混合鍵合技術(shù)的誕生背景
隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)持續(xù)微縮（7nm、5nm、3nm及以下），單純依靠線寬縮小已逼近物理瓶頸。行業(yè)轉(zhuǎn)而通過先進(jìn)封裝技術(shù)提升系統(tǒng)性能、能效比與功能集成度。在市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，封裝技術(shù)歷經(jīng)焊料凸點(diǎn)（Solder Bump）、銅柱凸點(diǎn)（Pillar Bump）-2D、微凸點(diǎn)（Micro Bump）、微焊盤（Micro Pad）-2.5D到無凸點(diǎn)（Bumpless）-3D的演進(jìn)。混合鍵合（Hybrid Bonding）正是實(shí)現(xiàn)三維集成電路（3D IC） 的關(guān)鍵突破。
混合鍵合的核心優(yōu)勢(shì)
1、異構(gòu)集成
支持不同工藝節(jié)點(diǎn)/功能的芯片（邏輯、高帶寬內(nèi)存、模擬/RF、傳感器）以超高密度（互連節(jié)距<1μm）、低延遲、高帶寬集成。
2、三維堆疊
實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)垂直堆疊（如存儲(chǔ)單元堆疊、邏輯層堆疊），建立短距、低寄生電阻電容的互連通道，最大化空間利用率。
3、尺寸優(yōu)化
構(gòu)建超薄堆疊結(jié)構(gòu)（厚度<10μm），滿足移動(dòng)/可穿戴設(shè)備嚴(yán)苛尺寸要求。
4、能效提升
縮短互連距離并降低寄生效應(yīng)，顯著減少功耗，對(duì)AI/數(shù)據(jù)中心等高算力場(chǎng)景至關(guān)重要。
技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)
1、材料鍵合機(jī)制
銅-銅直接鍵合與介質(zhì)-介質(zhì)（SiO?-SiO?）鍵合協(xié)同，其中銅熱壓鍵合技術(shù)奠定金屬互連基礎(chǔ)。
2、表面處理突破
化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）實(shí)現(xiàn)原子級(jí)平整度與超潔凈表面，保障高良率鍵合。
3、精密對(duì)準(zhǔn)技術(shù)
亞微米級(jí)晶圓/芯片對(duì)準(zhǔn)精度，確保微焊盤精準(zhǔn)匹配。
混合鍵合制程工藝
C2W（Chip to Wafer）鍵合制程前后主要為：
①Wafer 1正面CMP+清洗；
②Wafer 1背面減薄+清洗；
③Wafer 1切單顆（采用激光/等離子切割以減少顆粒污染物）；
④KGD-Die1 Placement（PNP分選至藍(lán)膜or 形成重構(gòu)晶圓）；
⑤Wafer 2正面CMP+清洗；
⑥D(zhuǎn)ier 1 ＆ Wafer 2等離子活化+親水處理；
⑦Die 1 to Wafer 2常溫下對(duì)準(zhǔn)預(yù)鍵合；
⑧低溫?zé)釅喝?yīng)力處理；
⑨高溫退火。
從D2W的鍵合工藝制程來看，允許將不同尺寸、工藝節(jié)點(diǎn)的KGD芯片選擇性集成到同一晶圓上，從而支持異構(gòu)集成和定制化設(shè)計(jì)，避免了不良Die鍵合導(dǎo)致的良率損失問題降低了整體成本。但其工藝更為復(fù)雜，且潔凈度更難保障。
W2W（Wafer to Wafer）鍵合制程前后主要為：
①Wafer 1正面CMP+清洗；
②Wafer 2正面CMP+清洗；
③Wafer 1 ＆ Wafer 2等離子活化+親水處理；
④Wafer to Wafer常溫下對(duì)準(zhǔn)預(yù)鍵合；
⑤低溫?zé)釅喝?yīng)力處理；
⑥高溫退火。
鍵合工藝相對(duì)靈活簡(jiǎn)便，同時(shí)可以提供更高的對(duì)準(zhǔn)精度、吞吐量和鍵合良率。但就是無法提前篩選KGD，尤其對(duì)于大尺寸的芯片，其良率損失大大增加了產(chǎn)品的成本。
技術(shù)難點(diǎn)
D2W的工藝難點(diǎn)：
①晶圓切割成單顆，大大增加了鍵合界面Particle的風(fēng)險(xiǎn)；
②在KGD分選和預(yù)鍵合時(shí)，吸嘴接觸拾取和轉(zhuǎn)移芯片時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致Particle增加；
③選擇KGD重構(gòu)晶圓工藝，需要在晶圓背面增加臨時(shí)鍵合步驟+解鍵合以及清洗步驟，工藝不可控風(fēng)險(xiǎn)又增加了；
④由于芯片已經(jīng)薄化，加之在工序轉(zhuǎn)移與預(yù)鍵合拾取過程中的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，芯片的翹曲值，尤其是芯片邊緣，有可能會(huì)變得更大，這對(duì)于預(yù)鍵合步驟是很不利的，會(huì)導(dǎo)致介電層之間在對(duì)準(zhǔn)貼合的時(shí)候無法有效接觸，退火后產(chǎn)生大空洞，有可能邊緣處的Cu Pad也無法形成焊接，最終損失了芯片良率；
⑤室溫鍵合的芯片/晶圓在后續(xù)升溫時(shí)，因材料CTE（熱膨脹系數(shù)）差異易導(dǎo)致界面開裂。因此，在退火前增加低溫去應(yīng)力步驟非常有必要。考慮到薄化后芯片的機(jī)械性能減弱和焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的高密度分布，去應(yīng)力的處理工藝需要溫和且高效。
W2W的工藝難點(diǎn)：晶圓各層材料由于CTE的失配，在歷經(jīng)高溫退火時(shí)容易發(fā)生鍵合不良（空洞、虛焊等），也需要在退火前增加去應(yīng)力工藝步驟。
在混合鍵合（Hybrid Bonding）工藝中，介電層（通常是二氧化硅或低k介質(zhì)）之間的鍵合最初主要依靠表面羥基形成的氫鍵，在室溫或低溫預(yù)鍵合階段，維持或施加適當(dāng)的壓力有助于補(bǔ)償晶圓/芯片因熱膨脹系數(shù)差異可能產(chǎn)生的微小形變，保持界面大面積的緊密接觸，特別是在大尺寸鍵合或存在翹曲時(shí)。
屹立芯創(chuàng)解決方案
針對(duì)翹曲與應(yīng)力難題，屹立芯創(chuàng)應(yīng)力消除系統(tǒng)SRS通過三重機(jī)制優(yōu)化鍵合界面：
1. 熱力協(xié)同調(diào)控
o 120℃以下軟性氣囊施加<0.5MPa垂直壓力，直接抑制邊緣翹曲，促進(jìn)應(yīng)力松弛；
o 熱軟化效應(yīng)降低材料屈服強(qiáng)度，促進(jìn)微米級(jí)粗糙表面（Ra<1nm）實(shí)現(xiàn)原子級(jí)接觸；
2. 蠕變應(yīng)力松弛
o 恒溫恒壓維持誘導(dǎo)材料蠕變，在短時(shí)間內(nèi)消除內(nèi)應(yīng)力，顯著降低空洞率；
3. 界面環(huán)境控制
o 真空腔室排除水汽，抑制界面空洞形成；
o 平臺(tái)冷卻裝置優(yōu)化降溫速率，規(guī)避回彈風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)本質(zhì)：通過"熱塑性形變+應(yīng)力松弛+真空環(huán)境"三位一體，重構(gòu)材料形態(tài)穩(wěn)定性，為后續(xù)退火創(chuàng)造原子級(jí)接觸界面。
