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運動量は銅の雑種の結合、次世代2.5Dおよび3Dパッケージの方に道を開くことができる技術のために造っている。

鋳物場、装置の売り手、R & Dの組織および他は積み重ねおよび結束は高度のパッケージで相互に連結する銅に銅を使用することを死ぬことプロセスである銅の雑種の結合を開発している。まだR & Dで、包装のための雑種の結合は積み重なり、接着の既存の方法より低い電力をより多くの帯域幅に与える。しかし雑種の結合はまたより実行しにくい。プラスは、既存の技術更により期待されて伸びるかもしれ、雑種の結合のための挿入位置を押し出す。

銅の雑種の結合は新しくない。2016年に始まって、CMOSのイメージ センサーの売り手はウエファーにウエファーの雑種の接着の技術を使用してプロダクトを出荷し始めた。これのために、売り手は論理のウエファーを処理する。それから、売り手はピクセルが付いている別のウエファーを処理する。2つのウエファーは良ピッチの銅に銅を使用して相互に連結する結ばれる。個々の破片はCMOSのイメージ センサーを形作るウエファーでさいの目に切られる。

雑種の接着は高度の包装のための同じ方法をほぼ働かせるが、より複雑である。売り手はダイスにウエファーの結合と呼ばれる別の変化にインターポーザーまたは他のダイスのとらわれのダイス積み重なるところで取り組んで。「私達はダイスにウエファーの雑種の結合を開発するために強い企業の運動量を見ている」スティーブンHiebertをKLAの年長のマーケティング担当部長言った。「ダイスにウエファーの雑種の結合の主な利点であるdifferent-sized破片の異質統合のenablement」。は

この版は次のレベルに高度の包装を取る。今日の高度の包装の1つの例では、売り手はパッケージの複数のダイスのドラムの積み重ねを統合できダイスを接続し既存の結合の機構を使用する。雑種の結合によって、ドラムのダイスは良ピッチの銅に銅を使用して相互に連結し接続され、より多くの帯域幅を可能にする。このアプローチはまた記憶積み重ねおよび他の組合せの高度の論理に使用できる。

「それに多くの異なった適用のための潜在性がある」、Guilian高、最近の提示のXperiの顕著なエンジニアを、言った。「例適用含んでいる3Dドラム、異質統合および破片の離解を」。は

しかしそれは挑戦的なプロセス、である。ダイスにウエファーの雑種の結合は原始的死ぬ、高度装置および完全な統合の機構要求する。しかし売り手がそれを働かせることができたら技術は高度のチップ デザインのための魅力的な選択でもよい。

従来、設計を進めるために、企業は各ノードで異なった機能を縮め、単一に死ぬ詰めるところで、システムオンチップ（SoC）を発達させる。しかしこのアプローチは各ノードでより複雑、に高くなっている。一部がこの道に続き続ける間、多数は代わりを捜している。スケーリングの利点を得る1つの方法は従来の高度のパッケージで複雑な破片を組み立てることである。雑種の結合を使用して高度の包装は更に別の選択である。

GlobalFoundries、Intel、サムスン、TSMCおよびUMCは包装のための銅の雑種の結合で動作するすべてである。ImecおよびLetiは従ってある。さらに、Xperiは雑種の結合の版を開発している。Xperiは他に技術を認可する。

 

多くの包装の選択
いくつかのICのパッケージがタイプ インする市場をある。包装の市場を区分する1つの方法はwirebond、フリップ破片、ウエファー レベルの包装（WLP）およびによケイ素のvias （TSVs）を含んでいる結合のタイプによって行う。Interconnectsパッケージのもう1つに1つのダイスを接続するのに使用されている。TSVsにWLP、フリップ破片およびwirebondに先行している最も高い入力/出力の計算がある。雑種の結合、結合の新来者に、TSVsより高い密度がある。

ある75%から今日のパッケージの80%はTechSearchに従ってワイヤー結合に、基づいている。ワイヤーbonderは別の破片に1つの破片か小さいワイヤーを使用して基質をステッチする。ワイヤー結合は商品のパッケージのために使用され、記憶は積み重なることを死ぬ。

フリップ破片では、より大きいはんだの隆起の海、か小さい銅の隆起および柱はさまざまなプロセス ステップを使用して破片の上に、形作られる。装置はそれから弾かれ、別に取付けられて死ぬか、または乗りなさい。隆起は電気関係を形作る銅のパッドで上陸する。ダイスはウエファーのbonderと呼ばれるシステムを使用して結ばれる。

その間WLPはダイスを間、ウエファーで包む。ファン・アウトは1つのWLPのタイプである。「（ウエファー レベルの包装）ケイ素の出力を再分配するより小さい二次元の関係をすることを可能にし私達が死により大きい区域に、より高い入力/出力密度を可能にする、現代装置のためのより高い帯域幅そして高性能」、ECTCで崖McCold、提示のVeecoの研究の科学者を、言った。

その間、TSVsは上限2.5D/3Dパッケージで使用される。2.5Dでは、ダイスはTSVsを織込んでいるインターポーザーで積み重なる。インターポーザーは破片とより多くのI/Osおよび帯域幅を提供する板間の橋として機能する。

2.5Dおよび3Dパッケージの異なった版がある。高い帯域幅の記憶（HBM）は、互いのドラムのダイスを積み重ねる、1つの3Dパッケージのタイプである。論理の論理、か記憶の論理を積み重ねることは、現れている。「論理の積み重ねの論理はまだ広まっていない。記憶の論理はパイプライン来ている何か」、言った、Ramune NagisettyをIntelのプロセスそしてプロダクト統合のディレクターである。

包装で、最も最近の専門語はchipletsである。Chipletsは包装タイプ、本質的にではない。chipletsによって、チップメーカーはモジュラー ダイスのメニュー、か図書館のchipletsが、あるかもしれない。顧客はchipletsを組み合わせ、パッケージのダイスにダイスの結合の機構を使用して接続できる。

Chipletsは既存のパッケージのタイプか新しい建築に存在できる。「それは建築の方法である」、ウォルターNGのUMCの事業開発の副大統領を言った。「それは必須の仕事のためのケイ素の解決を最大限に活用している。それらすべてにパフォーマンスへの考慮が、かどうか速度、熱または力ある。どんなアプローチを」。取るかそれにまたによってコスト ファクタが、ある

今日の最先端の2.5Dおよび3Dパッケージのために、売り手はある結合の機構およびウエファーのbondersを使用する。これらのパッケージでは、ダイスは銅のmicrobumpsおよび柱を使用して積み重なり、接続される。はんだ材料に基づいて、隆起および柱は異なる装置の間の小さい、速く電気関係を提供する。

最先端のmicrobumps/柱は40μmから36μmピッチが付いている小さい構造である。ピッチはある特定のスペースを示す。40μmピッチは間隔をあける15μmと25μmの銅の柱を含む。

良ピッチの条件のために、企業は熱圧縮の結合（TCB）を使用する。TCBのbonderはダイスを取り、別のものからのそれらに隆起を死ぬ一直線に並べる。それは力および熱を使用して隆起を結ぶ。

しかしTCBは遅いプロセスである。それの上に、銅の隆起/柱は物理的な限界に近づいている。ある人々は限界がおよそ20μmピッチであることを信じる。

一部は隆起ピッチを拡張することを試みている。Imecは今日のTCBを使用して10μmの隆起ピッチを可能にする技術を開発している。7μmおよび5μmはR & Dにある。

現在の40μmの隆起ピッチに流れの変化を補う十分なはんだ材料がある。「10μmピッチに量るとき以下に、これはではないもはや事実。良ピッチmicrobumps、電気収穫およびよい共同形成は最近のECTCの会議でペーパーでImecで正確さに強く依存している、はんだの変形のTCB用具そして量のミスアラインメントそして傾き」、Jaber Derakhshandeh言った、年長の科学者を。

microbumpを拡張するためには、Imecは金属のスペーサ プロセスを開発した。の前にように、microbumpsはまだダイスで形作られる。Imecのプロセスでは、模造の金属のmicrobumpsはまたダイスで形作られる。模造の隆起は構造を遅らせる小さいビームに類似している。

「模造の金属のスペーサのmicrobump TCB用具の傾きの間違いを軽減するために積み重なる3Dダイスにウエファーにもたらされ、結合の電気抵抗そして共同形成質が担保付きのダイスの異なった位置のための同じであるようにと、はんだの変形を制御するために」はDerakhshandehは言った。

雑種の結合は何であるか。
ある時点で、microbumps/柱およびTCBは活力を失うことができる。それはところ銅の雑種の接着適合である。microbumpの技術は壁に当った、また更に期待するそれの前に後挿入されることを。

Microbumpsは近いうちになくなっていない。技術microbumpsにおよび雑種に両方結合市場の場所がある。これは適用によって決まる。

雑種の結合は蒸気を、しかし得ている。TSMCの声支持者は統合された破片（SoIC）のSystemと呼ばれる技術で、動作している。雑種の結合を使用して、TSMCのSoICの技術は副10μm接着ピッチを可能にする。SoICは0.25Xがあると既存の機構上の隆起パッド ピッチ言われる。高密度版は10X 20,000X帯域幅密度のchip-to-chipコミュニケーション速度より多く、および20Xエネルギー効率をほぼ可能にするまで。

2021年に生産の候補にあげられて、SoICは良ピッチHBMおよびSRAMの記憶立方体の、また3Dそっくりのチップ アーキテクチャ可能にすることができる。今日のHBMsと比較される、「SoIC統合されたドラムの記憶立方体最近のペーパーのTSMCでハイ メモリ密度を、帯域幅および出力効率」、はM.F.陳言った、研究者を、提供できる。

TSMCは破片にウエファーの雑種の結合を開発している。ウエファーの結合自体は新しくないし、MEMSおよび他の適用で幾年もの間使用された。異なったタイプのウエファーの結合がある。「マイクロエレクトロニックおよびmicroelectromechanicalシステムの製作そして包装は2つの基質の結合に頼るまたはウエファー」、シャオ劉、提示の醸造業者科学の年長の研究の化学者を、言った。「microelectromechanicalシステム（MEMS）製作プロセスで敏感なMEMSの構造を保護するために、装置ウエファーは別のウエファーと結ばれる。融合の結合のような直接接着の技術および共融金属熱圧縮の結合および付着力結合のような陽極の結合または間接接着の技術はマイクロエレクトロニック企業に役立つ一般的な方法である。接着の接着剤を使用してように2つの基質間の媒介が複数の利点との適用範囲が広い処理を可能にする」。

銅の雑種の結合は2016年に最初にソニーがCMOSのイメージ センサーのために技術を使用したときに、現われた。ソニーはXperiのZiptronixからの技術、今部分を認可した。

この適用のために、Xperiの技術は直接とらわれの結合（DBI）と呼ばれる。DBIは従来のすてきので行なわれ、ウエファーにウエファーの結合プロセスを含む。流れでは、ウエファーは処理され、それから金属のパッドは表面で引込む。表面はplanarized、次に活動化させる。

別のウエファーは同じようなプロセスを経る。ウエファーはツー ステップ プロセスを使用して結ばれる。それはmetal-to-metal関係に先行している誘電体に誘電体の結束である。

「全面的、ウエファーにウエファーはウエファーが全プロセス フローの間に前陣すてきな環境に残る装置製造業のための選択方式」言った、トマスUhrmannをEVのグループの事業開発のディレクターである。「この場合、雑種の結合のためのウエファーの準備に活発化と共に材料のインタフェース設計の規則、清潔、選択および直線で多数の挑戦がある。酸化物の表面のどの粒子でも導入する粒度より大きい無効の100から1,000時」。

まだ、技術はイメージ センサーのために証明される。今度は、他の装置は仕事にある。「それ以上の装置続くために計画されるプロセッサへの積み重ねられたSRAMのような死ぬ」はとUhrmannは言った。

包装のための雑種の結合
包む高度の破片のために企業はまたダイスにウエファーおよびダイスにダイスの銅の雑種の結合で動作している。これはウエファーのダイス、インターポーザーのダイス、またはダイスのダイスを積み重ねることを含む。

これはウエファーにウエファーの結合より困難である。「ダイスにウエファーの雑種の結合、下部組織粒子の加算機なしでダイスを、またとらわれのダイスへ能力のために扱うことは、主要な挑戦になる」とUhrmannは言った。「ダイスのレベルのためのインタフェース設計そして前処理がウエファーのレベルからコピーされおよび/または合わせることができる間、ダイスの処理で起こる多数の挑戦がある。通常、後部プロセスは、さいの目に切ることのような前陣はっきりしたレベルに、扱うことを死に輸送フィルムのこまの、合わせられなければなり死にダイスのレベルの高い債券利回りを許可する。

「ウエファーにウエファー働いている」はとUhrmannは言った。「用具の開発は（破片にウエファーのために）どこに行っているか私が技術系を見、見る時、非常に複雑な統合の仕事である。TSMCのような人々は企業を押している。従って、私達はそれを見る。生産では、どこかにセーフハーバーの声明は2022年か2023年にである。場合によっては、それは少しより早いことができる」。

包装のための雑種の結合は他の方法で異なっている。従来、ICの包装はOSATか包装の家で行なわれる。銅の雑種の結合では、プロセスはすてきなウエファーないOSATのクリーンルームの内で行なわれる。

μmサイズの欠陥を取扱う従来の包装とは違って、雑種の結合は小さいnmスケールの欠陥に敏感である。すてきクラスのクリーンルームは小さい欠陥がプロセスを破壊することを防ぐように要求される。

欠陥制御はここに重大である。「高度の包装プロセスがますます複雑化し、ますますより小さいとして含まれる特徴であるので有効なプロセス制御のための必要性は育ち続ける。失敗の費用は高くこれらのプロセスを使用する高い知られていたよい死ぬ与えられる」、ティムSkunesをCyberOpticsのR & Dの副大統領言った。「部品の間に、縦の電気関係をする隆起がある。制御の隆起の高さおよびcoplanarityはである積み重ねられた部品間の信頼できる接続の保障に重大」。

実際に、知られていたよい（KGD）である重大死ぬ。KGDはunpackaged部分であるまたはある特定の指定に合う裸は死ぬ。KGDなしで、パッケージは低い収穫に苦しむかもしれなかったりまたは失敗する。

KGDは包装の家のために重要である。「私達は裸のダイスを受け取り、パッケージに機能性のプロダクトを渡すためにそれらを入れる。人々は非常に高い収穫を提供するため」、ことを私達に尋ねている設計のLihong Cao、ディレクターおよび技術的なマーケティングを、言った近況でASEで。「そう知られていたよいに関して、私達はよい機能性とそれを持ちたいと思う十分にテストした死ぬ。私達は100%でほしいそれに」。

それにもかかわらず、ダイスにウエファーの雑種の接着の流れはウエファーにウエファー プロセスに類似している。大きい相違はインターポーザーか他のダイスで破片さいの目に切られ、積み重なりであり高速フリップ破片のbondersを使用する。

 

全体のプロセスはすてきので破片がさまざまな装置を使用してウエファーで処理されるところで、始まる。すてきののその部分は前部終りのライン（FEOL）と呼ばれる。雑種の結合では、2つ以上のウエファーは流れの間に処理される。

それから、ウエファーはすてきのの別の部分に呼んだ後部のライン（BEOL）を出荷される。別の装置を使用して、ウエファーはBEOLの単一のダマスカス プロセスを経る。

単一のダマスカス プロセスは成長した技術である。基本的には、酸化物材料はウエファーで沈殿する。小さいviasは酸化物材料で模造され、エッチングされる。viasは沈殿プロセスを使用して銅で満ちている。

これは、それから、ウエファーの表面で形態相互に連結するか、またはパッドを入れる銅張りにする。銅のパッドは比較的大きく、μmのスケールで測定する。このプロセスはfabsの今日の高度の破片の生産に幾分類似している。銅は相互に連結すること高度の破片のために、大きい相違がであるけれどもnanoscaleで測定される。

それはプロセスの始めだけである。ここにところにXperiの新しいダイスにウエファーの銅の雑種の結合プロセス開始はである。他は同じようなかわずかに異なる流れを使用する。

Xperiのダイスにウエファー プロセスの第一歩は化学に機械に磨くことを使用してウエファーの表面を磨くことである（CMP）。CMPは化学および機械力を使用して表面を磨くシステムで行なわれる。

プロセスの間に、銅のパッドはウエファーの表面でわずかに引込む。目的は浅く、均一休憩を得ることでありよい収穫を可能にする。

CMPは困難なプロセスである。表面が過剰磨かれていれば、銅のパッドの休憩は余りに大きくなる。あるパッドは接着プロセスの間に結合しないかもしれない。以下磨かれた、銅の残余は電気不足分を作成できる。

解決がある。Xperiは200mmおよび300mm CMPの機能を開発した。「CMP技術装置の設計のまわりで革新との最後の十年にかなり進歩した、厳密な制御を用いる反復可能で、強いプロセスを可能にするスラリーの選択および内部プロセス モニター」はローラMirkarimiをXperiの工学の副大統領言った。

それから、ウエファーは表面の地形を測定し、特徴付ける度量衡学のステップを経る。原子力の顕微鏡検査が（AFM）および他の用具は表面を特徴付けるのに使用されている。AFMは構造の測定を可能にするのに小さい調査を使用する。さらに、ウエファーの検査システムはまた使用される。

これはプロセスの重要な部分である。「雑種の結合のために、ダマスカスの後のウエファーの表面のプロフィールは形成が副ナノメーターの精密と測定されなければならない」、KLAのHiebertを銅のパッドは要求の休憩または突起の条件を満たすこと保障するためにパッドの言った。「銅の雑種の結合の主要なプロセス挑戦は強い雑種のとらわれのパッドの接触を支えるために空間、ナノメーター レベルの表面のならい制御を防ぐように表面の欠陥制御を含み上および底の銅のパッドの直線を制御して死になさい。雑種のとらわれのピッチが小さく、ウエファーにウエファーの流れの例えば、より少しにより2μmかダイスにウエファーの流れのより少しにより10μmなると同時に、これらの表面欠陥、表面のプロフィールおよびとらわれのパッドの直線の挑戦はなるさらにもっと重要に」。

それは十分ではないかもしれない。この流れの間ある時点で、一部は調査のステップを考慮するかもしれない。「不可能」、ように直接銅のパッドか銅の隆起で厳密に調べて伝統的に感知されたAmy LeongをFormFactorの上席副社長言った。「主な関心事である調査の先端と隆起間の安定した電気接触を作る方法を」。は

これのために、FormFactorはMEMSベースの調査の先端の設計、ダビングされたスケートを開発した。低い接触力と結合されて、先端は酸化層を穏やかに隆起が付いている電気接触を作るために突破する。

より多くのステップ
度量衡学のステップに従がって、ウエファーはクリーニングを経、プロセスをアニールしなさい。ステップをされる上のダイスが付いているウエファーの積み重ねとのバッチ プロセスでアニールしなさい。

それから、破片は刃またはレーザーの隠しだてさいの目に切るシステムを使用してウエファーでさいの目に切られる。これは、それから、包装のための個々のダイスを作成する。ダイスのsingulationプロセスは挑戦している。それは粒子、汚染物および角欠けを発生できる。

「ダイスにウエファーの雑種の結合、さいの目に切るウエファーのために管理されなければならないと粒子の生成のための付加的な源を加えるために扱うことを死ぬために」KLAのHiebertは言い。「さいの目に切る血しょう大いにより低い粒子の汚染レベルのためにダイスにウエファーの雑種の結合の機構のための調査の下にある」。は

接着のステップは次である。作動中、フリップ破片のbonderはさいの目に切るフレームがもとでダイスを直接選ぶ。それから、システムはホストのウエファーにダイスを置くか、または死ぬ。2つの構造は室温ですぐに結ばれる。銅の雑種の結合では、破片かウエファーはmetal-to-metal関係に先行している誘電体に誘電体の結束を使用して結ばれる。

このプロセスはある挑戦、即ちbondersの直線の正確さを示す。場合によっては、直線の正確さは複数のミクロンの発注にある。企業は副μm機能がほしいと思う。

「ダイスの直線、また効率はである設計の挑戦、フリップ・チップのbonders既にした途方もない一歩前進を間。今でも全人口上の同じ清浄度レベルが付いているダイスの処理の挑戦がある」とEVのグループのUhrmannは言った。「ウエファーにウエファーの接着は100nm上敷よりより少しの条件に動いて、従って高度ノードのために修飾している。ダイスにウエファーのために、普通より低い人口効率によって高精度正確さと効率間に依存が交換されるある。はんだおよび熱圧縮の結合のような後部プロセスのための用具が最大限に活用されたので、1µmの指定は長い間十分によかった。雑種のダイスにウエファーの結合は正確さおよび装置の清潔によって誘発された装置の設計を変えた。用具の次の生成に500nm正確さよりずっと低くある指定が」。

企業はbondersを用意している。ECTCで、半導体（Besi）であることは200nm @ 3 σの最終的な指定ターゲットが付いている新しい雑種の破片にウエファーのbonderプロトタイプの最初の結果を、300mmのウエファーの基質のための2,000 UPHのISO 3のクリーンルームの環境示した。

「機械構成のウエファーのテーブル（仕事域の下で）、基質のウエファーのテーブルから成り立ち、二重効率のための1つの基質そして構成のウエファーに同時に取り組む2つの映されたpick-and-placeシステム（を含む足ひれ、カメラおよび移動とらわれの頭部）」はビルギットBrandstätter、ペーパーのBesiのR & Dのファンド・マネージャーを、言った。

機械は基質（ホスト）および部品のウエファーのための雑誌が挿入される入力段階を備えている。これらは機械の仕事域に与える。ホストのウエファーは「基質テーブルに運ばれる」。の構成のウエファーは「基質テーブルの下にある「ウエファー テーブル」のに運ばれる」。の構成のウエファーがもとでダイスは基質のウエファーに選ばれ、置かれる。

「pick-and-place周期はウエファーのカメラが付いている構成のウエファーの構成の認識から始まる。個々の破片は弾かれる足ひれと、イジェクターの針と出されて、取りあげた（左右どちらか）選ばれ（対応する側面）の一突きおよび場所用具に移されて」とBrandstatterrは言った。「次に、とらわれの頭部はpick-and-place用具のダイスの厳密な位置を定める見る（部品の）カメラ上のダイスを動かす。以後、基質の位置へのとらわれのヘッド移動、および基質の（下りの）カメラは基質の厳密な接着の位置を検出する。副マイクロメートルの直線はpiezo作動させたドライブと行われ、更にダイスの位置を最大限に活用するのに正確さの動きの間の現場の直線が使用されている。最後に、とらわれの頭部は指定とらわれの力およびとらわれの遅れを用いる接着の位置にダイスを置く。周期は左右の側面のために基質が十分に」。住まれるまで並行して行われ、繰り返される

機械は自動的に会社に従う生産の流れのための基質および部品のウエファーを、要求に応じて変える。、速く高精度達成するためには、強く、極めて正確な直線のための新しい直線および光学ハードウェアは会社に従って、進水する。

まだ、戦いは終わらなかった。アラインメント・エラーは浮上するかもしれない。欠陥は予期せず起こるかもしれない。すべての装置によって同じようにおよびパッケージ、雑種の結ばれた2.5Dおよび3Dパッケージ多分より多くのテストおよび点検ステップを経る。そして、1悪い状態はパッケージを殺すことができる死ぬ。

結論
明らかに、雑種の結合は可能になる技術である。それはプロダクトの新しいクラスを産むことができる。

しかし顧客は選択の重量を量り、細部により深い掘る必要がある。それはそれが鳴る程に容易ではない。（印LaPedusから）