面張力為 72.1 mN/m，這使其成為使用親水鍵的自組裝過程的絕佳候選者，其中水已經(jīng)是關(guān)鍵機(jī)制參數(shù)?！?/p>
“用于調(diào)節(jié)表面親水性的水分配技術(shù)和表面處理似乎對于自組裝過程的正確進(jìn)行至關(guān)重要，”該論文稱?！耙虼?，在自制的集體自組裝鍵合臺上實(shí)現(xiàn)了出色的對準(zhǔn)性能。它導(dǎo)致平均偏差低于 150 nm，3σ 低于 500 nm。最后，展示了自組裝工藝與各種芯片尺寸（8x8 mm2、2.7x2.7 mm2、1.3x11.8 mm2 和 2.2x11.8 mm2）的兼容性?！?/p>
相比之下，采用取放工具后鍵合的最先進(jìn)的對準(zhǔn)是 1μm，最好的情況是 700nm，而自對準(zhǔn)工藝提供低于 500nm 甚至小于 200nm 的后鍵合對準(zhǔn)。
“自制長凳”
CEA-Leti 在解釋“自制集體自組裝鍵合臺”時(shí)說：“由于不存在用于自組裝方法的工業(yè)工具，因此該團(tuán)隊(duì)制造了自己的實(shí)驗(yàn)室臺，以實(shí)現(xiàn)集體自組裝。低再現(xiàn)性、手動過程控制仍然實(shí)現(xiàn)了 500nm 及以下的對準(zhǔn)，這強(qiáng)烈表明專用于該過程的工業(yè)工具將提供更高的再現(xiàn)性、穩(wěn)健性和精度?！?/p>
該論文的結(jié)論強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)：盡管取得了這些突破，“自組裝的許多方面仍需要探索，只有當(dāng)工具供應(yīng)商開發(fā)出（一種）適用的工具來自動化這一過程時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)巨大的改進(jìn)?！?/p>
對于這次合作，CEA-Leti 設(shè)計(jì)了工藝流程，并利用其在鍵合物理、工藝和工藝集成方面的專業(yè)知識進(jìn)行了晶圓加工和自組裝鍵合。它還進(jìn)行了表征，如納米形貌、掃描聲學(xué)顯微鏡和對齊。英特爾的參與包括提供規(guī)范、建模和前后鍵合工藝集成專業(yè)知識，以使自組裝工藝代工廠兼容。
