【文献学习】异质异构集成
作者：互联网
在项目中遇到“三维异质异构集成，3D Heterogeneous Integration”这个概念，理解起来甚是困难，所以查阅一些文献帮助理解。
先说结论：异质异构集成，是指应用跨学科思维将单独制造的组件集成到一个更高层次的组件（能集成进去的东西很多，概念包含范围很广），在系统级别是获得更强的功能和工作特性。不同于电路集成或封装集成，传统的电路集成只会使芯片更贵更大，封装集成只是装在一起工作没有深层次整合。
集成的组合组件可以在系统级（预组装的封装或子系统）、功能级（专用处理器、DRAM、闪存、电阻器/电容器/电感器、滤波器、连接器、MEMS 设备、传感器）和技术（例如，一种针对芯片尺寸进行优化的技术，或另一种针对低功耗进行优化的技术）。
异构集成背后的总体思路是在同一封装中集成多个组件，使封装能够以小尺寸执行特定的高级功能，具体的实现过程是微系统、MEMS、集成电路方向热门的研究领域。
从字面意思看，三维异质异构集成应该是一总集成技术，类似于封装技术，把异质异构的材料或者元器件、芯片集成到一起，发挥更优越的性能。
尝试在wiki百科查找这个词，但发现没有被收录。分别在nature和science及其子刊中搜索 Heterogeneous Integration 相关文献，发现主要方向都集中在：半导体材料和集成电路。在查阅的文献中，对Heterogeneous Integration 这个概念都没有溯源引用，就像众所周知的技术。
而一些高引用的文献，核心内容大体都是：异质异构集成的方法研究，并采用异质异构集成技术实现一些功能或者突破，得到更微型的封装、更好的性能。
N. M. Jokerst et al., "The heterogeneous integration of optical interconnections into integrated microsystems," in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 9, no. 2, pp. 350-360, March-April 2003, doi: 10.1109/JSTQE.2003.813307.
光互连与集成微系统的异质集成M. Lapisa, G. Stemme and F. Niklaus, "Wafer-Level Heterogeneous Integration for MOEMS, MEMS, and NEMS," in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 17, no. 3, pp. 629-644, May-June 2011, doi: 10.1109/JSTQE.2010.2093570.
针对Moems、Mems和Nems的晶圆级异构集成Chediak, J.A., Luo, Z., Seo, J., Cheung, N., Lee, L.P., Sands, T.D., 2004. Heterogeneous integration of CdS filters with GaN LEDs for fluorescence detection microsystems. Sensors and Actuators A: Physical 111, 1–7.. doi:10.1016/j.sna.2003.10.015
用于荧光检测微系统的CdS滤波器与GaN LED的异质集成
比较有溯源性的文献：
S. S. Iyer, "Heterogeneous Integration for Performance and Scaling," in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 6, no. 7, pp. 973-982, July 2016, doi: 10.1109/TCPMT.2015.2511626.
文章是Heterogeneous Integration关键词较早的文章，且引用次数较多。文章提到，摩尔定律一直依赖于硅基地工艺、CMOS工艺尺寸不停的缩小，而且以及要逼近极限。此外，研究发现了诸如Cu interconnects, low-k dielectrics for interconnects, strained channelsand high-k materials for gate dielectrics 这些功耗更低、性能更高、尺寸更小的工艺，催生了 SoC 方法，即芯片系统。单个芯片上能够集成越来越多的功能，同时在包装和板上集成多个模具尺寸比例只有3到5倍，作者对这个效果不太满意。
随着半导体特征尺寸的减小放缓和物联网的到来，异质集成和系统化封装，是支持芯片更小更强的有力技术。封装技术变得更侧重于整体系统性能和成本，而不是单个组件。
这种转变（异质异构集成与Soc）和三维封装技术，将成为未来几年维持摩尔定律的支柱。
在调研 Heterogeneous Integration 技术时，发现了一共很有权威性的网站：异质异构集成发展线路图
HETEROGENEOUS INTEGRATION ROADMAP
异质异构集成路线图 (HIR) 是由三个 IEEE 协会（电子封装协会、电子器件协会、光子协会）SEMI 和 ASME EPPD 发起的。它致力于在任何地方拥抱创新，并尽可能促进合作，以加速微电子市场格局的进步。
在书中的overview章节介绍：
异质异构集成是指，将单独制造的组件集成到一个更高层次的组件( 封装中的系统 - SiP )中，在系统级别是获得更强的功能 enhanced functionality 和工作特性 operating characteristics 。
在这个定义中，组件应该被看作是集成到单个封装中的任何单元，无论是单个芯片、MEMS器件、无源元件和组装的封装或子系统。操作特性也应在其最广泛的意义上加以考虑，包括系统级性能和成本等。
通过SiP的异构集成从较小的功能单独打包构建大型复杂系统。异质性和相关的集成影响深远，可以与材料、组件类型、电路类型、节点、互连方法以及源或起源相关。
此外，找到了介绍异质异构集成的论文：
W. Chen and B. Bottoms, "Heterogeneous Integration Roadmap: Driving Force and Enabling Technology for Systems of the Future," 2019 Symposium on VLSI Technology, 2019, pp. T50-T51, doi: 10.23919/VLSIT.2019.8776484.
论文名和book HETEROGENEOUS INTEGRATION ROADMAP 第一章标题相同，但是内容有所差异。
论文中给出的定义和书中基本一致。
组合组件可以在系统级（例如，预组装的封装或子系统）、功能（例如，专用处理器、DRAM、闪存、表面贴装设备 (SMD) 电阻器/电容器/电感器、滤波器、连接器、MEMS 设备、传感器）和技术（例如，一种针对芯片尺寸进行了优化，另一种针对低功耗进行了优化）。
异构集成背后的总体思路是在同一封装中集成多个芯片。这使封装能够以小尺寸执行特定的高级功能。
文中提到，半导体行业试图将所有东西都挤进一个单片芯片中。然而，它变得如此昂贵并且芯片变得如此大。异构集成通过将具有不同工艺节点和技术的芯片相结合来解决这个古老的问题。该技术可以持续增加功能密度并降低每个功能的成本，以保持电子产品成本和性能的进步。异构集成对于保持更高的性能、更低的延迟、更小的尺寸、更轻的重量、每个功能的功率要求更低和成本更低的进展速度至关重要。
论文给了几个例子：
2.5D 硅中介层集成了高级节点 ASIC 和 HBM 内存堆栈，由 AMD 和 ASE 开发
使用 2.5D 封装与 异质异构集成的方法，实现了 XY 外形尺寸的减小和更高的速度。
英特尔开发的硅桥示例，用于在有机基板上将多个芯片紧密连接在一起。不同节点或来自不同公司的组件可以异构集成在一个 SiP 中。
半导体芯片的异构集成技术 - hotchips的文章 - 知乎
https://zhuanlan.zhihu.com/p/26279506
一直以来电磁频谱中的毫米波(mmW)和亚毫米波(sub-mmW)/太赫兹(THz)都未被人类充分利用 想利用起来，而当前半导体和封装技术的快速进展以及商用测试设备已经达到了1太赫兹的测试能力，使得在这些高频段频谱上开发重要应用已成为可能。
以低成本获得更佳性能、更小型、更有效、更可靠而愈加复杂的功能。
硅是半导体技术的主导材料，有很多成熟的技术。
众多应用只能使用像磷化铟(InP)和氮化镓(GaN)这样的化合物半导体技术才能实现。
1太赫兹的晶体管，具备高增益和高功率，以及超高速混合信号电路。
氮化镓能使器件具备大带宽、高击穿电压、以及高达100GHZ的输出功率。
将异类半导体集成为一体——即异构集成。
产生即经济又具有小尺寸的更大设计灵活性和更好的系统性能
频率的上升 互联块和线内的损耗迅速地增加 缺乏几何和互联清晰度
为了克服寄生效应 要求复杂的三维单片或晶圆级异构集成不同的半导体
简而言之，介绍的是一种把磷化铟(InP)和氮化镓(GaN)Heterogeneous Integration到硅片上实现THz频率工作。
另一篇有一定参考价值的中文文献：
[1]郝继山,向伟玮.微系统三维异质异构集成与应用[J].电子工艺技术,2018,39(06):317-321.
文中给出的异质异构集成定义：
三维异质异构集成 是指通过跨学科多专业融合, 通过协同设计和微纳集成制造工艺, 实现不同材料、不同结构和不同功能元件的一体化三维集成。三维异质异构集成的典型特征有:1) 三维异质异构集成是系统设计与微纳集成的紧密结合;2) 三维体现在三维结构和三维互连;3) 异质异构集成体现在多材料体系的融合;4) 三维异质异构集成的实现需要多工艺体系的运用。
应用：
通过将化合物半导体器件在硅基射频电路上的堆叠集成, 以可接受的成本大幅提升电路性能和集成密度, 体积质量仅为传统产品的1/40, 且集成一致性更好。
标签：异构,集成,封装,异质,三维,Heterogeneous 来源： https://blog.csdn.net/cyy010617/article/details/121252077