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面向存储芯片的先进工艺中晶圆键合技术从直接键合到混合键合的演进
资料介绍
面向存储芯片的先进工艺中晶圆键合技术从直接键合到混合键合的演进
——从SiO2熔融键合到Cu-Cu混合键合的晶圆级集成
引言
晶圆键合技术是存储芯片实现3D堆叠和晶圆级集成的关键工艺。在HBM和3D NAND中，晶圆键合用于将存储阵列晶圆与CMOS外围电路晶圆集成，实现高密度的垂直互连。从传统的SiO₂熔融键合到Cu-Cu混合键合，晶圆键合技术经历了从绝缘体键合到导体-绝缘体同时键合的演进。混合键合（Hybrid Bonding）通过在键合界面同时实现Cu-Cu金属键合和SiO₂-SiO₂介电层键合，实现了超高密度的垂直互连，成为HBM4和3D NAND CBA架构的核心技术。本文系统分析面向存储芯片的先进工艺中晶圆键合技术，从直接键合到混合键合的演进路径。
晶圆键合的基本原理
键合工艺步骤
晶圆键合的基本工艺步骤：
1. 表面准备：对晶圆表面进行清洗和活化，去除颗粒和有机污染物，提高表面能。
2. 对准：将两片晶圆在光刻机中对准，对准精度需优于键合结构的尺寸。
3. 预键合：在室温下将两片晶圆接触，通过范德华力实现预键合。
4. 退火：在高温下退火，增强键合强度，形成永久的键合界面。
键合能量
键合能量是衡量键合质量的关键指标：
1. 键合能定义：键合能是分离单位面积键合界面所需的能量，单位J/m²。
2. 键合能要求：在晶圆键合中，键合能需大于1J/m²，确保键合强度满足后续工艺要求。
3. 键合能测量：通过双悬臂梁法或裂纹扩展法测量键合能。
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