面向CPO的異質(zhì)異構(gòu)集成工藝發(fā)展—鐘飛 甬江實(shí)驗(yàn)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(lǐng)域技術(shù)與市場交流的頂級平臺，本屆大會聚焦于人工智能驅(qū)動應(yīng)用興起背景下光電子技術(shù)的演進(jìn)。

  會上，甬江實(shí)驗(yàn)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(zhì)異構(gòu)集成工藝發(fā)展》精彩演講，系統(tǒng)闡述了芯片異構(gòu)集成發(fā)展趨勢、技術(shù)路徑、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)及未來發(fā)展方向。

  芯片異構(gòu)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(yīng)用場景的不斷深化，先進(jìn)封裝技術(shù)呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢：先進(jìn)芯片向著高性能、高帶寬、低功耗方向演進(jìn)，推動多芯片異構(gòu)集成成為產(chǎn)業(yè)必然選擇。

  鐘主任指出，異構(gòu)集成將成為半導(dǎo)體制造新的制高點(diǎn)。高性能芯片從單片二維向異構(gòu)集成轉(zhuǎn)變，異構(gòu)集成技術(shù)正成為半導(dǎo)體技術(shù)突破的關(guān)鍵使能技術(shù)。全球領(lǐng)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(gòu)集成的關(guān)鍵路徑。

  混合鍵合技術(shù)面臨多重挑戰(zhàn)

  鐘飛主任詳細(xì)分析了混合鍵合技術(shù)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(jìn)一步強(qiáng)化親水性，實(shí)現(xiàn)表面清潔并去除金屬氧化層。

  高精度對準(zhǔn)要求達(dá)到≤100nm的精度，結(jié)合室溫預(yù)鍵合技術(shù)，需要控制平移、旋轉(zhuǎn)、徑向偏差和局部變形等參數(shù)，并實(shí)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(yīng)力控制，以形成永久鍵合。

  影響混合鍵合的關(guān)鍵因素

  鐘主任強(qiáng)調(diào)，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(zhǔn)鍵合、應(yīng)力控制、熱處理控制等各個環(huán)節(jié)。

  混合鍵合關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在三個方面：

  高深寬比特征結(jié)構(gòu)制備技術(shù)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(jìn)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(shí)現(xiàn)高對準(zhǔn)精度(<200nm)的鍵合工藝。

  異質(zhì)/異構(gòu)集成中材料機(jī)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(shí)驗(yàn)室微納平臺能力建設(shè)

  甬江實(shí)驗(yàn)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(shè)，平臺總面積12000平方米，其中潔凈室面積達(dá)6000平方米。平臺以核心半導(dǎo)體技術(shù)為基石，配備世界級的基礎(chǔ)設(shè)備，與合作伙伴共同推動科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。

  平臺設(shè)備數(shù)量超過165臺/套，光刻節(jié)點(diǎn)達(dá)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(diǎn)，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(yàn)證等環(huán)節(jié);多材料體系覆蓋從第一代到第四代半導(dǎo)體材料。平臺構(gòu)建了國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流的“全鏈條”異質(zhì)異構(gòu)集成特色工藝能力布局。

  演講專家背景

  鐘飛博士，甬江實(shí)驗(yàn)室微納平臺負(fù)責(zé)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(shù)總監(jiān)、董事會秘書，擁有完整的產(chǎn)學(xué)研成功轉(zhuǎn)化經(jīng)歷以及豐富的大型科研基礎(chǔ)設(shè)施管理經(jīng)驗(yàn)。

  通過此次演講，鐘飛主任全面展示了甬江實(shí)驗(yàn)室在異質(zhì)異構(gòu)集成工藝領(lǐng)域的技術(shù)積累和平臺能力，為光通信行業(yè)應(yīng)對CPO技術(shù)挑戰(zhàn)提供了重要思路和解決方案。