异质异构微系统集成可靠性技术综述*

周 斌，陈 思，王宏跃，付志伟，施宜军，杨晓锋，曲晨冰，时林林

（工业和信息化部电子第五研究所电子元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室，广州511370）

1 引言

根据美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）微系统技术办公室的定义，微系统是融合微电子、光电子、微机电系统、软件架构和算法五大基础要素，采用系统设计思想和方法，集成传感、通信、处理、执行和微能源五大功能单元的多种功能微装置。随着微电子技术向“深度摩尔”方向，以及集成技术向“超越摩尔”领域快速发展，综合“深度摩尔”和“超越摩尔”优势的微系统集成技术得以快速融合，推动微系统集成度不断增加、功能不断完善、尺寸不断缩小。国外微系统技术起步较早，代表性的有英国萨里大学卫星中心的“片上卫星”（Satellite on a Chip）系统，美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)的“集成空间微小系统”和美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的“芯片卫星”。NASA的“芯片卫星”集成了射频、微波、能源、处理器、敏感器和执行等部件，目前已研制出的原型样机尺寸仅为0.02 m×0.02 m，只有使用更高集成密度、基于三维堆叠的新一代系统集成技术才能实现。国内针对系统级封装技术已在设计、工艺、互连和封装等关键工艺领域开展了较多的基础性研究工作，微纳集成及加工技术快速发展，已开发出异质异构集成的信息处理微系统、射频微系统、MEMS（Micro-Electromechanical System）惯性微系统等产品，众多新的微纳工艺、新的封装技术和新材料得以开发和应用，但在CMOS工艺与系统级封装工艺兼容性、晶格失配、异质集成热失配等方面的问题仍未解决，异质异构失效机理和可靠性基础数据欠缺，导致器件可靠性、稳定性与国外相比仍存在一定差距。……