W2WとD2Wの違い、不良ダイを外せるか｜D2Wは位置ずれと切断の粒子を抱える

hybrid bondingのウェーハ・ウェーハ接合（W2W）では、上下どちらかのウェーハにある不良ダイが、そのまま積層品の不良になる。ダイ・ウェーハ接合（D2W）は、検査で選んだ良品ダイだけを、下のウェーハの良品の位置に積める。つまり歩留まりの損失は、W2Wではウェーハ全体の掛け算として、D2Wではダイ1個ずつの合否として出る。

ただしD2Wでは、損失が別の場所へ移る。imecは、D2Wには良品ダイだけを積んで積層品の歩留まりを上げられる利点と、大きさの違うダイを接合できる利点があるとする¹。一方でD2Wでは、位置ずれの合否がダイごとに決まり、切断で出る粒子とダイの端の不良が加わる。そのためD2Wの接合装置は、ダイ1個ずつの追跡を機能に挙げる。

W2Wの歩留まりは、上下のダイ歩留まりの掛け算になる

上の不良ダイと下の不良ダイを選んで外せないのは、W2Wが2枚のウェーハを丸ごと貼り合わせるからだ。UCLAの歩留まり計算の論文は、W2Wを量産の効率と位置合わせの精度で勝る一方、どちらのウェーハの欠陥にも歩留まりが弱い²方式と整理している。

この例では、下のウェーハ10か所あたり、W2Wでは良品の積層品が7個、D2Wでは8個できる。

掛け算の効き方を、下のウェーハ10か所あたりの良品の積層品の数で比べる。上のウェーハのダイ歩留まりが90%、下が80%で、不良の位置に相関がなければ、W2Wでは平均7.2個（0.9×0.8×10）になる。D2Wでは、上のダイを接合前に検査して良品を選び、下のウェーハの良品の8か所にだけ積むので、8個になる。どちらも接合での損失を除いた筆者の試算だ。D2Wの8個は、上のダイを検査する工程を足して得る数でもある。

W2Wは、イメージセンサーと3D NANDで使われている。imecによれば、1 µm前後のピッチのhybrid bondingはイメージセンサーと3D NANDで商用化されている³。KIOXIAの第8世代BiCS FLASHは、別々に作ったCMOS回路のウェーハとメモリーセルのウェーハを貼り合わせる⁴。接合そのものの歩留まりについては、ソニーが0.8 µmピッチのW2Wで、半数のウェーハで歩留まり100%、残りのウェーハでも94%超⁵を報告した。

W2Wでは、粒子のボイドが接合の波に沿って長く伸びる

W2Wの接合は、ウェーハの中心で接触し、そこから外へ波のように広がる。UCLAの計算は、W2Wが粒子汚染により敏感なのは、接合の波が進むときにボイドが尾を引き、1個のダイあたりの致命的な面積が大きくなるため²と説明する。D2Wでは、ダイが小さいので、この尾はほとんどできない²。粒子1個が作るボイドの大きさは、ボイドと洗浄の記事にまとめた。

尾が長いことは、パッドの並べ方の効き方も変える。同じ計算で、致命的なパッドを中央に集めた配置は、周辺に並べた配置より、W2Wでは粒子による歩留まりが3%以上高かった。D2Wでは、2つの配置の差は0.6%未満にとどまった²。パッドの配置が粒子による歩留まりに効く度合いは、計算上W2Wのほうが大きい。

位置ずれも、W2Wではウェーハ全体の分布として出る。W2Wでは、ウェーハの端で位置ずれが限界に達しても、中心に近いダイは生き残りやすい²という計算結果が出ている。

D2Wでは、位置ずれの合否がダイごとに決まる

D2Wでは、ダイを1個ずつ置くので、位置ずれもダイごとに決まる。UCLAのモデルでの計算では、ピッチ0.3 µmのD2Wで、ダイの端の位置ずれが限界を超えるとそのダイは捨てられ、ダイが大きくなるほど位置ずれによる歩留まりが下がった。W2Wでは、ダイの大きさによらずほぼ安定していた²。論文は、この比較で出た差を、位置ずれが歩留まりに効く仕組みの違いで説明している。

接合技術のライセンス会社Adeiaは、パッドの大きさを2〜15 µmで変えたD2Wの試験で、位置ずれの許容がどのパッドの大きさでもパッド直径の約80%で、許容の限界での抵抗の上昇は5〜20%⁶だったと報告した。imecの2 µmピッチのD2Wでは、位置ずれは350 nm未満で、電気歩留まりはケルビン構造で85%超、数珠つなぎ構造で70%超だった¹。

D2Wは、切断の粒子とダイの端の不良を抱える

D2Wでは、接合の前にウェーハをダイへ切り分ける。この切断が、W2Wにはない粒子の出どころになる。imecは2 µmピッチの接合で、粒子を出さずに銅とSiCNの面を守るため、プラズマダイシングを使った¹。

不良は、ダイの端に集まる。Adeiaの解析では、ボイドはウェーハの中では無作為に散らばり、ダイの中では端と角に多かった⁶。1層の接合なら、ダイの端から50〜75 µmを避ければ端による歩留まりの損失を防げ、積層ではさらに約200 µmが要る⁶。ダイの大きさにも最適値がある。Adeiaは、小さなダイを複数並べると同じ面積の大きなダイ1個より歩留まりで有利だが、小さくしすぎると端の欠陥が支配的になり、最適は約100 mm²とした⁶。

積み重ねた場合の歩留まりも、Adeiaが示している。12段積みでは、1層あたりの歩留まりは平均95%で、積層品全体では56%だった⁶。Adeiaによれば、平均を下げたのは初めに起きた粒子汚染の突発で、その後は1層あたりの歩留まりが積まないダイと同じ水準まで上がり、12層までは積層数の根本的な限界は見つからなかった⁶。

D2Wの管理は、ダイ1個ずつの記録に移る

D2Wでは、ダイ1個ずつの記録が装置の機能として売られている。Applied MaterialsとBesiが共同開発したD2W接合装置Kinexは、統合の利点として、ダイ単位の追跡による複数ダイのパッケージの管理、接合工程の間の待ち時間の精密な管理、インラインの位置ずれ計測とドリフトの検出⁷を挙げ、ロジック、メモリー、後工程受託の複数の顧客が使っているという。

大きさの違うダイをまとめて積めることも、D2Wの強みだ。EVGは2022年、1つの3Dシステムを構成する大きさの違う複数のダイを1回の転写で接合し、ボイドのない接合の歩留まり100%⁸を得たと発表した。この100%は、ボイドの有無で数えた値だ。

位置ずれが歩留まりと絶縁破壊の両方に効くことは、歩留まりと信頼性の記事で扱った。ダイごとの位置ずれやボイドの測り方は、不良ごとの検査の記事にまとめている。

関連ページ

• 後工程hybrid bondingの位置ずれは歩留まりと絶縁破壊の両方に効く
• 後工程hybrid bondingの量産発表と信頼性の根拠
• 後工程Hybrid Bondingの基礎と量産判定条件
• 後工程hybrid bondingのボイドと接合前の洗浄
• 後工程hybrid bondingの不良ごとの検査
• 後工程Hybrid Bondingの位置合わせ・検査を分類する
• 後工程テストと選別

出典

8件を表示

1. 1
   imec：2 µmピッチのD2W接合、良品ダイの利点と電気歩留まり（2024年5月）imec-int.com ↩abc
2. 2
   UCLA：W2WとD2Wの歩留まりモデルYAP+（arXiv、2025年10月）arxiv.org ↩abcdef
3. 3
   imec：400 nmピッチのW2W接合と商用化されたピッチ（2024年2月）imec-int.com ↩
4. 4
   KIOXIA：第8世代BiCS FLASHとウェーハ貼り合わせのCBA技術（2024年7月）kioxia.com ↩
5. 5
   ソニー：0.8 µmピッチW2W接合の歩留まりと信頼性（ICEP-HBS、2026年4月）doi.org ↩
6. 6
   Adeia：D2W接合の位置ずれ許容、端の不良、12段積みの歩留まり（IMAPS、2023年3月）imapsource.org ↩abcdef
7. 7
   Applied Materials：D2W接合装置Kinexの発表（2025年10月）ir.appliedmaterials.com ↩
8. 8
   EVG：大きさの違う複数ダイのD2W接合でボイドなし100%（2022年7月）evgroup.com ↩