フュージョン/ハイブリッド接合

先端基板製造と3次元実装向けフュージョン/ハイブリッド接合

イントロダクション

フュージョン接合やウェーハ直接接合は、それぞれのウェーハ界面の絶縁膜を介した永久接合を可能にし、各種の先端/複合基板の製造や裏面照射型CMOSイメージセンサーに代表されるレイヤー・トランスファーアプリケーションで使用されます。

フュージョン接合技術をさらに発展させたハイブリッド接合では、各ウェーハ表面に埋め込まれた金属パッド部同士まで一括で接合し、フェイス・トゥ・フェイスでの電気接続を可能にします。ハイブリッド接合が用いられる主なアプリケーションは、高度な3次元デバイス集積などがあります。

フュージョン接合やウェーハ直接接合では、水素結合を利用し、ウェーハ間の絶縁膜、厳密には表面原子の未結合手のブリッジが可能になります。このプレボンディング工程は、常温、または雰囲気下で行われ、その後のアニール工程で、低エネルギーの水素結合が共有結合に変わります。フュージョン接合は、従来、先端/複合基板に用いられていましたが、近年では全面絶縁膜を用いたウェーハ集積に適用されています。常温でのプリボンディングにより、100nm以下の非常に高いアライメント精度を実現し、ウェーハ・トゥ・ウェーハ・フュージョン接合による3次元集積シナリオを可能にします。さらに、銅パッドを絶縁層と並行して処理することで、大気中で絶縁層をプリボンディングし、アニール時に金属拡散接合で電気接続を行うことも可能です。このような特殊な手法はハイブリッド接合と呼ばれています。ハイブリッド接合による主なアプリケーションには、CMOSイメージセンサー、メモリ、および3Dシステムオンチップ（SoC）などがあります。