【IMEC】混合鍵合工藝中的量測挑戰(zhàn)

本文檔由imec的Eric Beyne撰寫，核心議題是 混合鍵合互連技術(shù)向亞微米節(jié)距（即小于1微米）縮放時所面臨的計量（測量科學(xué)）挑戰(zhàn) 。隨著互連墊（Cu Pads）尺寸和間距的不斷縮小，對晶圓表面質(zhì)量、對準精度和鍵合缺陷檢測的測量提出了極高要求，需要發(fā)展新的計量技術(shù)來保證鍵合的成功率和可靠性。

標準工藝流程 ：包括頂部晶圓制備、室溫下的高精度晶圓對晶圓（W2W）或芯片對晶圓（D2W）對準與鍵合，以及高溫退火。

• 它是后端制程（Cu-BEOL）中已知的材料，能防止銅擴散，提高可靠性。

• 化學(xué)機械拋光（CMP）后表面非常光滑（粗糙度Ra約0.1 nm）。

• SiCN-SiCN界面能在較低溫度（250°C）下獲得高鍵合強度。

• 具有高熱穩(wěn)定性，即使對于低溫沉積的SiCN，在高達600°C的退火溫度下也不會產(chǎn)生界面空洞。

關(guān)鍵表面要求 ：

• 平坦化電介質(zhì)層 ：需要具有超平坦、光滑的表面。

• 銅墊 ：采用銅鑲嵌工藝，要求相對于電介質(zhì)表面有極小的凹陷（Recess）。

文檔比較了非接觸、輕敲、接觸-恒力、接觸-峰值力等不同AFM模式的優(yōu)缺點。為了滿足量產(chǎn)需求，下一代AFM工具需要向 晶圓級、大規(guī)模并行化和高速掃描 方向發(fā)展，并結(jié)合GDS數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)腳本，快速分析銅墊凹陷、電介質(zhì)粗糙度等參數(shù)，生成晶圓級Mapping圖。

替代技術(shù)：光致立體成像（Photometric Stereo Imaging） ：

• 這是一種與日立高新合作開發(fā)的新方法，利用從四個方向拍攝的淺角度背散射電子（BSE）SEM圖像，通過陰影信息來計算表面三維形貌。

• 優(yōu)勢 ：相比AFM，速度極快，能實現(xiàn)更大的晶圓覆蓋率，更適合縮小的墊尺寸，并且可以同時進行圖像審查和異常值（如銅墊腐蝕）檢測。

亞微米節(jié)距混合鍵合的成功依賴于對晶圓形狀和表面質(zhì)量的精確計量與控制 。通過對晶圓畸變的準確控制、覆蓋圖案的精確測量，可以為鍵合墊光刻和鍵合后背面互連的光刻進行預(yù)畸變校正，最終實現(xiàn)高密度的三維集成。文檔展示了imec在250nm節(jié)距混合鍵合和背面通孔（nTSV）技術(shù)上的成功案例。