开发出可将半导体生产用电力削减95%的关键材料

Published 28 Jul.2023 11:54(KST)

ETRI研究团队：“用于尖端半导体的芯粒封装技术实现国产化”

韩国国内研究团队大幅缩短工艺流程，开发出一种可将用电量最多降低95%的先进人工智能（AI）半导体核心材料技术。

ETRI开发的先进半导体芯片堆叠集成工艺实施现场。照片来源 ETRI提供

韩国电子通信研究院（ETRI）28日表示，研究院利用其自有的纳米材料技术，首次在全球范围内成功开发出半导体工艺中必不可少的新型材料。这是一项掌握着最尖端半导体开发关键的封装（Packaging）领域核心源头新材料技术，预计今后将作为自动驾驶、数据中心等需要高性能的AI半导体制造中的关键材料技术加以应用。

与目前日本掌握的技术相比，这是一项可节省95%电力的革命性半导体芯粒封装技术。工艺步骤也从原先的9道大幅缩减为3道。整个流程分为3个步骤：先在半导体晶圆上贴附研究人员开发出的新材料——非导电膜（NCF），然后对形似瓷砖的芯粒进行面状激光照射以实现固化。

一直以来，半导体行业在先进半导体封装工艺中主要使用日本材料。但该工艺需要经过共9道复杂流程，且要使用多种设备，存在耗电量高、洁净室维护成本大、有害物质排放多等突出缺点。

台湾半导体制造公司（TSMC）、英特尔（Intel）、三星电子等全球半导体企业，正加紧开发用于由数纳米（㎚）级先进半导体前端工艺制成的高密度芯片的新型集成技术。采用既有技术时，难以满足芯粒集成技术所要求的数十微米（㎛）尺度芯片间连接通道（即接合部）无法清洗、需要在室温下完成接合等条件，这也是一大局限。

研究团队利用自有的纳米材料设计技术和纳米新材料，经过20余年的核心源头技术研究，成功实现改进。在先进半导体晶圆基板上应用所开发的纳米新材料后，再将由各种晶圆制作的芯粒像铺瓷砖一样排列，通过约1秒的面状激光照射完成接合工艺，随后再经过后固化工艺即告结束。这种新材料是一种高分子薄膜，是在厚度为10～20微米（㎛）的环氧系材料中加入还原剂等制成的纳米材料。向该材料照射激光后，在半导体后工序（封装）阶段，可一并解决清洗、干燥、涂布、固化等全部工序。

以往的做法是将从晶圆上分离出的芯片贴到基板上，再一枚一枚切割使用；而研究团队开发的新材料，则可以像贴瓷砖一样，将芯粒直接压贴在晶圆基板上。由于工艺简化，整体生产线长度可从原先20米以上缩减到4米，即缩短至20%。同时不再需要氮气，从而不产生有害物质。这是一种可应用于先进芯粒封装的高精度工艺，也是全球首个可在室温（25℃）下实现集成工艺的技术。以往工艺均需将工作台温度加热至100℃，不仅耗电量大，还存在因热膨胀导致误差增加、可靠性下降等问题。

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研究团队表示：“我们利用在特定温度变化以上才会被激活的纳米材料设计技术，首次在全球范围内开发出一种无需因温度升高而产生烟雾（烟气），也能在室温工作台上完成接合工艺的新材料和新工法。美国从事微型LED相关业务的初创企业以及先进半导体领域的全球晶圆代工企业，正在对其工艺性能和可靠性进行评估，如获良好评价，有望在3年内实现商业化。”研究团队接着表示：“本技术能够为半导体显示企业所需要的低功耗、环保工艺提供解决方案。我们计划将其应用于先进芯粒集成以及微型LED转移·接合工艺，进一步扩大技术的可扩展性和应用性。”

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。