混合键合
Hybrid Bonding也称 Cu介质混合键合、铜氧化物混合键合、hybrid direct bonding
在同一连接界面协同形成介质连接与金属电接触的垂直互连方法。
速览
约 1 分钟混合键合把介质区和金属接触区放到同一界面。典型流程可先预键合介质、后退火形成金属连接；整片对整片、集体裸片转移和逐颗直接放置是不同装配组织。
系统理解
约 2 分钟介质区域帮助形成机械连接，金属焊盘承担跨层电连接，两类界面要协同满足平整、洁净和对准条件。W2W由整片网格整体对应，D2W则可选择并安排不同裸片；集体D2W先重构载片再整体转移，直接放置D2W逐颗送到最终晶圆。保护层与临时载片是准备工具，不是最终混合接触层。评价既要考虑平面内重叠，也要量测高度和键合后的连接结果。
先掌握晶圆直接键合，再分清介质与金属双界面及W2W/D2W；与既有先进封装和TSV节点互相衔接。
关键参数
| 参数 | 单位 | 含义 |
|---|---|---|
| 界面接触设计 | — | 描述金属接触区与介质区的位置及功能 |
| 平面内对准误差 | m | 决定相对接触区的几何重叠余量 |
| 高度与平面度 | m | 描述垂直几何及局部接触姿态 |
| 后键合量测 | — | 与前置位置量测互补，检查实际连接结果 |
常见误区
- 混合键合就是把焊料与胶混在一起。
- 两种材料必须在同一瞬间完成同一种成键过程。
- 使用临时载片胶意味着最终电连接依靠胶层。
- 几何重叠比例就是电气良率。
工程深入
13 条结论 · 1 道例题双材料连接界面
两类界面功能协同不要求所有原子同时成键
典型介质预键合流程先使活化后的介质表面贴合，后续热处理再促成金属电连接。教材所谓同时完成两类键合描述的是复合界面方案，不宜理解为两种材料必须在同一时刻以同一机制完成连接。2
成立条件 针对所述介质预键合和金属扩散连接路线。；其他工艺方案的具体顺序需单独说明。
晶圆与裸片级方案
集体D2W先重构载片再进行整体转移
集体裸片对晶圆键合先把已分离裸片按目标位置放到载片上，再通过整体对准和键合把多颗裸片转到目标晶圆，最后移除载片。它把逐颗放置和整体键合分为不同阶段。3
成立条件 对应白皮书图1的Co-D2W流程。；不是所有D2W方案都必须使用同一种集体转移载片。
临时载片胶不等于最终混合连接层
集体转移中的临时材料用于固定裸片并在转移后解除；最终混合键合发生在器件的目标连接面。不能因为流程使用临时胶，就把它描述为依靠胶层实现最终金属导通。3
成立条件 区分载片支撑面与最终器件键合面。；临时材料要与清洗、活化、热处理及解除方式相容。
表面保护与布片流程
分割保护层必须在最终连接前可完整去除
裸片分割和搬运时可用保护层保护朝上的连接面，但该保护不能残留为最终直接接触的污染层。选择保护材料时，要把分割兼容与后续可去除性同时考虑。3
成立条件 对应白皮书所述有保护层的裸片准备路线。；本条不规定通用胶种或溶剂配方。
最终接触双方都需要准备合格的表面
在所述集体D2W路线中，载片上的裸片连接面与目标晶圆均接受表面准备，然后才翻转载片、对准和连接。只处理一侧表面并不能代表一对合格的直接接触界面。3
成立条件 对应白皮书中等离子体活化与清洗配合的路线。；活化顺序和存放窗口需由实际材料工艺验证。
逐颗直接放置与集体转移不是同一装配节拍
直接放置D2W在裸片清洗和活化后，逐颗把裸片放到最终目标晶圆；集体路线则先在载片上形成阵列再整体转移。两者可共享部分准备技术，但布片、转移和设备节拍的组织不同。3
成立条件 对应白皮书图1与图4的两类示例。；不把文献中的研发成熟度或设备纪录当成当前行业通用能力。
量测、重叠与边界
裸片高度和平面度属于布片计量的独立量
布片精度、裸片高度差和平面度描述不同几何误差。对准坐标合格不意味着各裸片连接面具有合适的高度与接触姿态，应把这些量分别纳入过程量测。3
成立条件 区分平面内坐标与垂直方向几何。；具体限值依接触设计与材料工艺规定。
方形接触区重叠模型把对准误差变成几何余量
在两块等大方形接触区平行、仅有平移误差的理想模型中，实际几何重叠面积由两个方向剩余重叠长度相乘得到。它用于解释对准余量，不是接触电阻、键合强度或实际良率公式。3
- Aov
- 两方形接触区的理想几何重叠面积，单位 m²
- a
- 每个方形接触区边长，单位 m
- Δx、Δy
- 两个平面方向的相对平移误差，单位 m
- ηov
- 相对于单块方形面积的重叠比例，单位 1
成立条件 两方形边长a，旋转、变形、圆角和表面粗糙忽略。；本式由矩形几何重叠推导；来源仅支持对准与接触设计的重要性，不声称文献给出本公式。；若任一方向位移不小于a，该模型的几何重叠面积为0。
例题：动手算一次教学假设，可复算
教学假设：两方形接触区边长1.00 μm，平移误差分别为0.100 μm和0.200 μm，估算理想几何重叠面积及比例。
已知
- a=1.00×10⁻⁶ m；|Δx|=1.00×10⁻⁷ m；|Δy|=2.00×10⁻⁷ m。
- 无旋转、圆角、变形和表面缺陷，数值不代表工艺规格。
步骤
- lx = 1.00×10⁻⁶−1.00×10⁻⁷ = 9.00×10⁻⁷ m；ly = 8.00×10⁻⁷ m，分别求两个方向的剩余重叠长度。
- Aov = (9.00×10⁻⁷)(8.00×10⁻⁷) = 7.20×10⁻¹³ m² = 0.720 μm²，1 μm²=10⁻¹² m²。
- ηov = 7.20×10⁻¹³/(1.00×10⁻⁶)² = 0.720 = 72.0%，除以单块接触区面积，得到无量纲比例。
两个方向的偏移会共同减少几何接触余量。
不能外推到 不能将72.0%直接解释成导通率、可靠性或量产良率。
出处
3 份资料 · 18 处引用- 1
集成电路三维系统集成与封装工艺
- §6.5.6；；PDF pp.198，第 154 页 支持：混合键合把介质与金属连接放在同一界面
- §6.5.6、§6.6；；PDF pp.198–199，第 154–155 页 支持：铜接触与周围介质必须分别满足功能要求
- §6.5.1、§6.5.6；；PDF pp.191、198，第 147、154 页 支持：W2W与D2W的选择受裸片版图匹配约束
- §6.6；；PDF pp.198–199，第 154–155 页 支持：键合前后计量反馈连接准备与装配两端；局部跨界面晶粒观察只是键合证据的一部分
- 2
Hybrid and Fusion Bonding
- Introduction，第1–4段；网页无固定页码，核对2026-10-21 支持：混合键合把介质与金属连接放在同一界面；两类界面功能协同不要求所有原子同时成键；铜接触与周围介质必须分别满足功能要求
- 3
Die-to-Wafer Bonding Steps into the Spotlight on a Heterogeneous Integration Stage
- Chiplets and Hybrid Bonding；PDF p.1 /，第 1 页 支持：W2W与D2W的选择受裸片版图匹配约束
- Collective Die-to-Wafer Bonding、图1；PDF p.2 /，第 2 页 支持：集体D2W先重构载片再进行整体转移
- 载片准备与分离段落、图1；PDF p.2 /，第 2 页 支持：临时载片胶不等于最终混合连接层
- 分割前保护与清洗段落；PDF p.2 /，第 2 页 支持：分割保护层必须在最终连接前可完整去除
- 图1及键合准备末段；PDF p.2 /，第 2 页 支持：最终接触双方都需要准备合格的表面
- Direct Placement Die-to-Wafer Bonding、图4；PDF p.3 /，第 3 页 支持：逐颗直接放置与集体转移不是同一装配节拍
- 载片准备计量段落；PDF p.2 /，第 2 页 支持：裸片高度和平面度属于布片计量的独立量
- Direct Placement末段；PDF p.3 /，第 3 页 支持：键合前后计量反馈连接准备与装配两端
- Chiplets and Hybrid Bonding；由矩形重叠几何推导；PDF p.1 /，第 1 页 支持：方形接触区重叠模型把对准误差变成几何余量
- 图3及上方观察说明；PDF p.3 /，第 3 页 支持：局部跨界面晶粒观察只是键合证据的一部分