【IMEC】混合鍵合工藝中的量測挑戰

本文檔由imec的Eric Beyne撰寫，核心議題是 混合鍵合互連技術向亞微米節距（即小于1微米）縮放時所面臨的計量（測量科學）挑戰 。隨著互連墊（Cu Pads）尺寸和間距的不斷縮小，對晶圓表面質量、對準精度和鍵合缺陷檢測的測量提出了極高要求，需要發展新的計量技術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生界面空洞。

關鍵表面要求 ：

• 平坦化電介質層 ：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模式的優缺點。為了滿足量產需求，下一代AFM工具需要向 晶圓級、大規模并行化和高速掃描 方向發展，并結合GDS數據關聯腳本，快速分析銅墊凹陷、電介質粗糙度等參數，生成晶圓級Mapping圖。

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

• 這是一種與日立高新合作開發的新方法，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。

• 優勢 ：相比AFM，速度極快，能實現更大的晶圓覆蓋率，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。

亞微米節距混合鍵合的成功依賴于對晶圓形狀和表面質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畸變校正，最終實現高密度的三維集成。文檔展示了imec在250nm節距混合鍵合和背面通孔（nTSV）技術上的成功案例。