電子發(fā)燒友綜合報(bào)道 作為HBM和3D NAND的核心技術(shù)之一，混合鍵合在近期受到很多關(guān)注，相關(guān)設(shè)備廠商尤其是國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠商的市場(chǎng)前景巨大。那么混合鍵合是什么？

混合鍵合是一種結(jié)合介電層鍵合和金屬直接鍵合的先進(jìn)封裝技術(shù)，其核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)芯片間高密度、低電阻的垂直互聯(lián)。

在工藝過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)對(duì)準(zhǔn)和鍵合、后鍵合處理等幾個(gè)流程。在對(duì)晶圓表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）和清洗之后，通過(guò)光學(xué)或電子束對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)（通常<200nm）的芯片間精準(zhǔn)對(duì)齊，尤其在芯片到晶圓（D2W）鍵合中，對(duì)準(zhǔn)誤差需接近零。

鍵合的方式有晶圓到晶圓W2W和芯片到晶圓D2W兩種，在鍵合過(guò)程中，銅觸點(diǎn)與介電層（如SiO?）同時(shí)接觸，通過(guò)熱壓或<400°C的低溫退火實(shí)現(xiàn)金屬-金屬和介電層-介電層的同步鍵合。

在鍵合后，還需要通過(guò)CMP工藝調(diào)整銅層高度，確保銅觸點(diǎn)略微凹陷于介電層表面（通常為50-100nm），以避免短路并提升鍵合強(qiáng)度；同時(shí)鍵合過(guò)程中產(chǎn)生的熱量需通過(guò)散熱結(jié)構(gòu)（如嵌入式熱沉）快速導(dǎo)出，防止局部熱應(yīng)力導(dǎo)致晶圓變形。

其中技術(shù)難點(diǎn)，主要有5點(diǎn)。首先從前面的工藝流程可以看到對(duì)準(zhǔn)精度是非常重要的，混合鍵合的互聯(lián)密度可達(dá)1000-5000 PPI，要求對(duì)準(zhǔn)誤差小于200nm，這對(duì)設(shè)備（如高精度對(duì)準(zhǔn)機(jī)）和工藝穩(wěn)定性提出了極高挑戰(zhàn)；

其次是銅觸點(diǎn)的凹陷深度需高度均勻，否則會(huì)導(dǎo)致鍵合界面接觸不良或介電層破裂，這需要CMP工藝參數(shù)和設(shè)備的能力去實(shí)現(xiàn)；

鍵合表面的粗糙度需控制在1nm以下，且必須避免任何有機(jī)或金屬污染，對(duì)清洗技術(shù)提出極高要求；

鍵合后的低溫退火（通常<400°C）需在保護(hù)氣氛（如氮?dú)猓┲羞M(jìn)行，以消除界面缺陷并增強(qiáng)鍵合強(qiáng)度，但過(guò)高的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致晶圓翹曲或材料疲勞；

最后，多次鍵合/解鍵合載體的使用、高精度設(shè)備投入及工藝復(fù)雜性顯著推高成本。此外，微小缺陷可能導(dǎo)致整片晶圓失效，需通過(guò)在線檢測(cè)技術(shù)提升良率。

相對(duì)應(yīng)地，混合鍵合工藝中，涉及到多種關(guān)鍵設(shè)備包括CMP、等離子體活化與清洗設(shè)備、高精度對(duì)準(zhǔn)與鍵合設(shè)備、退火設(shè)備、檢測(cè)與分析設(shè)備、電鍍ECU設(shè)備（用于銅柱的電化學(xué)沉積）、減薄與研磨設(shè)備等。

混合鍵合工藝對(duì)設(shè)備的精密性、穩(wěn)定性和集成度要求極高，尤其在對(duì)準(zhǔn)、鍵合、CMP和退火 環(huán)節(jié)存在顯著技術(shù)壁壘。目前，此類設(shè)備市場(chǎng)主要由日韓廠商，寶庫(kù)DISCO、東京電子和歐美廠商KLA、應(yīng)用材料等主導(dǎo)；但國(guó)產(chǎn)設(shè)備已在CMP和檢測(cè)領(lǐng)域逐步突破，比如中電科45所、華海清科等。未來(lái)，隨著存儲(chǔ)、高性能計(jì)算和異構(gòu)集成需求的增長(zhǎng)，混合鍵合設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。