具備成本競爭力的全新晶圓到晶圓層轉(zhuǎn)移工藝可幫助實(shí)現(xiàn)

低功耗、高產(chǎn)量、高密度與高速互聯(lián)

新加坡科技研究局(A*STAR)微電子研究院(IME)與設(shè)計(jì)和生產(chǎn)創(chuàng)新性半導(dǎo)體材料的全球領(lǐng)先企業(yè)Soitec宣布推出一項(xiàng)聯(lián)合計(jì)劃，將要開發(fā)采用先進(jìn)多芯片晶圓級封裝技術(shù)的新一代層轉(zhuǎn)移工藝。基于微電子研究院的晶圓級扇出封裝(FOWLP)和2.5D硅中介層(TSI)以及Soitec的Smart Cut™技術(shù)，新的轉(zhuǎn)移工藝可實(shí)現(xiàn)高性能、高能效、高產(chǎn)量以及成本競爭力。

先進(jìn)封裝技術(shù)目前主要用于服務(wù)器、智能手機(jī)、工業(yè)和汽車應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)級芯片(SOC)，通過將半導(dǎo)體芯片組合封裝的多種方式來降低成本、功耗和提供高效散熱。截至2022年，先進(jìn)封裝市場預(yù)計(jì)將擴(kuò)大三倍，為中高端應(yīng)用提供200萬片初制晶圓1。隨著晶體管和電路尺寸日益縮小以及數(shù)量不斷增多，芯片變得日益復(fù)雜。這推動了先進(jìn)封裝工藝的協(xié)同創(chuàng)新，通過尋找優(yōu)化成本效益的制造方案并增加數(shù)據(jù)帶寬，以支持智能手機(jī)、云計(jì)算和邊緣計(jì)算應(yīng)用。

先進(jìn)封裝中的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)工藝涉及使用全硅晶片來進(jìn)行層轉(zhuǎn)移，其成本高達(dá)3美分/ mm2。 Soitec在未來三年內(nèi)將與IME合作，評估其Smart Cut™技術(shù)在IME兩個(gè)先進(jìn)封裝平臺晶圓級扇出封裝(FOWLP)和2.5D硅中介層(TSI)的應(yīng)用。這些測試的目的是開發(fā)出一種新的層轉(zhuǎn)移工藝，以促進(jìn)未來封裝技術(shù)發(fā)展。此新工藝可實(shí)現(xiàn)更高性能、更低功耗，同時(shí)通過避免使用全硅片來降低生產(chǎn)成本。IME同時(shí)也會展開測試來評估新工藝的可靠性與穩(wěn)健性，幫助Soitec檢測技術(shù)長期應(yīng)用的可行性。

Smart Cut™技術(shù)利用光離子注入和晶圓鍵合來定位超薄單晶層，并將其從一個(gè)襯底轉(zhuǎn)移到另一個(gè)襯底。它的工作原理類似納米刀，可使有源層獨(dú)立于支撐機(jī)械襯底被管理。這樣做的主要優(yōu)點(diǎn)在于可使用低溫鍵合和分離技術(shù)，創(chuàng)建多個(gè)薄至納米級別且?guī)捉鼰o缺陷的硅層。這些硅層之后將被置于有源晶體管電路的頂部，通過調(diào)節(jié)注入能量和工藝工程，可以高精度地調(diào)節(jié)被轉(zhuǎn)移的硅層厚度。最后經(jīng)由蝕刻和沉積工藝，晶體管即可完成。 此外，供體襯底可以多次重復(fù)使用，因?yàn)槊看螌愚D(zhuǎn)移操作之后，硅晶圓表面會被重新拋光。

作為領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)，IME匯聚了全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈包括無晶圓設(shè)計(jì)公司、代工廠、外包半導(dǎo)體裝配和測試服務(wù)提供商(OSATs)、EDA供應(yīng)商、設(shè)備制造商和材料開發(fā)商等，展示可用于智能手機(jī)、數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算、5G 、物聯(lián)網(wǎng)以及汽車應(yīng)用的先進(jìn)封裝解決方案。在此次與Soitec的合作中，IME將在架構(gòu)定義、建模、設(shè)計(jì)、流程集成、可靠性評估和故障分析這些先進(jìn)封裝領(lǐng)域提供專業(yè)知識。 IME將在其功能齊全且先進(jìn)的300mm晶圓級封裝線——2.5D / 3DIC試生產(chǎn)線中率先采用先進(jìn)的封裝技術(shù)。 IME在高級晶圓級扇出封裝(FOWLP)和2.5D硅中介層(TSI)方面的端到端工藝能力和專有技術(shù)將縮短開發(fā)周期，并可提供基于Smart Cut™技術(shù)的經(jīng)濟(jì)高效的封裝解決方案。合作期間，Soitec將在其位于新加坡的Pasir Ris工廠為IME提供設(shè)備、研發(fā)人員和凈室專用空間。

微電子研究院執(zhí)行董事Dim-Lee Kwong教授說道：“先進(jìn)封裝在高價(jià)值半導(dǎo)體市場上仍然是一個(gè)亮點(diǎn)，我們很高興能與Soitec合作開發(fā)封裝解決方案，這將有助于先進(jìn)封裝在新加坡以及全球的細(xì)分市場發(fā)展。”

Soitec首席技術(shù)官Christophe Maleville表示：“Soitec和IME相信Smart Cut™技術(shù)將帶來突破性成果，徹底改變2.5D/3D層轉(zhuǎn)移工藝流程。這一戰(zhàn)略合作不僅將開發(fā)出先進(jìn)封裝這一Smart Cut™ 新應(yīng)用場景，還將為Soitec開辟在優(yōu)化襯底制造之外的全新市場。”

文獻(xiàn)來源：

1. Yole 2017發(fā)展報(bào)告關(guān)于12英寸晶圓中3D及 2.5D硅通孔(TSV) 技術(shù)