晶圓級三維集成的關鍵技術簡析（1）

2020-09-13

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近幾十年來，隨著微電子技術的發展，高性能、小外形、低成本的電子產品已成為市場的基本需求。

集成電路上可容納元器件的數目是符合摩爾定律預測的。

但是近年來傳統的集成電路增長趨勢開始和摩爾定律的理想模型出現了差別。

隨著手機和各種電子產品的快速發展，晶片的功能也越來越複雜，晶片上集成電晶體的數目也隨著越來越多，同時也引起了集成電路體積的增大和功耗增高。

當電晶體的柵極長度和氧化層厚度都接近物理極限時，二維集成最終將走到道路的盡頭。

遵循摩爾定律的三維集成技術可以作為解決上述問題的方案。

三維集成方法的概念是基於集成電路的新位置：Z 軸。

這意味著晶片位置不再局限於 X-Y 二維平面上了。

因此，我們可以實現更大密度的集成電路堆疊，以縮短互連，也減少了可見表面，從而縮小晶片的尺寸和提高晶片的效率，進而提高了應用範圍。

此外，三維集成方案可以結合不同的集成電路本身的最佳工藝，避免了效率低和產量低的問題。

雖然三維集成有許多優點，但它的材料選擇，熱驅動的物理設計和測試方法更是當前要解決的問題。

晶圓級三維集成是一個新的概念，利用許多高級技術實現電路密度的增加和體積的縮小。

其中，對準和鍵合技術、晶片減薄技術和矽基板穿孔技術（TSV）是三項最為關鍵的技術。

IC春秋將通過三天時間，為大家分別介紹這三種技術。

今天，先為大家介紹對準和鍵合技術。

對準不精確導致電路故障或可靠性差。

因此，對準精度的高低主導了晶片接觸面積和三維集成電路堆疊的成品率。

對準精度與對準器和對準標記有關。

也受操作員個人經驗的影響。

銅被廣泛用於標準 CMOS 製造中。

因此，銅是三維集成中連接兩個設備層或晶圓的最好的選擇。

銅晶圓鍵合的原理是讓兩個晶片接觸然後熱壓縮。

在鍵合過程中，兩個晶片的銅層可以相互擴散以完成鍵合過程。

集成的質量與晶圓表面的清潔度和鍵合時間有關。

一般來說，溫度至少300～400℃才能完成銅鍵合。

可以根據其介面的形態來確定鍵合質量。

為了獲得好的銅晶片鍵合的結果，條件是400℃加熱30分鐘，接著400℃氮氣環境退火30或60分鐘。

雖然高溫和高壓可能會提高鍵合質量，但相應的成本和設備的損耗也成為需要關注的主要問題。

因此，在較低的溫度和壓力下的鍵合方法是三維集成的主要目的。

每天一句話，送給在IC、泛IC和投資圈奮鬥的你我，讓我們共勉——你所渴望的美好只是遲到，絕不會缺席。

時間不會辜負你的努力，夢想也不會遺忘你的付出。

請用汗水和勤奮譜寫嶄新的篇章。

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