把两片晶圆面对面贴在一起，让它们的电路连起来，这是三维封装和图像传感器的核心工序。难点不在于贴上去，而在于对准精度要达到亚微米级，中间不能有一个气泡，贴完之后还要能承受后续工艺的高温。

一、键合是为了什么

键合把两片分别做好的晶圆面对面贴合，再用硅通孔连通上下层，信号更短、带宽更高、功耗更低

芯片越做越复杂，平面微缩越来越难，把多片晶圆堆叠起来成为另一条路。键合可以把存储和逻辑分开制造再叠在一起，也可以把图像传感器的感光面和电路面分别优化。 堆叠后通过硅通孔把上下层连起来，信号路径更短、带宽更高、功耗更低。这类工艺在先进封装里占比越来越大。键合前的表面处理决定了界面能不能真正贴合， 颗粒、有机残留和自然氧化层都会阻碍原子间接触，所以清洗和等离子体活化是必备工序，哪怕只有一颗微米级颗粒也会撑出空洞。

二、对准精度

对准靠红外光透过硅片看上下层标记，偏差由压电致动器补偿，亚微米之下还算贴合瞬间的微位移

两片晶圆上的图形必须精确对齐，误差要控制在亚微米甚至更小。对准系统用红外或可见光透过硅片观察上下层的对准标记，计算出偏差后由精密平台补偿。 平台要有纳米级的分辨率和极高的重复定位精度，还要克服两片晶圆贴合时产生的微小位移。对准一旦超差，整对晶圆就报废。

三、键合方式

常见方式有直接键合、阳极键合和胶粘键合。直接键合把两片经过高度抛光的晶圆在室温下贴合，靠范德华力初步粘住，再高温退火让界面形成化学键；阳极键合则加电压，让玻璃中的离子迁移形成牢固结合。 金属键合用铜或金做中间层，兼顾电气连接，是三维堆叠的主流方向。对准标记要在两片晶圆上同时可见，通常设计成特殊的套刻图形，透过硅片用红外光观察，硅片越厚、掺杂越重，成像就越困难。 所以对准系统要针对工艺定制。

四、气泡与空洞

界面气泡和空洞是应力集中点，热循环里会扩成裂纹，所以要清洗、等离子活化并在真空下贴合

键合界面最怕气泡和空洞，它们会成为应力集中点，在后续热循环中扩展成裂纹。气泡来源包括表面颗粒、吸附气体和晶圆翘曲导致的局部未接触，所以键合前要严格清洗并做等离子体活化。 键合在真空环境下进行，可以减少残留气体。键合后还要用超声扫描检查界面，确认没有超标空洞。铜键合需要同时在温度和压力下进行，铜原子扩散形成金属键，但铜表面容易氧化，所以键合前要做还原处理或加保护层。 氧化层会直接阻断扩散。

五、薄片与临时键合

堆叠要求上层减薄到几十微米，得先用临时胶粘在载片上撑住，做完背面工艺再激光或溶剂解键合

堆叠要求上层晶圆很薄，通常要减薄到几十微米，这时候必须先用临时键合把它粘在载片上。临时键合胶要能承受后续工艺的温度和化学环境，完成后再用激光或溶剂解键合，把载片取下来。 解键合时不能有残胶，也不能损伤薄片。这套临时键合与解键合工艺，是三维封装里最容易出问题的环节之一。键合后的界面强度要靠拉力测试和剪切测试评估，破坏位置如果在界面，说明键合强度不足，需要调整工艺参数。 这类测试通常是破坏性的，只能抽检。

键合机的精度体现在一个地方：两片晶圆之间，连一个分子的空隙都不该有。