業(yè)內(nèi)消息，日前華為公布了和哈工大聯(lián)合申請的全新芯片專利，本次新專利技術(shù)將可能顛覆傳統(tǒng)芯片制造工藝，為未來電子產(chǎn)品的性能和功耗帶來更革命性進(jìn)展。
據(jù)悉，該專利由華為和哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合申請并應(yīng)用于芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，是“一種基于硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法”。新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以Cu/SiO2混合鍵合為基礎(chǔ)的硅/金剛石三維異質(zhì)集成，未來可能應(yīng)用在自家麒麟芯片中。
簡單來說，這項(xiàng)新專利的核心技術(shù)在于，突破了現(xiàn)有三維集成以硅為襯底的基礎(chǔ)，利用金剛石作為連接材料，實(shí)現(xiàn)硅基半導(dǎo)體與金剛石之間的無縫融合。這種全新的鍵合方式不僅可以提高芯片的集成度，還能降低制造成本，進(jìn)而大幅提升電子產(chǎn)品性能。
由于金剛石具有高導(dǎo)熱性和高硬度的特點(diǎn)，同時也是寬禁帶半導(dǎo)體，具備擊穿場強(qiáng)高、載流子遷移率高、抗輻照等優(yōu)點(diǎn)，因此，新技術(shù)還有助于緩解電子產(chǎn)品發(fā)熱問題，既降低功耗，又延長壽命。
三維集成技術(shù)通過在垂直芯片方向上采用硅通孔(TSV)互連方式實(shí)現(xiàn)上下層之間的通信，能實(shí)現(xiàn)多芯片、異質(zhì)芯片集成等多層堆疊的三維(3D)集成，具備功能化程度高、工藝兼容性好、成本較低等優(yōu)勢逐漸成為了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流方向。
然而，隨著集成密度不斷升高及特征尺寸不斷縮小，電子芯片的熱管理面臨極大的挑戰(zhàn)。芯片內(nèi)部熱積累難以向封裝表層散熱片傳遞，導(dǎo)致內(nèi)部節(jié)溫突升，嚴(yán)重威脅芯片性能、穩(wěn)定性和使用壽命。
通過Cu/SiO混合鍵合技術(shù)將硅基與金剛石基襯底材料進(jìn)行三維集成能夠融合硅基半導(dǎo)體器件成熟的工藝及產(chǎn)線、生產(chǎn)效率高、成本較低的優(yōu)勢及金剛石極高的發(fā)展?jié)摿?，為三維集成的硅基器件提供散熱通道以提高器件的可靠性。
但是現(xiàn)有的Cu/SiO混合鍵合技術(shù)多以硅為襯底進(jìn)行集成，其集成工藝不完全適用于金剛石，而本發(fā)明就針對性的解決了現(xiàn)有的Cu/SiO混合鍵合樣品的制備不適用于金剛石晶片表面Cu/SiO混合鍵合樣品的制備；現(xiàn)有Cu/SiO混合鍵合工藝對于具備粗糙表面的硅/金剛石三維集成適用性較差；高溫鍵合工藝容易增大芯片間熱失配，致使熱應(yīng)力增加，從而影響鍵合強(qiáng)度，不適用于硅/金剛石的三維異質(zhì)集成等問題中的至少一種。
專利摘要顯示，該方法包括：制備硅基Cu/SiO2混合鍵合樣品和金剛石基Cu/SiO2混合鍵合樣品后進(jìn)行等離子體活化處理；將經(jīng)等離子體活化處理后Cu/SiO2混合鍵合樣品浸泡于有機(jī)酸溶液中，清洗后吹干；在吹干后的硅基和/或金剛石基Cu/SiO2混合鍵合樣品的待鍵合表面上滴加氫氟酸溶液，將硅基和金剛石基Cu/SiO2混合鍵合樣品對準(zhǔn)貼合進(jìn)行預(yù)鍵合，得到預(yù)鍵合芯片；將預(yù)鍵合芯片進(jìn)行熱壓鍵合，退火處理，得到混合鍵合樣品對。
該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以Cu/SiO2混合鍵合為基礎(chǔ)的硅/金剛石三維異質(zhì)集成。同時，華為本次發(fā)布的新型三維集成芯片采用了獨(dú)特的納米加工技術(shù)，使得芯片內(nèi)部的電路布局更加緊湊，還通過先進(jìn)的封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了芯片與外圍電路的高效互聯(lián)，進(jìn)一步提升整體性能。
業(yè)內(nèi)分析人士表示，這種基于硅和金剛石的三維集成芯片的混合鍵合方法是國內(nèi)芯片制造領(lǐng)域的一個突破，同時也為技術(shù)封鎖下的國產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)打了一劑強(qiáng)心針！一個是中國的頂級科研公司，一個是中國的頂級科研學(xué)府，華為和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合未來將會有更多技術(shù)突破，為國產(chǎn)芯片的創(chuàng)新和發(fā)展提供強(qiáng)勁動力。
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