12月5-7日，由DT新材料主办的第八届国际碳材料大会暨产业展览会（Carbontech 2024）将在上海新国际博览中心隆重举办。同期针对半导体与加工主题特设4大论坛，宽禁带半导体及创新应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛、金刚石前沿应用与产业发展论坛、培育钻石论坛，已邀请国内外知名专家和企业莅临交流，欢迎报名。
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芯片技术作为现代科技发展的核心驱动力，其制程工艺逼近物理极限，使得芯片三维异质集成来延续和拓展摩尔定律的重要性日趋凸显。芯片三维互连技术及异质集成能够将不同功能芯片在三维方向整合，提升芯片性能，为众多领域提供高性能解决方案。在众多技术探索中，金刚石因其卓越特性成为芯片技术发展的新希望。
芯片三维互连技术
通过垂直方向上的TSV/TGV技术与水平方向上的RDL技术的配合，对芯片进行三维互连，可将不同尺寸、材料、制程和功能的Chiplet异质集成到1个封装体中。
三维异质集成及互连结构 图源：论文
1、TSV技术：垂直互连的关键
TSV主要用于垂直方向信号连接，Cu-TSV 应用广泛。其制造工艺包含深孔刻蚀、绝缘层及种子层形成、Cu填充和多余Cu去除等步骤。当前TSV直径约10μm，深宽比约10∶1，未来有望缩小至直径1μm、深宽比20∶1。然而，小尺寸TSV加工面临绝缘层和种子层均匀性及Cu填充难题，相关工艺和材料特性研究有待深入。
2、TGV技术：低成本高潜力替代方案
TGV是TSV的低成本替代，具有高频特性好、工艺流程简单等优势，在射频、光电和 MEMS器件封装领域前景广阔。其工艺流程包括盲孔制备、种子层沉积和电镀填充。激光诱导湿法刻蚀是常用成孔方法，但存在侧壁垂直度差、深宽比小等问题，且 TGV电镀填充方式与TSV不同，相关理论研究缺乏。
3、RDL技术：水平互连的核心
RDL实现芯片水平方向互连，通过晶圆级金属布线工艺改变I/O焊盘位置和排列。目前高密度RDL线宽/线间距约6μm，微孔直径20μm，但为提高I/O密度，需发展 1μm线宽/线间距和更小直径微孔的RDL。实现高密度RDL面临光刻、微孔加工、低介电常数材料和工艺选择等关键问题。
异质集成方案
1、基于TSV及RDL的异质集成方案
晶圆级封装：TSV用于传感器封装可减小尺寸、提高生产效率，硅基埋入扇出技术实现了芯片三维堆叠封装，不同系统或功能芯片可集成在一个芯片中。
2016年，华天科技有限公司开发出硅基埋入扇出（eSiFO）技术，使用硅片作为载体，将芯片置于在12英寸硅晶圆上制作的高精度凹槽内，重构出1个晶圆；然后采用可光刻聚合物材料填充芯片和晶圆之间的间隙，在芯片和硅片表面形成扇出的钝化平面；再通过光刻打开钝化层开口，并采用晶圆级工艺进行布线和互连封装。
2.5D TSV转接板异质集成：2.5D TSV转接板解决有机基板布线问题，实现多芯片高密度连接，台积电CoWoS技术具代表性，已广泛应用于高性能计算领域。
2011年，台积电该技术通过芯片到晶圆工艺将芯片连接至硅转接板上，再把堆叠芯片与基板连接，实现芯片－转接板－基板的三维封装结构。该技术采用前道工艺在转接板上制作高密度的互连线，通过转接板完成多个芯片的互连，可以大幅提高系统集成密度，降低封装厚度。
典型2.5DTSV转接板异质集成结构 图源：论文
三维异质集成：基于TSV和微凸点的3D集成技术用于存储芯片，后拓展到逻辑芯片堆叠，英特尔和三星推出相关技术并实现量产。
2019年，英特尔推出基于TSV和微凸点的新型3D集成技术Foveros，该技术能够实现逻辑芯片的面对面堆叠，首次将芯片堆叠从传统的无源中介层和内存等扩展到高性能逻辑芯片。
无凸点混合键合三维异质集成：无凸点Cu/绝缘层混合键合解决微凸点微型化瓶颈，台积电SoIC技术实现超高密度垂直互连，但面临设计规则、平整度等挑战。
2015 年，索尼获得Ziptronix 公司的混合键合技术授权，首次推出了基于无凸点混合键合的高性能图像传感器产品。半导体业界逐渐意识到混合键合将成为突破微凸点微型化瓶颈的有效途径。
2、基于玻璃基板的异质集成方案
玻璃基三维异质集成结构 图源：论文
TGV及RDL异质集成：玻璃基板在传输性能、布线和成本上具优势，基于TGV及 RDL的异质集成方案已用于多种芯片封装，但玻璃散热差，需改进散热设计。
埋入玻璃式扇出型异质集成：佐治亚理工学院和本文作者团队开发的相关技术实现逻辑和存储芯片集成，在电源、超声换能器和毫米波雷达芯片封装中获应用，提升芯片性能和集成度。
金刚石在三维互连技术及异质集成中的应用
金刚石/铜复合材料：通过在金刚石颗粒上设计双层结构，采用真空热压法制备了高致密度、良好热性能的金刚石/铜复合材料，改善了金刚石与铜基体之间的界面结合，获得了高达721W/（m∙K）的热导率。
金刚石与硅基半导体的集成：华为通过Cu/SiO2混合键合技术将硅基与金刚石衬底材料进行三维集成，利用金刚石的高散热性为三维集成的硅基器件提供散热通道，提高器件的可靠性。
厚膜氮化镓与多晶金刚石异质集成：中国科学院微电子研究所采用动态入射角度的等离子体抛光技术和原位硅纳米层沉积辅助的离子束表面活化键合方法，实现了厚膜GaN与多晶金刚石的异质集成，键合率达~92.4%。
金刚石半导体芯片研发：Diamond Foundry培育全球首个单晶金刚石晶圆，旨在解决人工智能、云计算芯片、电动汽车电力电子器件和无线通信芯片的热挑战。
总结
芯片三维互连和异质集成技术发展迅速，多种技术方案已应用或具应用潜力，但仍面临诸多挑战。金刚石的引入为芯片技术带来新机遇，国内外研究和应用展示其在提升芯片性能和功能方面的巨大潜力。未来，期待金刚石在芯片领域的深入研究和广泛应用，推动芯片技术实现新突破，为科技发展注入新动力。
以上内容部分来源于论文DOI：10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0041
第八届国际碳材料大会暨产业展览会
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宽禁带半导体及创新应用论坛
12月5日 周四 全天
10:25-11:00
议题待定
王英民，中国电子科技集团公司第四十六研究所首席专家
11:00-11:25
第三代半导体表面处理技术及装备
王德君，大连理工大学教授
11:25-11:45
基于氮化镓半导体的微波无线供电技术
敖金平，江南大学教授
11:45-12:05
以碳化硅为代表的第三代半导体产业演进及未来趋势
梁赫，重庆鬃晶科技有限公司总经理
13:30-13:55
Si基GaN器件及系统研究与产业前景
于洪宇，南方科技大学深港微电子学院院长
13:55-14:20
报告方向：金刚石半导体器件产业化进展
王宏兴，西安交通大学教授
14:20-14:40
磨抛工艺在超宽禁带半导体材料衬底制备中的应用
王彬，合美半导体（北京）有限公司总经理
15:10-15:35
报告方向：晶圆键合
王晨曦，哈尔滨工业大学教授
15:35-16:00
金刚石薄膜的制备与电学性能研究
胡晓君，浙江工业大学教授
16:00-16:20
报告方向：半导体先进键合集成技术与应用
母凤文，北京青禾晶元半导体科技有限责任公司、天津中科晶禾电子科技有限责任公司董事长兼总经理
16:20-16:40
山东大学团队（邀请确认中）
半导体及加工产业现状与趋势
12月5日 周四 上午
09:40-10:10
SiC产业发展分析与技术的新进展
赵正平，中国电子科技集团有限公司原副总经理
10:10-10:40
报告方向：超精密抛光技术研究进展
袁巨龙，浙江工业大学超精密加工技术研究中心主任
11:10-11:40
报告方向：芯片级金刚石晶圆
江南，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员
11:40-12:10
报告方向：大功率芯片散热的解决方案
郭跃进，深圳大学异质异构国家重点实验室研究员、原Intel公司首席专家
金刚石前沿应用及产业发展论坛
金刚石生长与前沿应用专题
12月5日 周四 下午
13:35-14:00
金刚石增强导热复合材料与技术
朱嘉琦，哈尔滨工业大学教授
14:00-14:25
报告方向：金刚石量子前沿科技
Milos Nesladek，哈塞尔特大学教授
14:25-14:45
议题待定
Rahul Gaywala，印度Sahajanand Technologies Private Limited公司CEO
15:10-15:35
报告方向：金刚石信息功能传感和电子器件
廖梅勇，日本国立物质材料研究所（行程确认中）
15:35-15:55
报告方向：金刚石量子应用案例
赵博文，安徽省国盛量子科技有限公司创始人
15:55-16:15
硼掺杂金刚石电极的调控与电化学工程应用
魏秋平，中南大学教授
16:15-16:35
议题待定
嘉宾待定，普敦实验室设备(上海)有限公司
16:35-16:55
高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展
陈巧，中国地质大学（武汉）副教授
热管理应用及产业化解决方案专题
12月6日 周五 全天
09:30-09:55
金刚石在激光领域的应用研究
杭寅，中国科学院上海光机所研究员
09:55-10:20
三维集成金刚石先进散热技术进展
于大全，厦门大学教授
10:20-10:45
使用CVD金刚石散热器提升高功率密度芯片的性能
lan Friel，元素六业务拓展经理、首席科学家
11:10-11:35
金刚石材料的激光加工
王成勇，广东工业大学副校长
11:35-12:00
CVD金刚石散热材料制备及产业化应用
魏俊俊，北京科技大学教授
12:00-12:20
太原理工大学团队（行程确认中）
13:30-13:55
金刚石常温键合技术在高性能半导体器件散热中的应用
梁剑波，大阪公立大学副教授
13:55-14:20
朝着光束全方位调控的金刚石激光技术
白振旭，河北工业大学教授
14:20-14:40
Effect of gas phase nucleation on nano- and polycrystalline diamond growth in conventional MPCVD chamber
Mariia Lambrinaki，苏州思体尔软件科技有限公司CEO
14:40-15:00
精密磨抛技术在金刚石材料加工中的应用
梁浩，北京特思迪半导体设备有限公司
15:30-15:55
集成电路先进封装的钻石中介层
宋健民博士
15:55-16:15
微射流激光先进技术基于大尺寸金刚石高品质分片及微流通道制备方案
杨森，西安晟光硅研半导体科技有限公司
16:15-16:25
小分子液态源MPCVD制备超纳米金刚石薄膜材料及应用研究
熊鹰，西南科技大学教授
16:25-16:45
基于COMSOL仿真的圆柱形谐振腔MPCVD中金刚石沉积的调控
杨黎，昆明理工大学教授
12月7日 周六 上午
10:00-12:00
闭门讨论：金刚石在热管理市场怎么用？从哪个角度切入热管理市场一块蛋糕？（仅限邀请）
超硬材料与超精密加工论坛
先进加工技术及应用方案专题
12月6日 周五 上午
09:30-09:55
议题待定
康仁科，大连理工大学教授
09:55-10:20
议题待定
吴勇波，南方科技大学教授
10:50-11:15
金刚石的超精密加工技术现状与发展
赵清亮，哈尔滨工业大学教授
11:15-11:40
化学气相法制备单晶微刃金刚石磨料及工具新技术
孙方宏，上海交通大学教授
11:40-12:05
纳秒激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶CVD金刚石研究
温秋玲，华侨大学副教授
半导体切磨抛难题解决方案专题
12月6日 周五 下午
13:30-13:55
碳化硅晶圆减薄磨削装备及砂轮技术
尹韶辉，湖南大学无锡半导体先进制造创新中心主任
13:55-14:20
金刚石加工碳化硅晶圆衬底技术现状与趋势
栗正新，河南工业大学材料学院教授、河南工大高新产业技术研究院院长
14:20-14:45
金刚石衬底化学机械抛光原子级去除机理探讨
戴媛静，清华大学天津高端装备研究院常务副所长
14:45-15:05
金刚石超光滑与平坦化工艺路径探索
邓辉，南方科技大学机械与能源工程系研究员
15:30-15:55
大尺寸碳化硅晶圆加工过程面临的挑战与对策
张保国，河北工业大学教授
15:55-16:20
金刚石晶圆的磨抛一体化加工研究进展
陆静，华侨大学教授
16:20-16:40
硬脆材料的金刚石线切割过程切割力动态建模
梁列，西安理工大学青年教师
12月7日 周六 上午
10:00-12:00
闭门讨论：半导体CMP抛光“卡脖子”难点探讨
