应用材料公司（Applied Materials）7月10日公布了有关晶圆混合键合（hybrid bonding）、硅通孔（TSV）的两大新技术，有助于小芯片2.5D、3D封装Chiplet工艺的提升。新的解决方案扩展了应用材料异构集成技术（HI）的范围。

如今，异构集成技术帮助半导体公司将不同功能、不同工艺节点、不同尺寸的小芯片封装在一起，共同组成一颗大型的单一芯片，这种方案也可以称为Chiplet。人工智能、HPC高性能运算需求的增长，促使英伟达、AMD、英特尔等公司，纷纷拥抱这项技术，这有助于提高芯片的性能、能效，同时可以减少设计时间、制造成本。

应用材料指出，该公司是目前HI异构集成技术最大的供应商，拥有经过优化的芯片制造系统。该公司的技术包含蚀刻、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀（ECD）、化学机械研磨（CMP）、退火以及表面处理。

应用材料HI、ICAPS和外延事业部副总裁兼总经理Sundar Ramamurthy博士表示，“异构集成”技术正在迅速发展，因为它帮助芯片公司突破了二维的限制。公司最新的HI解决方案，推进了业界技术进步，在2.5D、3D封装可以封装更多的晶体管和布线，以提高系统性能、降低功耗、最小化尺寸并加快产品上市时间。

全新的混合键合技术

芯片-晶圆、晶圆-晶圆混合键合技术，可以用于芯片间的连接。使用铜材质直接键合，可以充分发挥整体性能。混合键合是目前最先进的HI技术，能够缩短信号传输距离，提高数据吞吐量，降低功耗。应用材料这方面的新技术主要包含两种：

Insepra SiCN沉积系统。该系统使用新型氮化硅碳（SiCN）材料，拥有业界最高的电介质结合强度（high dielectric bonding strength），提供优秀的铜扩散阻挡能力。更高的结合强度，可以使得单位面积可以排布更多的铜-铜连接点位，结构稳定性强，从而降低功耗、提高芯片整体性能。

Catalyst CMP解决方案。该技术可以减少连接点位填充的铜材料在高温退后步骤后“凹陷”的程度。如果发生这种情况，那么两颗晶粒之间连接时，会产生接触不良的问题。应用材料的解决方案，通过动态温度控制技术，可以减少铜点位凹陷的发生，并帮助提高产能。

将硅通孔（TSV）技术推向新高度

TSV技术用于大批量生产已有十多年的历史，用于芯片垂直堆叠。该技术先需要在硅片上蚀刻沟槽，然后填充绝缘衬垫、金属线。随着如今芯片设计人员将更多的逻辑、存储专用芯片集成到2.5D、3D封装当中，TSV的互联数量已经从此前的每个小芯片几百个，扩展至几千个。为了提高互联密度，并支持更高层数的芯片堆叠，设计人员需要将通孔变得更小、更深。然而，这会导致沉积不均匀，降低性能并增加电阻，导致功耗增大。

应用材料推出了电介质和金属沉积新技术，可以实现更高深-宽比的TSV通孔，帮助芯片制造商实现高集成、低功耗的目标，具体包含三种技术：

Producer InVia 2 CVD系统。这是一种全新的CVD沉积工艺，适用于高深-宽比通孔，使得通孔中的沉积层保持较高的一致性和电气稳定性，同时拥有比ALD技术更高的生产效率，从而降低TSV的单晶圆成本。

Endura Ventura 2 PVD系统。该系统支持深-宽比高达20:1的TSV应用，能确保金属可以完全填充，从而增强了可靠性。该技术与InVia 2工艺共同优化，可以为客户提供完整的解决方案。目前所有的晶圆代工/逻辑芯片制造商，和主要的DRAM生产商，都在部署Ventura 2系统。

最新一代Producer Avila PECVD系统。该技术专门针对TSV的“暴露”（reveal）工艺。在这个步骤，晶圆被粘合到临时的玻璃或硅载体上，然后使用CMP和蚀刻减薄，使得通孔暴露出来。这个步骤之后，会使用等离子体增强CVD沉积工艺，沉积一层薄的电介质层，将通孔相互隔离。如果PECVD工艺产生的热量高于200℃，脆弱的临时粘合剂可能会被破坏，导致晶圆有报废的风险。应用材料公司的Producer Avila PECVD系统，可以在相对超低温条件下，高速生成高质量的电介质薄膜，这可以使TSV通孔工艺的生产效率更高，成本更低。

（校对/赵月）