三星：16层以上HBM芯片需采用混合键合技术

三星在最近的一篇论文中分享，认为制造16层以上的HBM（高带宽存储）芯片需要采用混合键合（Hybrid Bonding）技术。

今年5月，在科罗拉多州举行的2024 IEEE第74届电子元件和技术会议上，三星公司发表了一篇论文，题为《用于HBM堆叠的D2W（芯片到晶圆）铜键合技术研究》。三星表示，对于HBM，16层及以上的堆叠混合键合技术是必不可少的。

混合键合是下一代封装技术之一，当芯片通过硅通孔（TSV）或微观铜线垂直堆叠时，堆叠之间没有凸块，它们是直接堆叠的。因此，混合键合也称为直接键合。

与目前使用的热压（TC）键合相比，混合键合可以在较低的高度键合更多的芯片堆叠，同时散热效率也会提高。

三星公司在论文中表示，较低的高度是应用混合键合的主要原因。为了将17层芯片（一个基础芯片和16个核心芯片或堆叠）封装在775微米的尺寸中，必须缩小芯片之间的间隙。

三星在其12层HBM中一直使用TC非导电薄膜（TC-NCF）堆叠芯片。

除了应用混合键合之外，解决该问题的其他方法是使核心芯片尽可能薄或减小凸块间距。

然而，除了混合键合之外的两种方法被认为已经达到极限。知情人士表示，很难将核心芯片做得比30微米更薄。三星在其论文中还指出，由于凸块的体积，使用凸块连接芯片存在局限性。三星还指出，凸块短路问题使得减小间距变得困难。

三星还分享了如何使用混合键合制造HBM的计划。逻辑晶圆经过化学机械抛光（CMP）和等离子工艺，接着晶圆经过去离子水冲洗，然后堆叠芯片；核心芯片在CMP之后经过芯片分离工艺，此后的工艺步骤与逻辑晶圆相同。进行等离子工艺和冲洗以激活表面。这会在表面形成氢氧化物，将颗粒粘合在一起。经过退火工艺后，铜也会粘合在一起。

三星今年4月使用子公司Semes的混合键合设备制造16层HBM样品。三星表示，该芯片运行正常。除了Semes，BESI和韩华精密机械也在开发混合键合设备。

三星表示，计划在2025年制造HBM4样品，其中大部分为16层堆叠，并将在2026年量产。（校对/刘昕炜）