Auf der IEEE Electronic Components and Technology Conference (ECTC) 2026 präsentierten Imec, ein Forschungs- und Innovationszentrum für fortschrittliche Halbleitertechnologien, und die EV Group (EVG), ein Anbieter von Halbleiterfertigungsanlagen und Prozesslösungen, eine robuste und ertragsstarke Wafer-zu-Wafer-Hybridbonding-Technologie mit einem Pad-Abstand von 200 nm für Kupferverbindungen, die an einem Testmodell mit routbaren Verbindungen demonstriert wird. Darüber hinaus wurde unter Einsatz der modernsten Wafer-Bonding-Anlagen von EVG eine rekordhohe Genauigkeit bei der Ausrichtung der Cu-Pads erreicht. Imec und EVG beabsichtigen, die Roadmap für das Wafer-to-Wafer-Hybrid-Bonding weiter voranzutreiben, um Anwendungsfälle im Bereich des Tier-Stackings von Logik-zu-Logik und Speicher-zu-Logik zu unterstützen, die eine extrem hohe Interconnect-Dichte erfordern – wie im CMOS-2.0-Skalierungsparadigma von Imec vorgesehen.
Von der Systemarchitektur zur Nanometer-Präzision
Zukünftige Rechensystemarchitekturen, die auf dem CMOS-2.0-Skalierungsparadigma von Imec basieren, treiben die Entwicklung des Wafer-zu-Wafer-Hybridbondings in Richtung eines Verbindungsabstands von 200 nm voran. Bei CMOS 2.0 wird ein System-on-Chip (SoC) in heterogene, funktionale Ebenen unterteilt, die mithilfe von 3D-Verbindungstechnologien neu miteinander verbunden werden. Je nach Anwendung sieht CMOS 2.0 vor, den Logikteil des SoC in eine High-Drive-Logikschicht und eine High-Density-Logikschicht aufzuteilen. Diese Stapelung von Logikebenen erfordert extrem hohe Verbindungsdichten, die nur durch die fortschrittlichste Wafer-zu-Wafer-Hybridbonding-Technologie erreicht werden können.
Imec zeigt nun eine robuste Wafer-zu-Wafer-Hybridbonding-Technologie mit einem Verbindungsabstand von 200 nm, die auf einem Testträger mit vier Schichten routbarer Verbindungen erzielt wurde, die vor dem Bonden auf jedem der Wafer vorbearbeitet wurden. Darüber hinaus wurde für 100 Prozent der Chips auf dem gesamten 300-mm-Wafer ein Cu-Pad-zu-Pad-Overlay-Vektor von weniger als 40 nm nach dem Bonden erzielt – weltweit eine Premiere. Das hochmoderne Hybrid- und Fusions-Waferbonding-System von EVG, das GEMINI FB, war entscheidend für das Erreichen dieser beispiellosen Overlay-Genauigkeit – ein entscheidender Faktor für die Gewährleistung einer hohen elektrischen Ausbeute.
SiCN, CMP und Lithografie: Die Schlüssel zur Weltrekord-Genauigkeit
Zsolt Tokei, Imec-Fellow und Programmdirektor für 3D-Systemintegration, sagt: „Dieses bahnbrechende Ergebnis beim Fine-Pitch-Hybridbonding wurde durch die gemeinsame Optimierung aller kritischen Elemente des Hybridbonding-Prozessablaufs von Imec erzielt. Dazu gehören unter anderem die Verwendung von SiCN als dielektrisches Material (wie von Imec als Pionier eingeführt) und ein chemisch-mechanischer Polierschritt (CMP) vor dem Bonden. Letzterer wurde auf eine hohe Gleichmäßigkeit über den gesamten Wafer hinweg optimiert, um extrem ebene dielektrische Oberflächen zu erzeugen und gleichzeitig eine kontrollierte Vertiefung von wenigen Nanometern für die Cu-Pads zu erzielen. Die hohe Überlagerungsgenauigkeit und -kontrolle, die durch das Wafer-Bonding-Tool von EVG ermöglicht wurde, wurde zusätzlich durch ein verbessertes Cu-Pad-Design und durch lithografische Korrekturen vor dem Bonden unterstützt.“
„Wir treiben unseren Prozess für das Hybrid-Wafer-Bonding weiter voran und setzen unsere Roadmap mit einem Interconnect-Pitch von deutlich unter 200 nm fort, um die anspruchsvollsten Anwendungsfälle für das Stacking von Logik-zu-Logik- und Speicher-zu-Logik-Schaltungen zu erschließen“, fügt Tokei hinzu. „Dies erfordert eine nochmals verbesserte Overlay-Leistung, die wir in Zusammenarbeit mit EVG weiter erforschen wollen.“
„Die langjährige Zusammenarbeit mit Imec spiegelt die wichtige Rolle wider, die das Wafer-Bonding auch weiterhin für die Entwicklung von Halbleiterbauelementen der nächsten Generation spielt“, erklärte Paul Lindner, Executive Technology Director bei der EV Group. „In mehr als drei Jahrzehnten der Zusammenarbeit haben wir gezeigt, wie eine enge Zusammenarbeit zwischen Anlagenherstellern und führenden Forschungseinrichtungen wie Imec bedeutende Fortschritte in der Prozesstechnologie vorantreiben kann. Wir freuen uns darauf, diese Arbeit fortzusetzen, um zukünftige Bauelementarchitekturen zu unterstützen und die Zusammenarbeit im globalen Halbleiter-Ökosystem zu stärken.“
