三星:16层以上HBM芯片需采用混合键合技术

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三星在最近的一篇论文中分享,认为制造16层以上的HBM(高带宽存储)芯片需要采用混合键合(Hybrid Bonding)技术。

今年5月,在科罗拉多州举行的2024 IEEE第74届电子元件和技术会议上,三星公司发表了一篇论文,题为《用于HBM堆叠的D2W(芯片到晶圆)铜键合技术研究》。三星表示,对于HBM,16层及以上的堆叠混合键合技术是必不可少的。

混合键合是下一代封装技术之一,当芯片通过硅通孔(TSV)或微观铜线垂直堆叠时,堆叠之间没有凸块,它们是直接堆叠的。因此,混合键合也称为直接键合。

与目前使用的热压(TC)键合相比,混合键合可以在较低的高度键合更多的芯片堆叠,同时散热效率也会提高。

三星公司在论文中表示,较低的高度是应用混合键合的主要原因。为了将17层芯片(一个基础芯片和16个核心芯片或堆叠)封装在775微米的尺寸中,必须缩小芯片之间的间隙。

三星在其12层HBM中一直使用TC非导电薄膜(TC-NCF)堆叠芯片。

除了应用混合键合之外,解决该问题的其他方法是使核心芯片尽可能薄或减小凸块间距。

然而,除了混合键合之外的两种方法被认为已经达到极限。知情人士表示,很难将核心芯片做得比30微米更薄。三星在其论文中还指出,由于凸块的体积,使用凸块连接芯片存在局限性。三星还指出,凸块短路问题使得减小间距变得困难。

三星还分享了如何使用混合键合制造HBM的计划。逻辑晶圆经过化学机械抛光(CMP)和等离子工艺,接着晶圆经过去离子水冲洗,然后堆叠芯片;核心芯片在CMP之后经过芯片分离工艺,此后的工艺步骤与逻辑晶圆相同。进行等离子工艺和冲洗以激活表面。这会在表面形成氢氧化物,将颗粒粘合在一起。经过退火工艺后,铜也会粘合在一起。

三星今年4月使用子公司Semes的混合键合设备制造16层HBM样品。三星表示,该芯片运行正常。除了Semes,BESI和韩华精密机械也在开发混合键合设备。

三星表示,计划在2025年制造HBM4样品,其中大部分为16层堆叠,并将在2026年量产。(校对/刘昕炜

责编: 张杰
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