IEDM2024 | 超级重布线层互连载板技术概述

逍遥设计自动化

引言

8 o  T) j7 S6 c% |' s随着人工智能、6G通信和云计算技术的不断发展，单位面积内的晶体管密度需求持续增加。这种需求使得三维集成电路和先进封装技术在开发高性能器件中变得极其重要。在这些技术中，互连载板技术通过实现多芯片堆叠，显著提升了芯片整体性能和存储容量[1]。

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0 _# e2 w$ w% u+ B图1展示了超级重布线层互连载板堆叠平台方案，显示了集成光纤的多层结构。
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传统互连载板技术虽有优势，但面临三个主要挑战。首先，翘曲限制了重布线层（RDL）的数量，难以满足不断提高的带宽和性能需求。其次，化学机械平坦化（CMP）等平坦化工艺显著增加了成本和工艺复杂性。第三，由于CMP等工艺要求使用晶圆级组件，限制了基板和芯片的选择灵活性。

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图2展示了HRDL互连载板与传统SAP的翘曲分析对比，显示了HRDL技术在翘曲控制方面的优势。
创新技术方案

" T& w) V# W( I; N超级重布线层（HRDL）互连载板采用层间转移技术和翻转概念实现多层RDL堆叠。通过分别制作半数层数的RDL，然后进行层间转移，HRDL互连载板能够有效将RDL数量翻倍，同时显著降低键合过程中的翘曲。
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图3详细说明了使用层间转移和混合键合技术的HRDL互连载板制作流程。
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制作流程包含多个关键步骤。首先，在玻璃上正确组合激光剥离层和牺牲层，作为层间转移载体。牺牲层在防止金属接触焊盘和有机介电材料的热问题方面发挥关键作用。

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" B% T% b+ O, s# r. n' x图4展示了激光剥离后的HRDL结构，对比了有无牺牲层的结果，强调了牺牲层在保护结构方面的重要性。
9 R0 k7 t! F2 j2 x# M技术实现与创新
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RDL结构在载体上单独制作，多个RDL可通过热压键合（TCB）组装，完成堆叠。这种方法通过平衡各个RDL的应力，降低了键合后的累积应力。

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( \0 }% u1 k% k6 r. y% u/ d图5显示了(a)第二层RDL的照片和(b)粘合键合后的SAT分析结果，证实了键合过程的质量。

  [) x4 F6 ^0 P7 U4 X4 ^该技术的一项重要创新是使用区域选择性沉积（ASD）方法实现的银钝化层，用于低温混合键合。这种钝化层使混合键合能够在150°C至200°C的大气条件下实现。

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; }. F8 P. g: G; K6 F1 v: r图6比较了不同牺牲层候选材料的各种性能以及显示了激光剥离后铜/聚合物混合键合界面的表面粗糙度分析。
& g6 q! ?" z9 C  a性能与可靠性
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HRDL互连载板在键合强度和结构完整性方面表现出优异的性能特征。该技术在150°C至200°C的温度范围内，以19.6 MPa的键合力和3分钟的键合时间成功实现第一层和第二层RDL的键合。

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* B8 }/ M* i6 l+ n图7展示了(a)HRDL互连载板不同层之间的粘合强度和(b,c)剪切测试的断裂位置分析。

  p) K9 T8 E( x* O: B可靠性测试显示了良好的结果，结构在各种应力条件下保持稳定。互连载板经过了长时间的无偏高加速应力测试（HAST）和热循环测试（TCT），验证了热稳定性和信号完整性。

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图8显示了双层HRDL互连载板的SAT分析结果，确认了键合质量和结构完整性。
% F% a+ k& c' }8 s* n% s' w结论
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HRDL互连载板技术在先进封装解决方案领域取得重要进展。通过实现低翘曲多层堆叠、消除昂贵的平坦化工艺，以及提高组件堆叠的灵活性，使其成为下一代先进封装应用的理想选择。低温混合键合的成功实现和在各种应力条件下展现出的可靠性，进一步证实了其在未来半导体封装需求中的实用价值。
参考文献

[1] Y.-L. Liu, C.-K. Hsiung, C.-T. Li, T.-H. Sun, Y.-T. Yang, W.-T. Tsai, M.-P. Hsu, and K.-N. Chen, "Hyper RDL (HRDL) Interposer by Layer Transfer Technology for 3D IC and Advanced Packaging," 2024 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 2024.
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