Hybrid Bonding（混合鍵合）是一種先進(jìn)的芯片連接技術(shù)，與封裝領(lǐng)域主流的Bump（焊料凸塊）鍵合技術(shù)存在本質(zhì)區(qū)別。該技術(shù)通過金屬（如銅）與氧化物的組合鍵合方式實(shí)現(xiàn)芯片間的連接，核心優(yōu)勢在于能夠大幅縮小凸塊間距與接觸間距，進(jìn)而顯著提升單位區(qū)域內(nèi)的連接密度。連接密度的提升不僅可實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，還能有效降低芯片運(yùn)行過程中的功耗，為高性能芯片的小型化、高效化發(fā)展提供了關(guān)鍵支撐。
HB技術(shù)在SiO?界面鍵合前先完成大馬士革布線，待Cu焊盤與SiO?構(gòu)成的異質(zhì)界面經(jīng)打磨平整后，采用面對(duì)面鍵合方式，可徹底省去TSV（硅通孔）工藝，大幅簡化制程流程。
HB技術(shù)的鍵合核心依賴分子間作用力（范德華力）實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)為采用化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）對(duì)大馬士革布線層進(jìn)行表面處理。該CMP處理不僅能精準(zhǔn)平整異質(zhì)界面，還可有效減少Cu線路的腐蝕現(xiàn)象及Cu凹陷問題，為后續(xù)鍵合提供高質(zhì)量的表面條件。
當(dāng)經(jīng)過拋光處理的Cu與SiO?光滑界面相互接觸時(shí)，兩者表面的原子/分子會(huì)自然形成牢固的范德華力，這一鍵合過程屬于熱力學(xué)自發(fā)反應(yīng)，無需額外施加能量驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步降低了工藝成本與操作復(fù)雜度。
此外，由于Cu與SiO?的原子/分子鍵合機(jī)理一致，理論上可實(shí)現(xiàn)Cu-Cu、SiO?-SiO?、Cu-SiO?三種界面的同步鍵合，顯著提升鍵合效率與工藝兼容性，為異質(zhì)集成提供了更靈活的技術(shù)路徑。
HB 工藝始于 SiO?-SiO?界面直接鍵合：先將一枚硅晶圓背面的氧化層與另一枚帶有大馬士革布線結(jié)構(gòu)的硅晶圓正面 SiO?層分別研磨平整，再通過壓合實(shí)現(xiàn)鍵合；隨后制備 TSV 通孔，并在 TSV 上方完成大馬士革布線，實(shí)現(xiàn)層間電氣互聯(lián)。
TSV 先通孔工藝可省去倒裝芯片（FC）工藝中的植球、回流焊、底部填充等步驟，流程相對(duì)更高效。該工藝仍需銅導(dǎo)體穿透硅片，實(shí)現(xiàn)上下晶圓大馬士革布線的垂直互連，因此同樣依賴 TSV 核心技術(shù)。
為增強(qiáng)表面結(jié)合力，通常需要增加等離子體活化工序，然后再通過高精度的倒裝熱壓工序，實(shí)現(xiàn)多界面之間的混合鍵合
AMD 3D V-Cache 采用臺(tái)積電SoIC-X芯片對(duì)晶圓（die-to-wafer）混合鍵合方案，上下硅芯片間的鍵合界面為混合鍵合層，位于芯片金屬布線層的頂部。
一、混合鍵合：W2W Vs. D2W
晶圓對(duì)晶圓（W2W）鍵合良率更高，主要得益于對(duì)準(zhǔn)與鍵合步驟分離的工藝設(shè)計(jì)。W2W 設(shè)備配備獨(dú)立對(duì)準(zhǔn)腔室，完成上下晶圓高精度對(duì)準(zhǔn)后，再將其轉(zhuǎn)移至真空鍵合腔室完成初始預(yù)鍵合。同時(shí)，W2W 工藝流程更簡潔、潔凈度更高，在對(duì)準(zhǔn)與鍵合前可對(duì)晶圓進(jìn)行充分清洗，有效去除顆粒污染物，進(jìn)一步提升良率。
但 W2W 無法實(shí)現(xiàn)已知良好芯片（KGD）篩選與配對(duì)，易將缺陷芯片與良好芯片鍵合，造成合格晶圓的浪費(fèi)。
D2W 工藝可采用集合成型（collective）方案：先將 Known Good Die（KGD）精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)，并臨時(shí)鍵合至重構(gòu)載體晶圓；隨后再將該載體晶圓與基底晶圓進(jìn)行正式預(yù)鍵合。
該方式與晶圓對(duì)晶圓（W2W）類似，可實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)與鍵合步驟分離，并支持在最終預(yù)鍵合前引入清洗工藝，有效去除過程中產(chǎn)生的污染物。
其不足之處在于流程步驟增多，且額外的 W2W 鍵合環(huán)節(jié)會(huì)增加對(duì)準(zhǔn)偏差風(fēng)險(xiǎn)。
二、混合鍵合：Co-D2W Vs.DP-D2W
很多人可能不知道，混合鍵合技術(shù)最早其實(shí)是SONY用來造高端攝像頭的。他們把圖像傳感器晶圓和數(shù)據(jù)處理芯片直接 “焊” 在了一起，這就像給傳感器裝了一個(gè)超級(jí)大腦，讓圖像數(shù)據(jù)能并行傳輸，速度快到飛起。
但后來工程師們發(fā)現(xiàn)，這技術(shù)太好用了，于是開始搞升級(jí)。最關(guān)鍵的進(jìn)化就是從W2W（晶圓對(duì)晶圓） 進(jìn)化到了 D2W（裸片對(duì)晶圓）。簡單說，就是能把不同尺寸的芯片，像拼積木一樣，把切割好的小芯片精準(zhǔn)貼到另一個(gè)大晶圓上。
現(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)不只是用來拍照了，它已經(jīng)深入到邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片的 3D 互連中，是未來高性能計(jì)算和存儲(chǔ)集成的核心命脈。
Co-D2W：將切割好Die用臨時(shí)鍵合方式粘到Carrier晶圓上，隨后整片和另一片產(chǎn)品晶圓整片鍵合再解鍵。該技術(shù)類似于W2W，相對(duì)成熟，但一次D2W疊加一次W2W方式容易累計(jì)誤差，Carrier晶圓處理成本高，且對(duì)Die厚度變化范圍有較高要求。
DP-D2W：將切好Die一顆顆放置于另一片產(chǎn)品晶圓對(duì)應(yīng)位置。該路線位置精度將會(huì)提高且對(duì)Die厚度變化容忍度高，但有顆?？刂频葐栴}。
三、臨時(shí)鍵合/解鍵合工藝步驟
1）功能晶圓正面完成前道工藝加工后，在臨時(shí)載板或功能晶圓上通過壓合、粘貼或旋涂等方法制造一層中間層材料作為鍵合黏接劑；
2）翻轉(zhuǎn)功能晶圓，使其正面與臨時(shí)載板對(duì)準(zhǔn)，然后將二者轉(zhuǎn)移至鍵合腔進(jìn)行鍵合；
3）完成臨時(shí)鍵合后，對(duì)功能晶圓進(jìn)行減薄，減薄一般包括機(jī)械研磨、化學(xué)拋光等步驟；
4）完成減薄后，進(jìn)行深硅刻蝕、擴(kuò)散阻擋層及種子層沉積、電鍍、機(jī)械化學(xué)拋光、光刻、刻蝕、金屬化等背面加工，形成再布線層、TSV等結(jié)構(gòu)
5）加工完成后，可以采用不同方式的解鍵合工藝將功能晶圓與臨時(shí)載板分離；
6）對(duì)二者分別進(jìn)行清洗后，將功能晶圓轉(zhuǎn)移到劃片膜或其他支撐系統(tǒng)中，以便進(jìn)行下一步工藝，臨時(shí)載板則可以馬上進(jìn)行再次利用。
當(dāng)前臨時(shí)鍵合與解鍵合設(shè)備整體市場規(guī)模仍相對(duì)有限，行業(yè)規(guī)?；l(fā)展高度依賴下游先進(jìn)封裝廠商實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)技術(shù)突破。在解鍵合設(shè)備領(lǐng)域，國內(nèi)產(chǎn)線應(yīng)用仍以進(jìn)口設(shè)備為主導(dǎo)，核心產(chǎn)品主要包括德國 SUSS 的 XBS3000 臨時(shí)鍵合設(shè)備、LD12 解鍵合設(shè)備，以及奧地利 EVG 的 EVG850 系列鍵合與解鍵合一體化設(shè)備，國際廠商在高端市場占據(jù)明顯優(yōu)勢。
國內(nèi)設(shè)備企業(yè)已在臨時(shí)鍵合與解鍵合領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，多款國產(chǎn)設(shè)備通過頭部封測企業(yè)驗(yàn)證并逐步進(jìn)入量產(chǎn)階段，在精度、工藝兼容性等關(guān)鍵指標(biāo)上持續(xù)追趕國際水平。憑借更高的性價(jià)比、更短的交付周期和本地化服務(wù)優(yōu)勢，國產(chǎn)設(shè)備正加快導(dǎo)入節(jié)奏，在中低端及部分高端場景實(shí)現(xiàn)替代。
長期來看，隨著先進(jìn)封裝、Chiplet、HBM 等需求快速放量，國內(nèi)臨時(shí)鍵合與解鍵合設(shè)備市場空間將持續(xù)擴(kuò)大。盡管在核心零部件、高端工藝穩(wěn)定性上仍存在短板，但在產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與政策支持下，國產(chǎn)設(shè)備有望在未來幾年實(shí)現(xiàn)規(guī)模化突破，進(jìn)一步提升國產(chǎn)化率，推動(dòng)先進(jìn)封裝裝備自主可控。
四、四種解鍵合技術(shù)原理
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