Кристалл посадили на медную сетку с шагом 1 мкм — пока на 22%

Отдельный кремниевый кристалл опускают на пластину, где медные контакты стоят через 1 мкм. Ошибка в позиционировании способна увести целый ряд площадок мимо пары и разорвать электрическую цепь. CEA-Leti собрала такой опытный узел для сборки «кристалл на пластину» — die-to-wafer, D2W. При предельном шаге 1 мкм работоспособными оказались около 22% проверенных цепочек. Это уже соединение реальных кристаллов, однако цифра сразу показывает цену рекорда.

Гибридное соединение одновременно сращивает медные площадки и диэлектрические поверхности вокруг них. В сборке wafer-to-wafer две полные пластины совмещают один раз. D2W требует повторить эту операцию для каждого отдельного кристалла, зато на одну пластину можно ставить чиплеты разных техпроцессов и функций. Микронная сетка обещает вывести число межкристальных связей далеко за пределы привычных корпусов с шариками припоя, но требует, чтобы бондер попадал в неё почти без права на ошибку.

Цепочка, в которой виден каждый промах

Электрический тест устроили как daisy-chain: множество контактов включены последовательно, и один плохой переход ломает всю цепь. Для шагов свыше 2 мкм авторы получили медианное сопротивление в несколько ом и выход годных выше 95%. Публикация CEA-Leti также сообщает об испытаниях структур с числом связей до 100 000. Режим 1 мкм нельзя смешивать с этими более благополучными точками: именно там точность имеющегося оборудования ограничила выход годных.

Одних медных пар для полезной трёхмерной сборки мало. После соединения и утонения кристалла нужно сохранить изоляцию в зазоре между ними и вывести сигналы по вертикали. Авторы электрически подтвердили заполнение межкристального зазора диэлектриком, а также отдельно отработали сквозные через оксид переходы размером 4 × 9 мкм и плотные TSV размером 2 × 6 мкм. Эти узлы ещё не означают готовый многослойный процесс в одном образце, но закрывают несколько разных физических задач будущего стека.

Микронный шаг упирается в посадочную машину

Порог здесь задаёт точность посадки. Для шага 1 мкм малый сдвиг кристалла портит сразу множество соединений; для шага выше 1 мкм независимый разбор IEEE Spectrum приводит выход около 90%. CEA-Leti рассматривает 0.5 мкм как следующую цель, связанную с новыми средствами совмещения, а не как достигнутый результат. На фоне D2W-производства, где типичные шаги всё ещё оценивают в 6–9 мкм, опыт показывает особенно важную вещь: межкристальная медная сетка уже может быть почти такой же плотной, как локальная разводка на чипе. Теперь её удерживает механика посадки отдельного кристалла.