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Pitch-Rekord beim hybriden Kupfer-Bonden

Durchbruch für 3D-IC-Anwendungen mit hoher Packungsdichte
Pitch-Rekord beim hybriden Kupfer-Bonden

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EV Group (EVG), Entwickler und Hersteller von Anlagen für Waferbonding- und Lithographieanwendungen in der Halbleiterindustrie, Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie, und Leti, ein Institut von CEA Tech, präsentierten das weltweit erste, erfolgreiche 300 mm Wafer-to-Wafer Direct Hybrid Bonding mit elektrischen Kontakten im Abstand von nur einem Mikrometer. Bei diesem Durchbruch wurden zudem Kupfer-Kontaktpads von nur 500 nm Durchmesser erreicht.

Das Kupfer/Oxid-Hybridbonden, das einen zentralen Prozess zur Realisierung von 3D-IC Anwendungen mit hoher Packungsdichte darstellt, wurde in den Reinräumen von Leti mit einem vollautomatischen Gemini FB XT Fusions-Waferbonder von EVG demonstriert. Dieser Meilenstein wurde im Rahmen des IRT Nanoelec Programms, das von CEA angeführt wird, erreicht. EVG wurde im Februar 2016 Mitglied des 3D Integration Consortiums von IRT Nanoelec.

Wafer Bonding– ein grundlegender Prozess für das 3D Device Stacking

Das vertikale Stapeln von Halbleiterbausteinen hat sich zu einem sehr erfolgsversprechenden Ansatz entwickelt, um weitere Steigerungen bei der Packungsdichte und Leistung zu ermöglichen. Das Wafer-to-Wafer Bonden ist dabei ein essenzieller Prozessschritt, um dreidimendional gestapelte Devices herzustellen. Dabei wird jedoch eine hohe Alignment- und Overlay-Präzision zwischen den Wafern benötigt, um einen guten elektrischen Kontakt innerhalb der miteinander verbundenen Devices auf den gebondeten Wafern zu erreichen. Gleichzeitig soll die Kontaktfläche in der Bondschnittstelle minimiert werden, um auf dem Wafer mehr Platz für die Herstellung der eigentlichen Devices zu schaffen. Die kontinuierliche Reduzierung der Pitch-Werte, die zur Unterstützung der Roadmaps erforderlich sind, führt mit jeder neuen Produktgeneration zu immer stringenteren Wafer-to-Wafer Bond-Spezifikationen.

Ergebnisse der Machbarkeitsstudie

In der Demonstration von Leti wurden die oberen und unteren 300 mm Wafer auf dem automatischen Gemini FB XT Produktionsbonder direkt gebondet. In diesem System ist der proprietäre SmartView NT Face-to-Face Aligner und ein Alignment Verification Modul integriert, das direkt im System Infrarot Alignment-Messungen nach dem Bondschritt erlaubt. Das System erreichte generell eine Overlay-Alignmentgenauigkeit von unter 195 nm (3 Sigma), wobei die mittleren Alignment-Werte im Bereich sogar unter 15 nm lagen. Post-Bake Acoustic Microscopy Scans des gesamten, gebondeten 300 mm Waferstapels sowie einzelner Dies bestätigten die Defekt-Freiheit des Bond-Interfaces mit optimaler Kupferdichte bei Pitches zwischen 1 und 4 µm.

Basierend auf der XT Frame Plattform und einem Equipment Front-End Modul (EFEM) ist der automatische Produktions-Fusionsbonder für höchste Durchsatz- und Produktivitätswerte optimiert. Der in das System integrierte SmartView NT Aligner erreicht die industrieweit führende Wafer-to-Wafer Overlay Alignmentgenauigkeit von von unter 200 nm (3 Sigma). Darüber hinaus kann das System bis zu 6 Module für vor- und nachgelagerte Prozesse wie der Oberflächenvorbereitung und Konditionierung sowie Metrologie aufnehmen. Dazu zählen Waferreinigung, Plasma-Aktivierung, Alignment-Verifizierung, Debonden (um vor-gebondete Wafer bei Bedarf automatisch wieder trennen und neu prozessieren zu können) sowie Thermo-Kompressionsbonden.

www.leti-cea.com; www.EVGroup.com;
www.irtnanoelec.fr

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