面向先进封装应用的混合键合技术研究进展

随着摩尔定律推进至纳米级节点,以硅通孔(TSV)、重布线层(RDL)、薄芯片堆叠键合等为支撑的三维集成被认为是延续摩尔定律的重要途径.Cu/SiO_(2)混合键合可以持续缩小芯片间三维互连节距、增大三维互连密度,是芯片堆叠键合前沿技术.近年来它在互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、Xtacking 3D NAND、2.5D/3D集成等商业化应用突破,使之成为国内外领先半导体研究机构研究关注的热点话题.本文将系统梳理混合键合技术的研究历史与产业应用现状,重点分析近年来国内外代表性研究工作的技术路线、研究方法、关键问题等,在此基础上,对混合键合技术的未来发展方向进行展望.

TGV通孔双面电镀铜填充模式调控及工艺可靠性试验研究

通过双面电镀铜实现TGV(Through Glass Via)通孔部分实心填充,兼具TGV通孔密度高、TGV厚度尺寸范围大、热力学可靠性高、圆片级/板级工艺流程简单等优点,是“芯粒”2.5D/3D集成、光电共封装(Co-Packaged-Optics,CPO)等先进封装用TGV转接板潜在优选金属化路线.本文将介绍基于国产电镀药水体系和课题组设计电镀槽体通过电镀参数设计实现TGV通孔双面电镀铜填充模式的调控,实现了X型以及“桥型”直通型TGV孔金属化;据JEDEC标准试验研究了TGV通孔glass–Ti–Cu金属化体系在高温加速老化测试(Highly Accelerated Stress Test,HAST)、温度循环测试(Temperature Cycle Test,TCT)、高温存储(High Temperature Storage,HTS)等可靠性表现,验证了TGV部分实心填充金属化工艺优点,试验发现了TGV铜互连氦气漏率、直流电阻对HAST试验最为敏感,Ti–Cu界面微缺陷、贯穿性裂纹产生是HAST试验中TGV铜互连主要失效模式,揭示了TGV铜互连Cu–Ti–glass材料体系中Ti趋于向glass衬底扩散、Cu趋于向Ti层扩散,由此在Ti–Cu界面产生缺陷、形成微裂纹,为金属化材料体系选择与阻挡层厚度设计提供指导;展示了用于体硅RF MEMS器件圆片级封装TGV盖帽圆片、2.5D射频集成大面积TGV转接板样品、TGV转接板堆叠集成毫米波天线等,演示其圆片级工艺应用可行性,为后续集成应用做技术储备.

基于TSV转接板的三维集成热-力学建模与仿真分析

基于硅通孔(Through Silicon Via,TSV)转接板的三维堆叠集成封装包含许多不同材料的复杂微结构,因此会因热应力而带来可靠性风险。同时,复杂的微结构会导致有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)中包含大量单元或节点,并消耗大量计算机资源,建模和仿真变得非常具有挑战性,使用粗网格又可能导致求解不准确。探索了一种模型简化方法,使用梁单元对键合层的凸点进行简化,再使用子模型技术分析危险位置凸点的应力情况。该方法简化了模型,大大减少了计算机资源。在热-力耦合分析中,两个模型之间的位移偏差小于1%,使用子模型技术也很好地预测了最大位移处凸点的应力情况。