Nanometer-Positionierung beim Hybrid Bonding
Auf dem Weg zu noch leistungsfähigeren 3D-Packaging-Methoden gilt das Hybrid Bonding als Schlüsseltechnologie. Durch die Kombination aus metallischem und dielektrischem Bonden lassen sich Verbindungen in einem Abstand von weniger als 10 μm herstellen, Pitches im Sub-µm-Bereich sind geplant. Daraus resultieren enorme Anforderungen an die Positioniersysteme in der Chipfertigung.
Bild 1. Kleiner, dünner und kompakter: Das Hybrid Bonding bietet großes Potenzial für die weitere Miniaturisierung in der Halbleitertechnik
Autoren:
Remi Chazalmartin, Sergei Postnikov, Jeff Hansen und Marc Schenkelberger
Die weitere Miniaturisierung in der Mikroelektronik erfordert es, die Packungsdichte der Chips zu erhöhen. Nicht nur höher, schneller und weiter lautet das Motto, sondern auch kleiner, dünner und kompakter (Bild 1). Hybrid Bonding ist ein vielversprechender Weg, um diese fein gepitchten Dies (einzelne Halbleiterchips) zusammenzufügen. Die Vorteile gegenüber traditionellen Bonding-Methoden wie Drahtbonden, Flip-Chip und Thermokompressionsbonden (TCB) sind:
Hohe Dichte und feiner Pitch: oft weniger als 10 μm, deutlich weniger als beim Thermokompressionsbonden (TCB) und bei Flip-Chip-Methoden. Außerdem wird der Abstand zwischen den Dies deutlich reduziert.
Niedriger Energieverbrauch: Kürzere Verbindungen reduzieren parasitäre Kapazitäten und Widerstände, der Energieverbrauch sinkt.
Verbesserte thermische und elektrische Leistung: Direkte Metall-zu-Metall-Verbindungen leiten die Wärme besser ab. Die elektrische Leistung wird durch reduzierte Induktivität und verringerten Widerstand verbessert, sodass die Signale schneller und mit weniger Verlust übertragen werden.
Erhöhte Zuverlässigkeit: Robuste mechanische Verbindungen mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen thermische und mechanische Belastungen sorgen für langfristige Stabilität.
Skalierbarkeit: Hybrid Bonding ist skalierbar auf zukünftige Technologieknoten und unterstützt den fortlaufenden Trend zu kleineren, leistungsfähigeren Halbleitergeräten. Seine Kompatibilität mit verschiedenen Materialien und Prozessen macht es anpassungsfähig für zukünftige Fortschritte in der Halbleiterfertigung.
Grundlagen des Hybrid Bondings
Beim Hybrid Bonding werden zwei extrem flache, glatte und saubere Oberflächen gleicher Materialien in Kontakt gebracht. Dies erzeugt starke zwischenatomare Bindungen zwischen den beiden Oberflächen, ohne dass Klebstoffe oder Lote benötigt werden. Der eigentliche Bindungsmechanismus variiert je nach Material. Insbesondere die direkte Bindung von zwei dielektrischen Oberflächen – beispielsweise SiO2 – erzeugt kovalente Bindungen, während die direkte Bindung von zwei Kupferoberflächen während eines zweistufigen Temperprozesses eine metallurgische Bindung ergibt. Bild 2 zeigt die Hauptschritte im Hybrid-Bonding-Prozess: [...]
Hersteller:
Newport Spectra-Physics GmbH
MKS Instruments Inc.
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