ACT半導體芯科技 - 【前沿技術】EV集團NanoCleave離型層技術改變3D集成－鑽石舞台

來源：《半導體芯科技》雜誌10/11月刊

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紅外激光切割（IR laser cleave）技術實現納米級精度的硅載體晶層轉移，無需使用先進封裝應用需要的玻璃基板，還可以實施薄層3D堆疊。

微機電系統、納米技術和半導體市場晶圓鍵合與光刻設備領先供應商EV集團（EVG）推出了革命性的硅離型層技術NanoCleave™，可實現用於前端處理的超薄層堆疊，包括高級邏輯、存儲器和功率器件成型，以及半導體先進封裝。NanoCleave是一種完全兼容前端應用的離型層技術，採用波長可穿透硅層的紅外激光。NanoCleave結合採用特殊配方的無機層，可以釋放硅載體上的任何超薄膜或超薄層，精度可達到納米級別。

利用NanoCleave技術，先進封裝工藝可以採用硅晶圓載體，例如使用模具和重組晶圓的扇出型晶圓級封裝（FoWLP），以及用於3D堆疊IC（3D SIC）的中介層。NanoCleave還可以兼容高溫工藝，也能夠為3D IC和3D順序集成應用提供新型工藝流程，甚至能夠在硅載體上實現超薄層的混合和熔融鍵合，從而徹底改變3D和異構集成，改變新一代微縮晶體管設計中的材料轉移。

硅載體有利於3D堆疊和後端處理

在3D集成中，用於薄晶圓處理的載體技術是實現更高性能系統和增加互連帶寬的關鍵所在。業內的常見方法是使用玻璃載體與有機粘合劑臨時粘合，用於構建器件層，再使用紫外（UV）波長激光溶解粘合劑，釋放器件層，再將其永久粘合於最終產品晶圓上。然而，現有的半導體設備主要圍繞硅器件設計，需要進行成本不菲的升級才能處理玻璃基板。此外，有機粘合劑的加工溫度一般限制在300℃以下，也限制了它們在後端加工中的應用。而採用無機離型層的硅載體能夠解決溫度問題和玻璃載體兼容性問題。此外，紅外激光切割能夠達到納米精度，因此有可能在不改變工藝記錄的前提下加工極薄的器件晶圓。此類薄器件層的後續堆疊還可實現更高帶寬的互連，為下一代高性能系統設計和分割晶圓提供新的機遇。

新一代晶體管節點需要新型層轉移工藝

另一方面，3納米以下節點的晶體管發展規劃也需要新型架構和設計創新，例如埋入式電源軌、後端供電網絡、互補場效應晶體管（CFET），甚至2D原子通道，所有這些技術都需要實施超薄材料的層轉移。硅載體和無機離型層技術能夠滿足前端製造流程對工藝清潔度、材料兼容性和高加工溫度的要求。然而，目前必須使用研磨、拋光和蝕刻等工藝才能完全去除硅載體，但這些工藝也會導致工作器件層表面出現小範圍微變化，因此並不適用於先進節點的薄層堆疊。

EV集團的新型NanoCleave技術利用紅外激光和無機離型材料，在硅載體上實現納米精度的激光剝離。這種技術使先進封裝無需使用玻璃基板，巧妙避開了溫度和玻璃載體兼容性問題，而且能夠在前端處理中通過載體實現超薄層（一微米及以下）轉移，無需改變工藝記錄。EV集團的新工藝可以達到納米精度，能夠為先進的半導體器件開發規劃提供支持，此類器件需要採用更薄的器件層和封裝工藝，加強異構集成，並通過薄層轉移和取消玻璃基板來降低加工成本。

EV集團執行技術總監保羅·林德納（Paul Lindner）表示：「由於工藝公差更加嚴格，半導體微縮技術正在變得日益複雜，而且難以實現。行業需要新的工藝和集成方法，以實現更高的集成密度和設備性能。我們的NanoCleave離型層技術通過薄層和芯片堆疊實現半導體微縮，改變行業現狀，滿足嚴苛的行業需求。NanoCleave提供了高度通用的離型層技術，幫助客戶開發出更先進的產品，制定更高效的封裝規劃，適用於標準硅晶圓和晶圓工藝，在晶圓廠內實現不同技術的無縫集成，為客戶節約更多時間和資金。」

獨特的紅外激光技術

EV集團的NanoCleave技術對硅晶片背面採用紅外激光曝光，這種激光的波長可以穿透硅片。這種技術使用標準沉積工藝，將無機離型層預構至硅疊層，吸收紅外光，在預先精確定義的層或區域完成硅片切割。NanoCleave使用無機離型層，可以實現更精確、更纖薄的離型層（只有幾納米，而有機粘合劑為幾微米）。此外，無機離型層可兼容高溫處理工藝（最高1000℃），能夠為多種新型前端應用實現晶層轉移，例如在不兼容有機粘合劑的應用中實施外延、沉積和退火。