什么是混合键合？

半导体工艺与设备 2025-03-19 08:47 59浏览 0评论 0点赞

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混合键合是因其键合界面同时包含金属和介质或聚合物( 如Cu/SiO2, Cu/SiCN等）两种材料，通过堆叠接触方式将来自不同工艺的晶圆结合在一起实现电气互联。混合键合不需要金属引线或微凸点，仅通过铜触点实现短距离电气互连，可在芯片间有望实现更短的互连距离、更高密度、更低成本及更高性能。

典型的Cu/SiO2 混合键合主要包括三个关键工艺步骤。（1）键合前预处理：晶圆需经过化学机械抛光/ 平坦化（CMP）和表面活化及清洗处理，实现平整洁净且亲水性表面；（2）两片晶圆预对准键合：两片晶圆键合前进行预对准，并在室温下紧密贴合后介质SiO2 上的悬挂键在晶圆间实现桥连，形成SiO2 -SiO2 间的熔融键合，此时，金属Cu 触点间存在物理接触或凹陷缝隙（dishing），未实现完全的金属间键合；（3）键合后热退火处理：通过后续热退火处理促进了晶圆间介质SiO2 反应和金属Cu 的互扩散从而形成永久键合。

混合键合逻辑/存储芯片在互联密度、速度、带宽密度、能耗以及散热效率方面均优于传统热压键合。

混合键合逻辑芯片相较于热压键合芯片，在互联密度、速度、带宽密度方面表现更优，同时能耗更低。通过对比AMD W2W混合键合芯片与采用热压键的MI300，混合键合芯片在互联密度、速度、带宽密度及能耗均优于MI300。（1）互连密度较热压键合技术提高了15倍，（2）速度提升了11.9倍，（3）带宽密度提升191倍，（4）能耗降低20倍。

混合键合HBM芯片则具有低热阻、高信号完整性、低能耗以及高空间利用率等优势。采用混合键合技术的HBM芯片能够实现：（1）降低20%的堆叠热阻，从而显著提升散热效率；（2）提高20%的信号完整性，减少信号传输过程中的损耗和干扰；（3）降低17%的动态功耗，进而提高整体能效；（4）减少87%的TSV互连面积需求，有效提升空间利用率。