微转移印刷新半导体制造工艺，使3D集成电路设计商业化成现实

低成本在不同基材上制造集成电路的微转移印刷工艺投入大批量应用

根据与X-Celeprint的许可协议，X-FABSiliconFoundries现在可以使用一种制造技术，将多种半导体组合在单个3DIC上。

X-FABSiliconFoundries最近宣布，它将成为业界第一家大批量使用微转移印刷(MTP)的代工厂。

微转移印刷(MTP)是一种半导体制造工艺，涉及将微型电子设备集成到非初始基板上。这种晶圆厂工艺允许制造商冒险进入二维和三维产品的新领域。

在过去几年中，专注于模拟/混合信号和专业半导体解决方案的公司X-FAB投资于基于MTP的集成，以优化工作流程和洁净室协议。现在，由于与X-Celeprint达成协议，X-FAB将使用MTP进行批量生产。

X-Celeprint许可MTP技术并拥有项专利，以支持采用MTP的半导体制造商。借助MTP，X-FAB将能够支持SOI、GaN、GaAs、InP和MEMS的异构集成。

微转移印刷如何工作？

MTP流程如何运作？基于不同的工艺节点、晶圆尺寸和材料，MTP堆栈和扇出薄芯片。然后，该技术将10微米“x芯片”从供体晶片提升并转移到CMOS（或另一个表面）。这些x芯片的许多芯片可以并行粘附到弹性转移印章上。

这是16x16芯片的转移印章示例，每个芯片包含12x3x芯片。该印章能够同时将9,个芯片从源晶圆转移到目的地。图片由X-Celeprint提供

管芯上x芯片之间的间距允许扇出，其中来自源晶圆的交错管芯被转移。MTP的一个重要方面是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的弹性体印章，它是一种硅基有机聚合物，可为印刷过程提供强力粘合剂。邮票作为载体，将设备阵列从一个基板转移到几乎任何目的地。

转移完成后，新基板形成一个几乎单片的3D堆叠IC。众所周知，与传统IC制造相比，3DIC可增强性能、提高电源效率并缩小占用空间。MTP还能够缩短上市时间并节省制造成本。这种制造技术可用于分立元件、无源器件和不同工艺技术/节点的晶圆级集成。

X-Celeprint为任何基板上的分立和无源元件提供一系列MTP打印工具和定制印章。

X-FABMEMS业务部副总裁VolkerHerbig讨论了通过X-Celeprint获得MTP技术许可将如何对X-FAB的未来产生积极影响。他解释说：“我们可以帮助希望在晶圆级实施完整多功能子系统的客户，即使涉及高度复杂性。”无数其他的可能性都将被涵盖。”

与外延生长和晶圆键合的对比

在半导体制造中还有其他常用的集成技术，其中一些最常见的是外延生长和晶片键合。

在半导体领域，外延生长是指在半导体衬底晶片上外延生长薄膜。这种技术是负担得起的，因为大多数晶圆厂不必外包电路制造。它还允许基材组成的均匀性。晶圆厂技术人员可以控制生长参数并更好地了解生长本身。然而，外延生长确实有一些局限性。所需的基材只能是微米级的。

使用化学气相沉积，外延生长将单晶材料薄层转移到单晶衬底上。这个过程提高了双极器件的性能。

另一种常见的制造工艺，晶圆键合，是指一种技术，其中两个镜面抛光的晶圆，不分材料，通过多种键合方法（粘合剂键合、阳极键合、熔融键合、玻璃粉键合等）相互粘合。）。该过程在室温下进行。用于制造MEMS，晶圆键合需要特殊的协议，包括受控的能量流以及防止环境影响和散热。

外延生长和晶圆键合的蚀刻和沉积工艺通常无法应对2D或3D级IC设计的挑战。这些广受欢迎的设备具有柔韧性和可拉伸性，这是只有转移印刷才能实现的。

转移印刷技术

微转移印花并不是唯一一种转移印花技术。一些转移印刷技术利用一种胶水来调节复印和印刷的界面粘合强度。

胶带转移印刷

胶带转移印刷涉及表面化学，使用溶剂可剥离胶带作为印章。由于胶带和墨水之间的附着力非常强，制造商可以可靠地从供体基材上取回墨水。这样做的问题是磁带转移会在墨水上留下残留物，最终会降低设备的性能。

转移印刷背后的工作原理。

动力学控制印刷

另一种技术是动力学控制印刷。该过程使用粘弹性印章以高速从供体基材上取回墨水。然后它以低速将墨水转移到接收基材上。动力学控制印刷已被用于制造柔性和可拉伸的无机电子产品。

尽管有这些优点，但这种技术成本很高，因为它需要额外的仪器来控制速度。此外，附着力不如其他方法强。尽管如此，许多工厂仍然认为动力学控制打印是最有前途的选择，因为它用途广泛且方便。

微转移印刷

微转移印刷(MTP)与这些其他常见的转移印刷方法相比如何？MTP是一种低成本技术，可以在室温下进行，不需要溶剂。这减少了对温度要求的洁净室协议，并允许晶圆厂人员在几乎任何类型的基板上打印——玻璃、陶瓷、塑料和各种半导体。

MTP的应用。

此外，源晶圆可以通过MTP工艺并且仍然可以重复使用。例如，源晶片可以重新用于太阳能电池，这减少了制造对环境的影响。

X-FAB使用MTP进行BEOL处理

X-FAB打算使用X-Celeprint的MTP技术作为其标准后端(BEOL)处理，这是IC制造的第二部分，其中电阻器、晶体管和电容器使用导线在晶圆上互连。据说由MTP生产的3DIC可用于光电和硅光子学、电源管理、RF通信、传感器和硬件安全应用。