如今我們的生活中充滿了各種智能化設(shè)備，從智能手機(jī)到智能家居，再到可穿戴設(shè)備，它們已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡囊徊糠帧．?dāng)我們沉浸在這些設(shè)備帶來的便利時(shí)，是否曾想過，是什么技術(shù)支撐了這些設(shè)備的核心功能？在眾多關(guān)鍵技術(shù)中，晶圓鍵合技術(shù)雖然不像光刻技術(shù)那樣廣為人知，但它卻默默地在我們的手機(jī)圖像傳感器、重力加速傳感器、麥克風(fēng)、4G和5G射頻前端，以及部分NAND閃存中發(fā)揮著重要作用。那么，這一技術(shù)中的新興領(lǐng)域——混合鍵合究竟是什么呢？

一、晶圓鍵合技術(shù)是什么？

晶圓鍵合（wafer bonding），這一術(shù)語或許對許多人來說并不熟悉，但它卻是半導(dǎo)體制造中不可或缺的一環(huán)。與傳統(tǒng)的引線鍵合（wire bonding）和貼片鍵合（die bonding）不同，晶圓鍵合是在晶圓級別上實(shí)現(xiàn)不同材料或結(jié)構(gòu)的連接。在日語中，“bonding”被翻譯為“接合”，這一翻譯更直觀地描繪了這一工藝的本質(zhì)——將兩個(gè)或多個(gè)晶圓通過特定的工藝過程緊密結(jié)合在一起。

二、兩大類晶圓鍵合技術(shù)

永久鍵合

永久鍵合意味著一旦兩個(gè)晶圓被結(jié)合在一起，它們將永久性地保持連接狀態(tài)，無需再解鍵合（debonding）。

臨時(shí)鍵合

臨時(shí)鍵合則需要在后續(xù)工藝中重新打開已經(jīng)接合在一起的晶圓。從界面材料的角度來看，晶圓鍵合又可以分為帶中間層的膠鍵合、共晶鍵合、金屬熱壓鍵、無中間層的熔融鍵合（fusion bonding）和陽極鍵合等多種類型。

三、混合鍵合——技術(shù)的革新與突破

在晶圓鍵合的眾多類型中，混合鍵合以其獨(dú)特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景而備受矚目。混合鍵合是一種結(jié)合了多種鍵合技術(shù)的先進(jìn)工藝，它能夠在不同材料之間實(shí)現(xiàn)高精度、高強(qiáng)度的連接。長江存儲的Xtacking技術(shù)就是混合鍵合技術(shù)的典型應(yīng)用之一。

通過混合鍵合技術(shù)，Memory晶圓和CMOS晶圓可以在后道制程中構(gòu)建觸點(diǎn)，并通過這些觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)垂直方向的互聯(lián)。這種互聯(lián)方式不僅簡化了傳統(tǒng)工藝中的引線連接和TSV（Through Silicon Via，硅通孔）穿透，還大大提高了互聯(lián)的效率和可靠性。

四、混合鍵合的優(yōu)勢

更短的互聯(lián)距

混合鍵合技術(shù)通過直接連接Memory晶圓和CMOS晶圓的后道銅觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了更短的互聯(lián)距離。這不僅避免了傳統(tǒng)工藝中使用引線互相聯(lián)通的繁瑣過程，還無需用TSV穿過整個(gè)CMOS層。這種短距離互聯(lián)不僅減少了信號傳輸?shù)难舆t和損耗，還提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

更高的互聯(lián)密度

混合鍵合工藝中的銅觸點(diǎn)面積非常小，相比直徑百微米的錫球和TSV，銅觸點(diǎn)的pitch size（觸點(diǎn)間距）甚至都不足10微米。這意味著在相同的面積內(nèi)，可以布置更多的觸點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更高的互聯(lián)密度。這種高密度互聯(lián)對于提高芯片的集成度和性能至關(guān)重要。

更低的成本

傳統(tǒng)的互聯(lián)方式往往需要對每顆DIE進(jìn)行單獨(dú)的互聯(lián)操作，這不僅耗時(shí)費(fèi)力，還限制了生產(chǎn)效率。而混合鍵合技術(shù)通過晶圓級別的鍵合，實(shí)現(xiàn)了大面積高密度的互聯(lián)，從而大大提高了生產(chǎn)效率。這種效率的提升不僅降低了生產(chǎn)成本，還加快了新產(chǎn)品的上市速度。

五、混合鍵合的未來應(yīng)用

混合鍵合技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，不僅推動(dòng)了半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，還為未來的應(yīng)用提供了無限可能。在智能手機(jī)、智能家居、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，混合鍵合技術(shù)可以助力實(shí)現(xiàn)更加高效、可靠的芯片互聯(lián)，從而提升設(shè)備的性能和用戶體驗(yàn)。

在存儲領(lǐng)域，混合鍵合技術(shù)可以應(yīng)用于3D NAND閃存的制造中，通過垂直堆疊的方式實(shí)現(xiàn)更高的存儲容量和更快的讀寫速度。在傳感器領(lǐng)域，混合鍵合技術(shù)可以助力實(shí)現(xiàn)更加敏感、精確的傳感器芯片，從而推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的發(fā)展。

此外，混合鍵合技術(shù)還可以應(yīng)用于高性能計(jì)算、人工智能等領(lǐng)域，通過優(yōu)化芯片間的互聯(lián)方式，提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算效率和性能。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，混合鍵合技術(shù)將成為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。

盡管混合鍵合技術(shù)具有諸多優(yōu)勢和應(yīng)用前景，但其發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，混合鍵合過程中需要精確控制各種工藝參數(shù)，以確保鍵合的質(zhì)量和可靠性。此外，混合鍵合技術(shù)還需要與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝相兼容，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。為了克服這些挑戰(zhàn)，業(yè)界正在不斷探索和創(chuàng)新。研究人員正在開發(fā)更加先進(jìn)的混合鍵合工藝和技術(shù)，以提高鍵合的精度和可靠性、另外，制造商正在優(yōu)化現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝和設(shè)備，以適應(yīng)混合鍵合技術(shù)的需求。