Femto Science等離子體技術，讓混合鍵合從實驗室走

來源：發布時間：2025-09-29

當半導體行業朝著 “更精細、更高集成” 狂奔時，封裝技術正迎來一場關鍵變革 —— 混合鍵合（Hybrid Bonding）的出現，徹底打破了傳統封裝的物理局限。

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混合鍵合工藝流程

它無需焊料，就能實現直接的銅 - 銅鍵合與介質 - 介質鍵合，不僅支持小于 10 微米的超精細間距，還能***提升 I/O 密度、優化電氣性能與熱管理。可就是這項被寄予厚望的 “下一代技術”，卻面臨一個 “反直覺” 的挑戰：一項價值數十億美元的工藝，成敗竟取決于肉眼看不見的原子級表面控制。

一、混合鍵合的 3 大 “隱形敵人”：看不見的缺陷，毀所有的風險

與傳統倒裝芯片 “大間距、高容忍度” 不同，混合鍵合對界面缺陷幾乎 “零容忍”—— 只要表面存在一絲污染物、氧化層或低表面能狀態，就可能引發災難性后果。而這三大 “隱形敵人”，恰恰是工藝中**容易被忽視的痛點：

1. 微觀污染物：濕法清洗也除不掉的 “攔路虎”

即便經過化學清洗，晶圓表面仍會殘留納米級有機殘留物與顆粒。這些肉眼不可見的 “小家伙”，會成為鍵合的物理阻隔，不僅讓工藝重復性變差，還會讓**終結果依賴于不可控因素 —— 可能同一批次產品，良率天差地別。

2. 原生氧化銅：偷走電氣性能的 “隱形電阻”

銅是鍵合的**材料，但暴露在空氣中極易形成原生氧化銅（CuOx）。哪怕只是部分覆蓋，這層絕緣氧化層也會***增加界面電阻，直接拖累器件的電氣性能。

3. 表面能失控：扛不住高溫的 “弱結合”

鍵合需要強初始附著力，但未經處理的表面往往是化學惰性的 “疏水狀態”—— 表面能低、水接觸角大于 90°，連基礎的粘接都難以實現。更麻煩的是，這種弱結合根本扛不住后續高溫退火工藝的應力，分層、空隙等問題會接踵而至。

一旦這三大問題沒解決，后果不堪設想：鍵合直接失效、良率大幅下滑、長期可靠性堪憂，前期投入的研發與生產成本可能瞬間 “打水漂”。

二、等離子體技術：一招解決 3 大難題的 “一體化武器”

面對原子級的表面挑戰，常規的清洗或處理方式早已力不從心。而 Femto Science 提出的先進等離子體技術，正是目前***能實現 “原子級清潔 + 表面活化” 的可行方案 —— 它像一把精細的 “手術刀”，在原子層面逐個攻克難題：

1. 清潔：物理 + 化學雙重 “去污”

等離子體是由離子與活性物質構成的高能氣體，能通過物理剝離作用直接 “刮掉” 表面污染物，同時與有機殘留物發生化學反應，將其徹底分解***。經過處理后，晶圓表面能達到真正的 “無雜質” 狀態。

2. 還原：讓氧化銅變回 “導電銅”

針對原生氧化銅，等離子體可通過還原作用（如使用氫氣、氮氫混合氣），將絕緣的 CuOx 轉化為具有良好導電性的純銅，從根源上消除界面電阻隱患，確保金屬鍵合的穩定性。

3. 活化：從 “疏水” 到 “親水” 的關鍵轉變

**關鍵的是，等離子體能改性介質表面：將原本低表面能的疏水狀態，轉化為高表面能的親水狀態 —— 水接觸角從 > 90° 驟降至 < 10°。這種高表面能狀態能提供強初始附著力，足以承受后續高溫退火的應力，為鍵合成功打下基礎。

一句話總結：等離子體技術用單一高效的工藝，同時解決了混合鍵合的三大**痛點，成為從 “預處理” 到 “鍵合” 的關鍵橋梁。

初始狀態：不利的表面狀態

**終狀態：理想表面

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三、經《自然?電子學》驗證：Femto Science 的技術硬實力

技術好不好，得用實踐說話。Femto Science 的等離子體技術，早已在前沿研究中得到**認可 —— 在 2022 年《自然?電子學》（Nature Electronics）的一篇論文中，其系統成為 “二維材料集成突破” 的關鍵推手：

當時研究團隊面臨的難題是：二維材料 “濕法轉移” 時，基底表面的隱形污染物會導致材料褶皺、缺陷，**終損壞器件。而通過 Femto Science 的 CIONE 等離子體設備，*用 5 分鐘的氧等離子體處理，就構建出原子級潔凈的親水表面，成功實現了全球***大面積、單晶高 κ 氧化物薄片的完美轉移，**終制造出高性能晶體管。