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　　隨著摩爾定律臨近極限，先進(jìn)封裝已成為提升芯片性能的重要路徑之一。而近年來，三維IC和小芯片技術(shù)成為業(yè)界熱門話題，吸引了各大芯片廠商紛紛布局。在2022廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)峰會(huì)上，香港應(yīng)用科技研究院（以下簡稱：香港應(yīng)研院）高級(jí)總監(jiān)史訓(xùn)清博士作了三維集成及互聯(lián)主題報(bào)告，分享了三維集成及互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)挑戰(zhàn)，以及香港應(yīng)研院在該技術(shù)上的研發(fā)情況。

　　香港應(yīng)用科技研究院高級(jí)總監(jiān)史訓(xùn)清博士在線演講

　　史訓(xùn)清表示，三維IC和小芯片技術(shù)是當(dāng)前半導(dǎo)體領(lǐng)域最熱的話題。目前各大廠商為應(yīng)對(duì)以5G、人工智能、自動(dòng)駕駛以及元宇宙等應(yīng)用的發(fā)展新機(jī)遇，更熱衷于通過先進(jìn)的小芯片封裝技術(shù)，以加強(qiáng)其芯片計(jì)算能力及支持芯片異構(gòu)集成，實(shí)現(xiàn)成本與性能的雙提升。不過，他認(rèn)為，“目前很多所謂三維IC技術(shù)，嚴(yán)格來說仍然是2.5D，并不是3D的。真正的三維IC技術(shù)，應(yīng)該是把MEMS、Memory、Logic放置在一個(gè)芯片上。”

　　“目前三維IC技術(shù)主要應(yīng)用于跟高性能計(jì)算相關(guān)的CPU、GPU和NPU，可以把一些驅(qū)動(dòng)芯片通過載板和第三代半導(dǎo)體器件，利用模組集成或被動(dòng)的器件集成，再加上一些傳感器件，形成一個(gè)三維集成的小芯片系統(tǒng)。”史訓(xùn)清表示。

　　史訓(xùn)清表示，小芯片的三維互聯(lián)技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：一是可以大幅提高大型芯片的良率。通過小芯片設(shè)計(jì)，則可將超大型的芯片按照不同的功能模塊切割成獨(dú)立的小芯片，進(jìn)行分開制造，這樣就可以有效改善良率，同時(shí)降低生產(chǎn)成本；二是可以降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)成本；三是降低芯片制造的成本，將系統(tǒng)芯片進(jìn)行小芯片設(shè)計(jì)之后，不同的芯粒可以根據(jù)需要來選擇合適的工藝，來分開制造，然后再通過先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行組裝，不需要全部都采用先進(jìn)的工藝在一塊晶圓上進(jìn)行一體化制造，這樣可以極大的降低芯片的制造成本；四是可以滿足多樣化市場需求，特別是滿足應(yīng)用端對(duì)定制芯片的需求。

　　史訓(xùn)清表示，TSV技術(shù)是三維互聯(lián)中的一個(gè)非常重要的技術(shù)。他介紹，TSV技術(shù)主要有深硅刻蝕形成微孔絕緣層/阻擋層/種子層的沉積、深孔填充、化學(xué)機(jī)械拋光、晶圓減薄、再分布線制備等工藝技術(shù)。

　　他特別提到，TSV微孔的填充技術(shù)是三維集成的關(guān)鍵技術(shù)，也是難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)，TSV填充效果直接關(guān)系到集成技術(shù)的可靠性和良率等問題，而高的可靠性和良率對(duì)于三維TSV堆疊集成實(shí)用化是至關(guān)重要的。他表示，微孔的填充會(huì)受到很多因素的影響，比如受到很多電化學(xué)高分子材料分子以及一些物理參數(shù)的影響。

　　怎么解決這個(gè)問題呢？史訓(xùn)清表示，現(xiàn)在比較熱門的技術(shù)是用AI技術(shù)。他表示，香港應(yīng)研院十幾年前就開始做這方面的嘗試，利用軟件做虛擬設(shè)計(jì)，需要從物理、化學(xué)、流體力學(xué)等各個(gè)層面做全面考慮，然后再回到基于材料的開發(fā)，選用高分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)合成，然后對(duì)工藝本身進(jìn)行工藝仿真，進(jìn)而找到最優(yōu)化的工藝參數(shù)，最后形成無缺陷的填充。

　　另外，史訓(xùn)清介紹，在基片減薄過程中保持良好的完整性，避免裂紋擴(kuò)展是TSV工藝過程中的另一個(gè)難點(diǎn)。

　　他也介紹，針對(duì)三維互聯(lián)芯片技術(shù)，香港應(yīng)研院正進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)的材料和工藝，既可以做垂直互聯(lián)，也可以做水平互聯(lián)，還可以做各種類的三維互聯(lián)，且開發(fā)出了自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料工藝，應(yīng)用在不同的產(chǎn)品上，包括汽車MEMS、CIS，進(jìn)而幫助一些企業(yè)開發(fā)三維的集成技術(shù)。

　　2022廣東省半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)峰會(huì)錄播

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