面向CPO的異質異構集成工藝發(fā)展—鐘飛 甬江實驗室

  ICC訊 中國深圳，2025年9月8-9日，第23屆訊石光通信大會(IFOC 2025)在深圳會展中心洲際酒店召開，吸引了來自全球的光電子產(chǎn)業(yè)頂尖專家、企業(yè)代表及研究人員超2000人參會。作為光通信領域技術與市場交流的頂級平臺，本屆大會聚焦于人工智能驅動應用興起背景下光電子技術的演進。

  會上，甬江實驗室信息材料與微納器件制備平臺主任鐘飛發(fā)表了《面向CPO的異質異構集成工藝發(fā)展》精彩演講，系統(tǒng)闡述了芯片異構集成發(fā)展趨勢、技術路徑、關鍵技術挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向。

  芯片異構集成成為后摩爾時代新趨勢

  隨著人工智能、高速計算、5G/6G等應用場景的不斷深化，先進封裝技術呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢：先進芯片向著高性能、高帶寬、低功耗方向演進，推動多芯片異構集成成為產(chǎn)業(yè)必然選擇。

  鐘主任指出，異構集成將成為半導體制造新的制高點。高性能芯片從單片二維向異構集成轉變，異構集成技術正成為半導體技術突破的關鍵使能技術。全球領先企業(yè)如Intel、TSMC、Samsung、Hynix、Micron等均已將混合鍵合視為未來芯片異構集成的關鍵路徑。

  混合鍵合技術面臨多重挑戰(zhàn)

  鐘飛主任詳細分析了混合鍵合技術面臨的核心挑戰(zhàn)：

  等離子體表面活化需要精確控制溫度并優(yōu)化工藝氣體選擇，使用N2、O2、Ar或混合氣體來增加表面能，降低鍵合退火溫度。

  濕法清洗工藝需使用去離子水、檸檬酸、氨水等試劑，進一步強化親水性，實現(xiàn)表面清潔并去除金屬氧化層。

  高精度對準要求達到≤100nm的精度，結合室溫預鍵合技術，需要控制平移、旋轉、徑向偏差和局部變形等參數(shù)，并實現(xiàn)在線測量。

  鍵合后退火工藝涉及退火工藝策略優(yōu)化和應力控制，以形成永久鍵合。

  影響混合鍵合的關鍵因素

  鐘主任強調，混合鍵合的成敗受到多重因素影響，包括芯片制備、電鍍、CMP、減薄、裂片、高精度對準鍵合、應力控制、熱處理控制等各個環(huán)節(jié)。

  混合鍵合關鍵技術挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在三個方面：

  高深寬比特征結構制備技術需要高臺階覆蓋性SiO2襯墊沉積(PECVD/ALD)、高臺階覆蓋性Cu電鍍種子層/阻擋層沉積(先進PVD磁控濺射沉積)以及高深寬比溝槽/通孔銅電鍍工藝。

  混合鍵合工藝本身需要解決CMP銅凹陷(2-4nm)問題，實現(xiàn)高對準精度(<200nm)的鍵合工藝。

  異質/異構集成中材料機械性能和熱膨脹系數(shù)不匹配會直接影響混合鍵合精度與良率。

  甬江實驗室微納平臺能力建設

  甬江實驗室信息材料與微納器件制備平臺于2023年9月正式開工建設，平臺總面積12000平方米，其中潔凈室面積達6000平方米。平臺以核心半導體技術為基石，配備世界級的基礎設備，與合作伙伴共同推動科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)進步。

  平臺設備數(shù)量超過165臺/套，光刻節(jié)點達到110nm，支持2/3/4/6/8英寸多種晶圓尺寸。能力布局體現(xiàn)全鏈條、多制程、多材料體系特點，能夠滿足科研和產(chǎn)業(yè)界高靈活性研發(fā)需求。

  多制程能力涵蓋材料外延、晶圓制備、芯片加工、封裝測試、可靠驗證等環(huán)節(jié);多材料體系覆蓋從第一代到第四代半導體材料。平臺構建了國內領先、國際一流的“全鏈條”異質異構集成特色工藝能力布局。

  演講專家背景

  鐘飛博士，甬江實驗室微納平臺負責人，凝聚態(tài)物理博士，畢業(yè)于中科院固體物理所。曾任中科院蘇州納米所納米加工平臺工藝部長、河南仕佳光子科技股份公司技術總監(jiān)、董事會秘書，擁有完整的產(chǎn)學研成功轉化經(jīng)歷以及豐富的大型科研基礎設施管理經(jīng)驗。

  通過此次演講，鐘飛主任全面展示了甬江實驗室在異質異構集成工藝領域的技術積累和平臺能力，為光通信行業(yè)應對CPO技術挑戰(zhàn)提供了重要思路和解決方案。