가시 레이저를 사용한 hybrid bonding의 고정밀 align

초록

최근 무어의 법칙을 지속하기 위해 소자의 집적 밀도를 높이는 방법으로 Monolithic 3D integration(M3D)와 Through Silicon Via(TSV)가 사용되어 왔다. 하지만 각 방법은 한계점을 가지고 있어 이를 해결하기 위해 heterogeneous integration이 활발하게 연구되고 있다. Heterogeneous integration 구현을 위한 방법 중 한가지로 hybrid bonding 기술이 대두되고 있는데, 높지 않은 정렬 정확도로 인한 한계점을 가지고 있다. 기존 hybrid bonding은 IR laser를 이용해 정렬을 진행하였고, 이 방법은 submicron의 정확도를 구현하는데 한계점을 가지고 있다. 낮은 align 정확도로 인해 접합에 이용되는 Cu pad의 크기가 증가하고, Input/Output(IO) 개수가 제한되게 된다. 이에 본 연구에서는 lighttools 프로그램을 이용한 시뮬레이션으로 새로운 hybrid bonding의 정렬 방법을 제안하였다. 새로운 방법은 visible laser 와 Cu pad 시 함께 제작되는 align pattern을 이용해 rotation, translation, wafer tilt와 같은 misalign 요소를 감지 할 수 있다. 이 방법을 이용해 정렬을 진행할 경우 die-to-die, die-to-wafer bonding시 submicron까지 정렬이 가능한 장점을 가지고 있다. 정렬 정확도가 높아지면 Cu pad의 크기가 줄어들어 IO의 개수가 늘어나고, Cu-to-Cu bonding시 misalign으로 인한 저항이 줄어들어 더 높은 성능의 소자 구현이 가능해질 것이다.