盖世汽车讯 据外媒报道，韩国浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology）研究团队开发出一种新技术，能够稳定堆叠10个以上的超薄半导体芯片，每个芯片的厚度仅为人类头发丝的五分之一。该团队通过一种新型工艺，实现了比商用高带宽存储器（HBM）高约四倍的集成密度。该工艺能够同时转移芯片并形成金属互连。

图片来源：期刊《工程成果》

这项研究成果发表在期刊《工程成果》（Results in Engineering）上。该团队由浦项科技大学（POSTECH）机械工程系的Seok Kim教授和在读博士生Uhyeon Kim领导，韩国工业技术研究院（KITECH）的Hohyun Keum博士也参与了研究。

ChatGPT、图像生成AI和自动驾驶汽车等AI服务都有一个共同的需求：它们必须以极高的速度处理海量数据。随着电子设备不断变薄，半导体性能也在不断提升，因为芯片不再横向扩展，而是纵向堆叠。这类似于在城市土地资源日益稀缺时，建造高层公寓楼而非独栋住宅。高带宽内存（HBM）是决定AI加速器性能的关键技术，它通过垂直堆叠多个内存芯片来实现，因此，如何可靠地堆叠大量芯片成为一项至关重要的挑战。

难点在于如何处理超薄芯片。当芯片厚度减小到几十微米（μm）以下，甚至比头发丝还薄时，芯片就越来越容易弯曲、变形和断裂。就像一叠厚纸板能保持平整，而多层薄薄的宣纸叠在一起却容易起皱和错位一样，随着叠层数的增加，处理难度也会加大。

传统的半导体封装工艺主要依赖于倒装芯片键合和基于载片晶圆的研磨工艺。然而，倒装芯片键合需要高精度的气动喷嘴设计和工艺控制，而研磨工艺则容易受到操作损伤和翘曲的影响。当芯片厚度小于几十微米时，这些问题会更加突出。为了克服这些限制，研究人员利用了转移印刷技术的固有稳定性，成功实现了可靠的集成，并制造出了厚度在10微米范围内的芯片。

为了克服这些挑战，研究团队将两种技术融合到一个单一的工艺平台中：转移印刷技术，可将芯片精确放置在所需位置；以及原位键合技术，可在芯片转移过程中同时形成金属键。这种集成方法使得芯片转移、放置和电气互连能够在单一工艺中完成。

为了验证新工艺，研究人员制造了厚度约为14 μm的超薄硅芯片。每个芯片都集成了垂直电信号通路和横向信号重分布布线，使其结构非常适合多层集成。

利用所开发的工艺，该团队在低温（低于180°C）和低压（低于20 kPa）条件下成功堆叠了10多个超薄芯片。即使经过多次堆叠，层间对准误差仍然极小，结构翘曲也得到了显著抑制。所实现的集成密度（定义为堆叠层数与封装总厚度的比值）约为传统12层HBM结构的四倍。换句话说，在相同的垂直高度下，可以容纳更多的芯片。

这项技术的商业化有望大幅提升单位面积内的芯片集成数量，从而显著提高人工智能半导体的性能。此外，该技术的应用潜力不仅限于存储器件，还包括基于芯片组的异构集成和下一代微型LED显示器，预示着其将产生广泛的技术影响。

Kim表示：“我们实现的集成密度约为现有HBM技术的四倍，预计这项技术将成为未来高性能人工智能半导体和下一代存储系统的关键使能技术。本研究开发的微米级超精密对准和键合技术可广泛应用于下一代半导体和显示器制造。”