半导体晶圆键合力控制技术的研究进展与挑战*

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2026.0039

电子与封装 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (4): 040204 . doi: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2026.0039

半导体晶圆键合力控制技术的研究进展与挑战^*

张慧¹，郑志伟²，张辉³，王成君^3,4

1. 南京林业大学机械电子工程学院，南京 210037；2. 南京汇智工业设计有限公司，南京 211153；3. 东南大学机械工程学院，南京 211189；4. 中国电子科技集团公司第二研究所，太原 030024

收稿日期:2025-10-09 出版日期:2026-04-28 发布日期:2025-12-05
作者简介:张慧（1987—），女，河南商丘人，博士，讲师，现从事机器人工程研究工作。

Research Progress and Challenges of the Force Control Technology in Semiconductor Wafer Bonding

ZHANG Hui¹, ZHENG Zhiwei², ZHANG Hui³, WANG Chengjun^3,4

1. School of MechatronicEngineering, Nanjing ForestryUniversity, Nanjing 210037, China; 2. NanjingHuizhi Industrial Design Co.,Ltd., Nanjing 211153, China; 3. School ofMechanical Engineering,Southeast University, Nanjing 211189, China; 4.China Electronics Technology Group Corporation No.2 Research Institute, Taiyuan 030024, China

Received:2025-10-09 Online:2026-04-28 Published:2025-12-05

摘要/Abstract

摘要： 综述了半导体晶圆键合力控制技术的研究现状与发展趋势。介绍了晶圆键合的基本原理和分类，分析了键合力在晶圆键合过程中的关键作用。详细阐述了影响键合力的主要因素，包括表面形貌、清洁度、化学处理、温度与压力参数等。重点探讨了直接键合、阳极键合、黏合剂键合等典型键合技术的力学控制方法，并介绍了界面表征与键合力测量的关键技术。进一步分析了晶圆键合力控制面临的挑战，提出了未来的发展方向，为半导体制造领域的键合工艺优化提供参考。

关键词: 半导体制造, 晶圆键合, 键合力控制, 工艺优化

Abstract: The research status and development trend of the force control technology in semiconductor wafer bonding are reviewed. The basic principles and classification of wafer bonding are introduced, and the key role of bonding force in the wafer bonding process is analyzed. The main factors influencing the bonding force are elaborated in detail, including the parameters of surface morphology, cleanliness, chemical treatment, temperature, and pressure. The mechanical control methods for typical bonding techniques are mainly discussed, such as direct bonding, anodic bonding, and adhesive bonding. The key technologies of interface characterization and bonding force measurement are also presented. The force control challenges of wafer bonding are further analyzed, and the development directions are proposed, thereby providing a reference for the optimization of bonding processes in the semiconductor manufacturing field.

Key words: semiconductor manufacturing, wafer bonding, bonding force control, process optimization

中图分类号:

TN305.94

张慧，郑志伟，张辉，王成君. 半导体晶圆键合力控制技术的研究进展与挑战^*[J]. 电子与封装, 2026, 26(4): 040204 .

ZHANG Hui, ZHENG Zhiwei, ZHANG Hui, WANG Chengjun. Research Progress and Challenges of the Force Control Technology in Semiconductor Wafer Bonding[J]. Electronics & Packaging, 2026, 26(4): 040204 .

参考文献

[1] 王成君, 杨晓东, 张辉, 等. 薄界面异质异构晶圆键合技术研究现状及趋势[J]. 材料导报, 2024, 38(24): 40-53.
[2] MCFADDEN A P, GOSWAMI A, SEAS M, et al. Epitaxial Al/GaAs/Al tri-layers fabricated using a novel wafer-bonding technique[J]. Journal of Applied Physics, 2020, 128(11): 115301.
[3] 孙韵韵, 姜嘉豪. 一种确定晶圆键合过程中最佳键合力的理论方法: CN114840800B[P]. 2024-07-16.
[4] 李安华, 李文浩, 郭静枫. 晶圆键合加压精度控制技术[J]. 电子工艺技术, 2025, 46(2): 42-44.
[5] 段晋胜, 李安华, 王成君, 等. 加压装置在晶圆键合系统中的应用[J]. 电子工艺技术, 2024, 45(5): 52-54.
[6] 彭侃, 张伟光. 一种晶圆键合力的检测方法: CN108109932B[P]. 2020-08-25.
[7] 陈艳明, 李闯, 刘佳, 等. 晶圆键合力的测试方法: CN112701058B[P]. 2022-09-02.
[8] 胡智峰, 高文琳, 母凤文, 等. 晶圆键合力测试装置及测试方法: CN117433669B[P]. 2024-03-19.
[9] 张耀庚, 王宣欢, 常芮嘉, 等. 一种用于图像传感器制作的晶圆键合力测试方法: CN119542168A[P]. 2025-02-28.
[10] 刘艳, 苏亚慧, 丁一, 等. MEMS晶圆PCM应力表征结构设计与试验验证[J]. 飞控与探测, 2023, 6(5): 86-91.
[11] GHAEMI M, JAFARY-ZADEH M. Effect of annealing-induced tensions on the mechanical failure of copper/copper interface in wafer-to-wafer hybrid bonding[J]. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 2021, 10(2): 024008.
[12] 严孟, 王家文, 胡思平. 晶圆键合力测量装置、解键合装置以及键合晶圆检测装置: CN109887855B[P]. 2022-06-21.
[13] PERSSON B N J, MATE C M. Role of humidity and surface roughness on direct wafer bonding[J]. The European Physical Journal B, 2024, 97(4): 46.
[14] HIRATSUKA T, HIRANO T, KOTOO K, et al. Method to evaluate the adhesion distribution on wafers[C]// 2024 IEEE 74th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Denver, CO, USA, 2024: 1623-1627.
[15] 刘艳南. 基于真空紫外光表面活化的硅基晶圆低温直接键合研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017.
[16] YAO M J, ZHAO N, WANG T, et al. Optimization and characterization of low-temperature wafer-level hybrid bonding using photopatternable dry film adhesive and symmetric micro Cu pillar solder bumps[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 2018, 8(10): 1855-1862.
[17] 姚明军. 基于混合键合和后硅通孔的晶圆级三维芯片堆叠技术研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2019.
[18] 张栋鹏, 蔡安江, 周嘉玮, 等. 表面有微结构的硅片键合技术[J]. 传感器与微系统, 2019, 38(6): 56-58.
[19] 王成君, 张彩云, 张辉, 等. Chiplet晶圆混合键合技术研究现状与发展趋势[J]. 电子工艺技术, 2024, 45(4): 6-11.
[20] CHEW S A, IACOVO S, FORDOR F, et al. 700 nm pitch Cu/SiCN wafer-to-wafer hybrid bonding[C]// 2022 IEEE 24th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), Singapore, 2023: 334-337.
[21] SHIN D, MOON B, LEE Y, et al. A new evaluation method of bonding strength using atomic force microscopy[C]// 2023 IEEE 25th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), Singapore, 2024: 350-353.
[22] 韦杰, 张文琪, 温岩, 等. 伺服电缸加压系统的压力控制方法[J]. 电子工业专用设备, 2022, 51(4): 62-64.
[23] 张慧, 周字涛, 鲁统伟, 等. 半导体晶圆键合加压精确控制方法[J]. 电子工艺技术, 2024, 45(6): 46-49.
[24] 周利杰, 郝瑞林, 蔡国庆, 等. 超声波键合压力自适应平衡装置设计与实验研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(16): 2009-2015.
[25] MONTMéAT P, LE COCQ M, ENOT T, et al. Impact of the temperature process on the morphology of 3D temporary bonded wafers: Quantification and reducing of the effect[J]. Materials Science in Semiconductor Processing, 2021, 136: 106156.
[26] 李丙旺, 徐春叶, 欧阳径桥. 芯片叠层封装工艺技术研究[J]. 电子与封装, 2012, 12(1): 7-10.
[27] 曹峰哲, 杨道国. 超薄存储芯片三维堆叠封装服役可靠性研究[J]. 桂林电子科技大学学报, 2024, 44(5): 519-524.
[28] 施晓亭. 硅基异质集成Ⅲ-Ⅴ芯片中铟柱成型与倒装键合工艺研究[D]. 南京: 东南大学, 2022.
[29] 杨沾. 基于硅纳米线的柔性太阳能电池制备与性能研究[D]. 上海: 上海师范大学, 2023.
[30] 吴硕, 徐康, 洪孟, 等. 晶圆直接键合预处理关键技术研究进展[J]. 固体电子学研究与进展, 2023, 43(6): 533-542.
[31] 杨舒涵. Ti纳米层辅助硅基晶圆低温键合及界面可靠性研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2023.

中国电子学会电子制造与封装技术分会会刊

中国半导体行业协会封测分会会刊

无锡市集成电路学会会刊

半导体晶圆键合力控制技术的研究进展与挑战^*

Research Progress and Challenges of the Force Control Technology in Semiconductor Wafer Bonding

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 7

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	贝成昊, 喻甜, 梁峻阁. 基于晶圆键合技术的传感器封装研究进展^*[J]. 电子与封装, 2025, 25(8): 80105-.
[2]	吴尚贤,王成君,王广来,杨道国. 晶圆键合设备对准和传送机构研究综述[J]. 电子与封装, 2024, 24(3): 30201-.
[3]	周杰,胡宇昆. 电镀纯锡镀层与钢带结合强度的优化研究^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(9): 90205-.
[4]	王哲;刘松坡;吕锐;陈红胜;陈明祥. 溅射覆铜陶瓷基板表面研磨技术研究^*[J]. 电子与封装, 2022, 22(3): 30201-.
[5]	梁亨茂. 基于晶圆键合的MEMS圆片级封装研究综述^*[J]. 电子与封装, 2022, 22(12): 120201-.
[6]	张伟，秦超，贾少雄. 带通滤波器LTCC工艺优化研究[J]. 电子与封装, 2017, 17(3): 5-9.
[7]	王海东. 溅射设备腔室处理工艺的优化研究[J]. 电子与封装, 2016, 16(4): 45-47.