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面向存储芯片的先进封装中铜混合键合技术的最新进展与可靠性挑战.docx
资料介绍
面向存储芯片的先进封装中铜混合键合技术的最新进展与可靠性挑战
——从Cu-Cu直接键合到介电质辅助键合的界面工程
引言
铜混合键合技术是HBM和3D NAND CBA架构中实现高密度垂直互连的核心工艺。在HBM4和HBM5中，混合键合的间距已缩小至1μm以下，互连密度超过10⁶/mm²。铜混合键合在键合界面同时实现Cu-Cu金属键合和SiO₂-SiO₂介电层键合，提供了优异的电学和机械性能。然而，随着键合间距的缩小，键合界面的可靠性挑战日益突出。本文系统分析面向存储芯片的先进封装中铜混合键合技术的最新进展与可靠性挑战。
铜混合键合的基本原理
键合结构
铜混合键合的界面结构：
1. Cu键合垫：在晶圆表面制作Cu键合垫，直径约0.5μm至3μm，高度约0.3μm至1μm。
2. 介电层：在Cu键合垫周围沉积SiO₂介电层，通过CMP使Cu键合垫和SiO₂介电层表面平坦。
3. 键合界面：在键合后，Cu-Cu形成金属键合，SiO₂-SiO₂形成介电层键合，界面无明显的缝隙。
键合工艺
铜混合键合的键合工艺：
1. 表面活化：在键合前，对晶圆表面进行等离子体活化，提高表面能，增强键合强度。
2. 对准与预键合：在室温下将两片晶圆对准，通过范德华力实现预键合。
3. 退火：在250°C至400°C下退火，Cu-Cu在高温下扩散形成金属键合，SiO₂-SiO₂形成介电层键合。
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