SK海力士首次向应用材料、BESI订购混合键合设备

据悉，SK海力士上月已下单采购 1 台由美国应用材料与荷兰 BESI 联合开发的混合键合在线设备，采购金额约200亿韩元。该在线设备由应用材料的化学机械抛光（CMP）、等离子处理设备，以及 BESI 的混合键合机等组成。这是SK海力士首次采购量产型混合键合设备。相关人士表示：“从次下一代产品开始，混合键合工艺预计也将应用于 HBM。本次采购虽是量产机型，但主要用于技术开发，为未来布局。”

混合键合是下一代半导体制造的核心技术。其核心是将加工后的晶圆上直接放置芯片裸片，让铜（Cu）与铜直接接合。贴合前需通过 CMP 工艺进行平坦化处理，并在真空环境下利用等离子进行后处理。由于铜与铜直接连接，可提升集成度、缩短布线长度，有望实现器件性能提升与功耗降低。

BESI 在全球混合键合设备市场被视为龙头企业，尤其在裸片键合设备领域，精度与生产速度均较竞争对手具备技术优势。应用材料与 BESI 的合作成果已在台积电量产线投入使用，台积电借助该设备实现了 AMD 3D V-Cache 技术的商用化。3D V-Cache 通过在处理器上垂直堆叠高速缓存内存，大幅提升高性能运算所需的数据访问速度。据观测，博通定制化人工智能（AI）专用集成电路（ASIC）也将采用应用材料与 BESI 的混合键合在线设备。

不过，SK海力士将如何把混合键合工艺应用于 HBM 的具体方案尚未对外公开。据业界透露，最有可能的方案是在基底裸片晶圆上放置首个 DRAM 核心裸片的裸片对晶圆（D2W） 接合，之后再以裸片对裸片（D2D） 方式逐片堆叠 DRAM 裸片。公司也在评估替代方案：先将两片 DRAM 裸片在晶圆状态下通过混合键合贴合，再将该成对单元逐层堆叠。若堆叠 16 层，可将堆叠次数减半至 8 次。

内存业界相关人士称：“目前尚未确定采用哪种方案，将通过多方向测试，找到在维持良率的同时能实现最优性能的方法。”

除应用材料与 BESI 的在线设备外，SK海力士还计划近期引入韩华半导体混合键合设备进厂开展质量测试。韩华半导体已将第二代混合键合机 “SHB2 Nano” 在荷兰完成组装并运回韩国国内。据悉，SHB2 Nano 由荷兰企业 Prodrive 在当地生产制造。

这款混合键合机由韩华半导体与 Prodrive 合作开发，当时公开的参数显示，其对位精度误差为 ±100 纳米，约为头发丝直径的千分之一，与业界龙头 BESI 最新款混合键合机 “Datacon 8800 Cameo Ultra Plus AC” 处于同一水平。要实现这一精度，需要具备键合机各部件的精密组装能力及适配的生产环境。据悉，韩华半导体因尚不具备相关条件，因此选择与 Prodrive 展开合作。

半导体业界相关人士表示：“混合键合机需要在纳米级精度下对部件进行精密加工与组装，但韩国国内超精密加工基础设施仍较为薄弱。正因如此，韩华半导体才将混合键合机的开发工作委托给拥有高难度加工技术与组装配套设施的 Prodrive。”

Prodrive 是光刻机龙头企业 ASML 的合作伙伴，具备为极紫外（EUV）光刻机开发并供应线性电机、伺服驱动等核心部件的技术实力。这些部件可在设备运行时最大限度降低摩擦与震动，从而保障设备精度。Prodrive 同时提供合同制造服务（CMS），可承接复杂机电系统或电子设备从设计、原型制作、最终系统组装，到功能与耐久性测试、量产的全流程委托业务。

混合键合是半导体芯片裸片堆叠连接时，将两片芯片的铜（Cu）表面直接接合的先进封装技术。与目前高带宽内存（HBM）制造主流的热压（TC）键合不同，该工艺无需在芯片间使用微金属凸点，而是通过铜原子直接键合。因此连接电阻极低，电信号传输路径更短，可大幅提升数据传输速度。混合键合对精度的要求远高于 TC 键合。由于需要直接对接各芯片的输入输出（I/O）端口，且引脚间距更密集，仅纳米级的误差就可能导致产品不良，洁净室中的微尘同样会造成缺陷。

值得一提的是，2022年，韩华半导体也曾向SK海力士供应第一代混合键合机，用于研发用途。