Thesis defence of Mohammad Alsukour (RMS team): High-density 3D integration of electronic components by hybrid bonding with MOS transistors for millimeter-scale applications

Mohammad ALSUKOUR - RMS team

Direction of the thesis
Emmanuel PISTONO - Thesis director - Associate professor - UGA / TIMA Laboratory
Jean-Daniel ARNOULD - Thesis co-director - Associate professor - Grenoble INP UGA / TIMA Laboratory
Christophe DUBARRY - Thesis co-supervisor - Research scientist - CEA Leti Grenoble

Rapporteurs
Nathalie RAVEU - Rapporteur - Full professor - Toulouse INP ENSEEIHT, LAPLACE
Guillaume DUCOURNAU - Rapporteur - Full professor - Université de Lille, IEMN

Composition of the jury
Emmanuel PISTONO - Thesis director - Associate professor - UGA / TIMA Laboratory
Jean-Daniel ARNOULD - Thesis co-director - Associate professor - Grenoble INP UGA / TIMA Laboratory
Nathalie RAVEU - Rapporteur - Full professor - Toulouse INP ENSEEIHT, LAPLACE
Guillaume DUCOURNAU - Rapporteur - Full professor - Université de Lille, IEMN
Marc LE ROY - Examinator - Full professor - Université de Bretagne Occidentale, Lab-STICC
Ian O'CONNOR - Examinator - Full professor - Ecole Centrale Lyon, INL
Sylvain BOURDEL - Examinator - Full professor - Grenoble INP / TIMA Laboratory
Pascal CHEVALIER - Guest - Engineer - STMicroelectronics
Olivier VALORGE - Guest - Engineer - CEA Leti

Title: High-density 3D integration of electronic components by hybrid bonding with MOS transistors for millimeter-scale applications
Keywords: 3D integration, milimeter-wave circuits, hybrid bonding
Abstract: In order to adapt to new application needs such as high-performance computers, memories (Samsung/Intel/Huawei), microled screens and imagers (Aledia, ST), 3D interconnects must be able to be integrated with a thermal budget of less than 400°C. The current manufacturing temperature of 400°C for hybrid bonding levels is too high to be compatible with these new requirements. A new low-temperature integration of these levels involving the development of new materials is therefore necessary. In this topic, we will seek to implement this 3D integration on LETI's microelectronics r&d platform.The thesis focuses on the definition and manufacture of 3D interconnects for millimeter-scale components. The first step will be to use simulation to define the routing needed to minimize losses in interconnections between a MOS circuit and another transistor for amplification functions such as PA or LNA. Then, in the second stage, electrical characterization and realization will validate the hypotheses and produce models dedicated to these applications.

Titre : Intégration 3D haute densité de composants électroniques par collage hybride pour les applications en ondes millimétriques
Mots-clés : integration 3D, circuit millimetrique, collage hybride
Résumé : Afin de s'adapter à des nouveaux besoins applicatifs comme les calculateurs hautes performances, les mémoires (Samsung/Intel/Huawei), les écrans à microled et les imageurs (Aledia, ST), les interconnexions 3D doivent pouvoir être intégrées avec un budget thermique inférieur à 400°C. La température de fabrication des niveaux de collage hybride actuelle de 400°C est trop élevée pour être compatible avec ces nouveaux besoins. Une nouvelle intégration de ces niveaux à basse température impliquant le développement de nouveaux matériaux est donc nécessaire. Dans ce sujet, nous chercherons à mettre en œuvre cette intégration 3D sur la plateforme de r&d microélectronique du LETI. La thèse est orientée vers le définition et la fabrication d'interconnexion 3D pour les composants millimétriques. On s'appliquera à définir dans un premier temps par simulation le routage nécessaire afin de minimiser les pertes dans les interconnexions entre un circuit MOS et un autre transistor pour des fonctions d'amplification comme le PA ou LNA. Puis dans second temps, la réalisation et les caractérisations électriques permettront de valider les hypothèses et de réaliser des modèles dédiés à ces applications.