半导体器件的混合键合技术和芯片清洗剂介绍

关于半导体混合键合技术的综合解析

一、技术定义与原理

混合键合（Hybrid Bonding）是一种结合电介质-电介质键合与金属-金属键合的先进封装技术，通过直接铜对铜连接实现晶圆或芯片间的垂直堆叠，无需传统焊料或凸块。其核心流程包括：

1. 表面处理：通过化学机械平坦化（CMP）确保电介质层（如SiO₂）表面粗糙度≤0.5nm，铜焊盘≤1nm。

1. 等离子激活：增强表面活性以促进键合反应。

2. 对准与键合：采用高精度对准（±50nm以内）实现晶圆或芯片的直接结合。

二、技术优势

1. 高密度互连：互连间距可缩至1微米级别，密度达传统技术的10倍以上，适用于HBM、3D NAND等高带宽场景。

2. 低功耗与高性能：直接铜连接减少电阻和寄生延迟，信号传输效率提升30%以上。

3. 异质集成能力：支持不同材料（如硅与金刚石）和工艺节点的芯片堆叠，优化散热与可靠性。

4. 成本优化：晶圆级键合减少材料浪费，提升良率。

三、关键工艺挑战

1. 洁净度控制：需ISO 3级及以上洁净环境，颗粒污染（如1微米颗粒可导致10mm键合缺陷）是良率的主要威胁。

2. 表面平整度：依赖CMP工艺和等离子体激活技术，对铜凹槽深度控制要求严苛。

3. 对准精度：芯片到晶圆（D2W）键合需实现±50nm对准，设备精度和算法复杂度高。

4. 热管理：键合界面热膨胀系数差异易导致应力失效，需优化退火工艺。

四、应用领域与典型案例

1. 存储器：

• 长江存储将混合键合用于3D NAND闪存，提升层间互连密度。

• SK海力士计划在238层以上NAND及3D DRAM中引入该技术。

2. 逻辑芯片与HBM：

• 台积电SoIC技术用于AMD 3D V-Cache，互连密度达10^7/mm²。

• 英特尔Foveros Direct实现CPU与HBM的3D堆叠。

3. 传感器与光电子：

• 索尼CMOS图像传感器通过混合键合分离像素与信号处理单元，提升成像质量。

• 华为专利将硅与金刚石集成，优化散热与电性能。

五、行业布局与国产化进展

1. 国际巨头：台积电、英特尔、三星主导技术研发，东京电子、应用材料提供CMP和键合设备。

2. 国内突破：

• 拓荆科技开发12英寸D2W键合机，对准精度±50nm。

• 青禾晶元实现C2W混合键合良率提升，量产设备年产值达15亿。

六、未来趋势

1. 工艺自动化：开发高精度芯片拾取与自对准技术，降低人工干预。

2. 异质扩展：向GaN、SiC等宽禁带材料延伸，支持功率器件集成。

3. 成本下探：2025年后有望从高端HBM向消费级芯片渗透，市场规模年增超25%。

芯片清洗剂选择：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用 水基清洗剂产品。