ハイブリッドボンディングによる性能向上
ハイブリッドボンディングの最大の成果は、はんだブリッジによる制限を排除し、相互接続密度を劇的に向上させた点にある。これにより、相互接続ピッチを10um未満、最小で1umまで微細化できる。ECTC 2026において、Applied Materialsは2,000万個の相互接続で98%の歩留まりを達成する450nmピッチを実証し、imecとEV groupは300mm W2W（ウェハ対ウェハ）で40nm未満のオーバーレイ精度を持つ200nmピッチを実証した。
その他の性能面では、垂直方向の相互接続高さが縮小されるため、フォームファクタをよりコンパクトにできる。これはJEDECのパッケージ制限内で複数のHBM層を適合させる際に特に重要となる。また、マイクロバンプに見られる従来の下塗り材（アンダーフィル）の隙間がなくなるため、熱界面抵抗が低減し、熱伝達効率が向上する。さらに、接合界面における抵抗とインピーダンスの不連続性が低減されるため、信号帯域幅の向上が期待できる。
技術的詳細と接合方式
本技術は、銅（Cu-Cu）の直接接合と誘電体（無機物または有機ポリマー）の接合を同時に行う。接合方式には以下の3種類がある。
- Die to Die (D2D): 2つのダイを個別に接合する。スループットが制限されるため、普及率は低い。
- Die to Wafer (D2W): 選別済みの良品ダイをウェハ上に配置する。室温での酸化膜接合によりダイを固定する。柔軟性は高いが、ピック＆プレース工程に時間を要する。
- Wafer to Wafer (W2W): 2枚のウェハを一度に接合する。コスト効率が高く、CMOSイメージセンサやCompute-DRAMなどの単純な2層積層に適しているが、ダイの歩留まりが複合的に影響するため、全体の歩留まりが低下する傾向にある。
実装には極めて厳格な要件があり、特にCMP（化学機械研磨）の均一性が重要となる。銅パッドの中央が凹む「ディッシング」が発生し、その深さが1-10nmになると接合不良の原因となる。適度な銅の凹み（リセス）は、熱膨張時に酸化膜を押し広げないために必要だが、過剰または不足したディッシングは致命的な欠陥につながる。
業界の背景と知的財産
ハイブリッドボンディングは2004年から2005年にかけて、直接的な酸化膜接合（ZiBond）と埋め込み金属接合を組み合わせた形で発明された。2015年からはソニーのCMOSイメージセンサで量産が開始されている。知的財産面では、AdeiaがTessera、Invensas、Ziptronixから継承した広範なポートフォリオを保有している。2025年にはAdeiaがAMDの3D V-Cacheプロセッサを対象に特許侵害訴訟を起こしたが、2026年3月にAMDがAdeiaのIPポートフォリオに関する数年間のライセンス契約を締結することで、裁判外での和解に至った。
今後の展望
ハイブリッドボンディングは、2Dチップレット設計が抱える相互接続の制約を緩和し、システム設計の自由度を高める。ただし、処理要件が厳しいため、熱圧接合（TCB）などの従来技術よりもコストが高くなる。そのため、あらゆる設計に適用されるのではなく、224Gbps以上のEIC/PICベースの光エンジン、高密度チップレットブリッジ、多層HBMスタックなど、極めて高い性能が要求されるインターフェースに限定して採用されると考えられる。
元記事: https://www.3dincites.com/2026/10/why-hybrid-bonding-is-hard-to-perfect/
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