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面向CPO的异质异构集成工艺发展—钟飞甬江实验室

ICC讯 中国深圳，2025年9月8-9日，第23届讯石光通信大会（IFOC 2025）在深圳会展中心洲际酒店召开，吸引了来自全球的光电子产业顶尖专家、企业代表及研究人员超2000人参会。作为光通信领域技术与市场交流的顶级平台，本届大会聚焦于人工智能驱动应用兴起背景下光电子技术的演进。

会上，甬江实验室信息材料与微纳器件制备平台主任钟飞发表了《面向CPO的异质异构集成工艺发展》精彩演讲，系统阐述了芯片异构集成发展趋势、技术路径、关键技术挑战及未来发展方向。

随着人工智能、高速计算、5G/6G等应用场景的不断深化，先进封装技术呈现出明显的发展趋势：先进芯片向着高性能、高带宽、低功耗方向演进，推动多芯片异构集成成为产业必然选择。

钟主任指出，异构集成将成为半导体制造新的制高点。高性能芯片从单片二维向异构集成转变，异构集成技术正成为半导体技术突破的关键使能技术。全球领先企业如Intel、TSMC、Samsung、Hynix、Micron等均已将混合键合视为未来芯片异构集成的关键路径。

钟飞主任详细分析了混合键合技术面临的核心挑战：

等离子体表面活化需要精确控制温度并优化工艺气体选择，使用N2、O2、Ar或混合气体来增加表面能，降低键合退火温度。

湿法清洗工艺需使用去离子水、柠檬酸、氨水等试剂，进一步强化亲水性，实现表面清洁并去除金属氧化层。

高精度对准要求达到≤100nm的精度，结合室温预键合技术，需要控制平移、旋转、径向偏差和局部变形等参数，并实现在线测量。

键合后退火工艺涉及退火工艺策略优化和应力控制，以形成永久键合。

钟主任强调，混合键合的成败受到多重因素影响，包括芯片制备、电镀、CMP、减薄、裂片、高精度对准键合、应力控制、热处理控制等各个环节。

混合键合关键技术挑战主要体现在三个方面：

高深宽比特征结构制备技术需要高台阶覆盖性SiO2衬垫沉积（PECVD/ALD）、高台阶覆盖性Cu电镀种子层/阻挡层沉积（先进PVD磁控溅射沉积）以及高深宽比沟槽/通孔铜电镀工艺。

混合键合工艺本身需要解决CMP铜凹陷（2-4nm）问题，实现高对准精度（<200nm）的键合工艺。

异质/异构集成中材料机械性能和热膨胀系数不匹配会直接影响混合键合精度与良率。

甬江实验室信息材料与微纳器件制备平台于2023年9月正式开工建设，平台总面积12000平方米，其中洁净室面积达6000平方米。平台以核心半导体技术为基石，配备世界级的基础设备，与合作伙伴共同推动科技创新与产业进步。

平台设备数量超过165台/套，光刻节点达到110nm，支持2/3/4/6/8英寸多种晶圆尺寸。能力布局体现全链条、多制程、多材料体系特点，能够满足科研和产业界高灵活性研发需求。

多制程能力涵盖材料外延、晶圆制备、芯片加工、封装测试、可靠验证等环节；多材料体系覆盖从第一代到第四代半导体材料。平台构建了国内领先、国际一流的“全链条”异质异构集成特色工艺能力布局。

钟飞博士，甬江实验室微纳平台负责人，凝聚态物理博士，毕业于中科院固体物理所。曾任中科院苏州纳米所纳米加工平台工艺部长、河南仕佳光子科技股份公司技术总监、董事会秘书，拥有完整的产学研成功转化经历以及丰富的大型科研基础设施管理经验。

通过此次演讲，钟飞主任全面展示了甬江实验室在异质异构集成工艺领域的技术积累和平台能力，为光通信行业应对CPO技术挑战提供了重要思路和解决方案。