ECTC 2026 | ASE | Characterization of Bonding Behavior and Void Formation in Chip-on-Wafer Hybrid Bonding

6月29日
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CoW（Chip-on-Wafer）混合鍵合的致命傷是「介面氣泡（interfacial void）」——氣泡卡在互連介面會造成電性開路、直接砸掉功能良率。日月光（ASE）在 ECTC 2026 給出一個低成本、純機構的解法：調整「初始鍵合波前角度（Bonding-Front angle）」。當鍵合波從晶片中心往邊緣有序推進，氣體就能順利被赶出去；反之多點/亂序接觸就會把空氣封在中央。實測四種角度 A<B<C<D：角度 A（基準）氣泡卡在晶片中央，角度加大時氣泡往邊緣遷移，角度 D 完全無氣泡。在 8×12×0.05mm TEOS 氧化物晶片上，良率從 2.8% 暴衝到 99%。這招對薄晶片極穩：0.03mm 超薄晶片翹曲達 102.4µm（0.05mm 為 41.3µm、0.10mm 為 14.7µm），角度 D 三種厚度都做到零氣泡。再推到圖案化晶圓（間距細到 6µm）與 SiCN、organic-on-TEOS 異質介面，CSAM 良率一律 95–99%，FIB 剖面顯示無分層/微氣泡。一句話：CoW 混合鍵合的良率，先卡在「鍵合波前角度」這個機構旋鈕——把它調對，process window 大幅放寬。

1. 論文背景：CoW 混合鍵合的良率瓶頸是介面氣泡

這篇來自日月光（ASE），發表於 2026 IEEE 第 76 屆 ECTC。CoW 混合鍵合同時做介電/金屬接合、電性佳，是 HPC 用超高密度 3D-IC 的主流架構之一。但介面氣泡是關鍵瓶頸——卡在互連介面會造成電性開路、砸掉功能良率。表面用電漿活化提升親水性與鍵合能是必要的，但初始接觸的物理邊界條件同樣決定成敗：鍵合波必須有序、連續推進才能把氣體赶出；任何亂序/多點接觸都會把空氣封住變成持久氣泡。

封裝整合與 3D 堆疊脈絡見 CPO 的勝負不在光，而在封裝——John Lau 講透 PIC/EIC 異質整合；為什麼往細間距/異質整合走見 CPO 三階段演化：從 scale-out 到 scale-up。

Table I：四種鍵合波前角度 A→D 的 CSAM——角度 A 氣泡在中央，角度加大氣泡往邊緣遷移，角度 D 完全無氣泡｜圖片來源：ASE, ECTC 2026 - Table I

2. 核心問題

CoW 混合鍵合的介面氣泡怎麼用低成本方式消除、能不能跨晶片尺寸/厚度/間距/材料通用。答案是：把初始鍵合波前角度調到 D，讓波從中心往邊緣有序推進、把氣體赶出——8×12×0.05mm 良率 2.8%→99%，並在 102.4µm 翹曲超薄晶片、6µm 間距、organic 介面上一律 95–99%。

3. 關鍵圖表逐一解析

3.1 晶片備製：電漿切割保面（Fig. 1）

上晶片用電漿切割：旋塗水溶性保護層（PL）防雷射碎屑/電漿轟擊污染→雷射開槽（LG）定義切割道並移除 PL 與介電露出矽→Bosch 製程高深寬比電漿乾蝕完成單體化→DI 水沖掉 PL 得到無殘留潔淨面。邊緣無 re-cast 層與顆粒污染，避免干擾鍵合波。鍵合機台用 Shibaura TFC-6500（對位 1µm 3σ），靠機構控制鍵合頭朝向/運動來調初始接觸角度。

3.2 鍵合波前角度：氣泡從中央遷移到邊緣再消失（Table I、Fig. 2）

四種角度 A（基準，不調）<B<C<D。角度 A 氣泡卡在靠晶片中央；角度從 B 加到 C，氣泡明顯往邊緣遷移；角度 D 完全無氣泡——較陡的接觸角讓鍵合波前更有效導出氣體。在 8×12×0.05mm TEOS 晶片上，角度 A 因高密度氣泡良率僅 2.8%，角度 D 良率 99%。

3.3 跨厚度/間距/材料的穩健性（Table II/III、Fig. 3/4）

厚度↔翹曲：0.03mm=102.4µm、0.05mm=41.3µm、0.10mm=14.7µm（越薄翹曲越大）；角度 D 三種厚度都零氣泡，證明對超薄晶片有效、放寬 process window。圖案化晶圓：四種 TV，間距從 15µm 細到 6µm，CSAM 良率 96%/99%/95%/99%，FIB 剖面無分層/微氣泡。異質材料：organic-on-TEOS（8×12×0.10mm）良率 99%——參數從無機介電可遷移到有機介面。

【圖片】要哪一張：Characterization of Bonding Behavior..., Table III｜圖片說明：Table III：圖案化 TV 規格與良率——間距 15→6µm，CSAM 良率 95–99%｜圖片來源：ASE, ECTC 2026 - Table III

4. 技術亮點

一、低成本純機構解法把 CoW 良率從 2.8% 拉到 99%：不靠新材料或新化學，只調初始鍵合波前角度（A→D），讓波從中心往邊緣有序推進、把氣體赶出——氣泡先從中央往邊緣遷移、最後消失。

二、證明跨尺寸/厚度/間距/材料通用：對 0.03mm（翹曲 102.4µm）超薄晶片、6µm 細間距圖案化、SiCN 與 organic-on-TEOS 異質介面一律 95–99%，FIB 剖面無分層/微氣泡——大幅放寬 process window。

5. 產業連結

距離：成熟度偏「製程參數實驗驗證」——做了多尺寸/多厚度/圖案化/異質材料 TV，用 CSAM 與 FIB 驗證。鍵合波前角度是現成機台就能調的機構旋鈕，落地門檻低，距量產近。受益者：做 CoW HB 的 OSAT（本案 ASE）與其客戶，以及電漿切割、鍵合機台供應鏈。冷靜看：本研究以良率（CSAM 無氣泡比例）為主、未深入電性/可靠度長期數據；最佳角度需依晶片尺寸/翹曲再校。它補的是「CoW 混合鍵合的中央氣泡，怎麼用初始接觸角度這個低成本旋鈕消掉」。

6. 總結

CoW 混合鍵合的良率先卡在「初始鍵合波前角度」——ASE 把角度調到 D，讓波從中心往邊緣有序推進，8×12×0.05mm 良率從 2.8% 暴衝到 99%，並在 102.4µm 翹曲超薄晶片、6µm 間距、organic 介面上一律 95–99%。觀察點：這是低成本、純機構、可跨材料/尺寸通用的解法，大幅放寬高密度 3D 整合的 process window。

參考資料

Zhao-Ze Jiang, Chih-Jing Hsu, Chen-Hung Lee, Che-Ming Hsu, Jen-Chieh Kao, Yung-I Yeh, Alexis Angelo Garcia, Po Hsiang Wang, "Characterization of Bonding Behavior and Void Formation in Chip-on-Wafer Hybrid Bonding," 2026 IEEE 76th ECTC. Advanced Semiconductor Engineering (ASE) Group.