晶圓級(jí)封裝的五項(xiàng)基本工藝

在本文中，我們將重點(diǎn)介紹半導(dǎo)體封裝的另一種主要方法——晶圓級(jí)封裝（WLP）。本文將探討晶圓級(jí)封裝的五項(xiàng)基本工藝，包括：光刻（Photolithography）工藝、濺射（Sputtering）工藝、電鍍（Electroplating）工藝、光刻膠去膠（PR Stripping）工藝和金屬刻蝕（Metal Etching）工藝。

封裝完整晶圓

晶圓級(jí)封裝是指晶圓切割前的工藝。晶圓級(jí)封裝分為扇入型晶圓級(jí)芯片封裝（Fan-In WLCSP）和扇出型晶圓級(jí)芯片封裝（Fan-Out WLCSP），其特點(diǎn)是在整個(gè)封裝過(guò)程中，晶圓始終保持完整。除此之外，重新分配層（RDL）封裝、倒片（Flip Chip）封裝及硅通孔（TSV）封裝通常也被歸類(lèi)為晶圓級(jí)封裝，盡管這些封裝方法在晶圓切割前僅完成了部分工序。不同封裝方法所使用的金屬及電鍍（Electroplating）繪制圖案也均不相同。不過(guò)，在封裝過(guò)程中，這幾種方法基本都遵循如下順序。

完成晶圓測(cè)試后，根據(jù)需求在晶圓上制作絕緣層（Dielectric Layer）。初次曝光后，絕緣層通過(guò)光刻技術(shù)再次對(duì)芯片焊盤(pán)進(jìn)行曝光。然后，通過(guò)濺射（Sputtering）工藝在晶圓表面涂覆金屬層。此金屬層可增強(qiáng)在后續(xù)步驟中形成的電鍍金屬層的黏附力，同時(shí)還可作為擴(kuò)散阻擋層以防止金屬內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外，金屬層還可在電鍍過(guò)程中充當(dāng)電子通道。之后涂覆光刻膠（Photoresist）以形成電鍍層，并通過(guò)光刻工藝?yán)L制圖案，再利用電鍍形成一層厚的金屬層。電鍍完成后，進(jìn)行光刻膠去膠工藝，采用刻蝕工藝去除剩余的薄金屬層。最后，電鍍金屬層就在晶圓表面制作完成了所需圖案。這些圖案可充當(dāng)扇入型WLCSP的引線、重新分配層封裝中的焊盤(pán)再分布，以及倒片封裝中的凸點(diǎn)。下文將對(duì)每道工序進(jìn)行詳細(xì)介紹。

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光刻工藝：在掩模晶圓上繪制電路圖案

光刻對(duì)應(yīng)的英文是Photolithography，由“-litho（石刻）”和“graphy（繪圖）”組成，是一種印刷技術(shù)，換句話說(shuō)，光刻是一種電路圖案繪制工藝。首先在晶圓上涂覆一層被稱(chēng)為“光刻膠”的光敏聚合物，然后透過(guò)刻有所需圖案的掩模，選擇性地對(duì)晶圓進(jìn)行曝光，對(duì)曝光區(qū)域進(jìn)行顯影，以繪制所需的圖案或圖形。該工藝的步驟如圖2所示。

在晶圓級(jí)封裝中，光刻工藝主要用于在絕緣層上繪制圖案，進(jìn)而使用繪制圖案來(lái)創(chuàng)建電鍍層，并通過(guò)刻蝕擴(kuò)散層來(lái)形成金屬線路。

為更加清楚地了解光刻工藝，不妨將其與攝影技術(shù)進(jìn)行比較。如圖3所示，攝影以太陽(yáng)光作為光源來(lái)捕捉拍攝對(duì)象，對(duì)象可以是物體、地標(biāo)或人物。而光刻則需要特定光源將掩模上的圖案轉(zhuǎn)移到曝光設(shè)備上。另外，攝像機(jī)中的膠片也可類(lèi)比為光刻工藝中涂覆在晶圓上的光刻膠。如圖4所示，我們可以通過(guò)三種方法將光刻膠涂覆在晶圓上，包括旋涂（Spin Coating）、薄膜層壓（Film Lamination）和噴涂（Spray Coating）。涂覆光刻膠后，需用通過(guò)前烘（Soft Baking）來(lái)去除溶劑，以確保粘性光刻膠保留在晶圓上且維持其原本厚度。

如圖5所示，旋涂將粘性光刻膠涂覆在旋轉(zhuǎn)著的晶圓中心，離心力會(huì)使光刻膠向晶圓邊緣擴(kuò)散，從而以均勻的厚度分散在晶圓上。粘度越高轉(zhuǎn)速越低，光刻膠就越厚。反之，粘度越低轉(zhuǎn)速越高，光刻膠就越薄。對(duì)于晶圓級(jí)封裝而言，特別是倒片封裝，光刻膠層的厚度須達(dá)到30 μm至100 μm，才能形成焊接凸點(diǎn)。然而，通過(guò)單次旋涂很難達(dá)到所需厚度。在某些情況下，需要反復(fù)旋涂光刻膠并多次進(jìn)行前烘。因此，在所需光刻膠層較厚的情況下，使用層壓方法更加有效，因?yàn)檫@種方法從初始階段就能夠使光刻膠薄膜達(dá)到所需厚度，同時(shí)在處理過(guò)程中不會(huì)造成晶圓浪費(fèi)，因此成本效益也更高。但是，如果晶圓結(jié)構(gòu)表面粗糙，則很難將光刻膠膜附著在晶圓表面，此種情況下使用層壓方法，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷。所以，針對(duì)表面非常粗糙的晶圓，可通過(guò)噴涂方法，使光刻膠厚度保持均勻。

完成光刻膠涂覆和前烘后，接下來(lái)就需要進(jìn)行曝光。通過(guò)照射，將掩模上的圖案投射到晶圓表面的光刻膠上。由于正性光刻膠（Positive PR）在曝光后會(huì)軟化，因此使用正性光刻膠時(shí)，需在掩模去除區(qū)開(kāi)孔。負(fù)性光刻膠（Negative PR）在曝光后則會(huì)硬化，所以需在掩模保留區(qū)開(kāi)孔。晶圓級(jí)封裝通常采用掩模對(duì)準(zhǔn)曝光機(jī)（Mask Aligner）或步進(jìn)式***（Stepper）作為光刻工藝設(shè)備。

顯影（Development）是一種利用顯影液來(lái)溶解因光刻工藝而軟化的光刻膠的工藝。如圖6所示，顯影方法可分為三種，包括：水坑式 顯影（Puddle Development），將顯影液倒入晶圓中心，并進(jìn)行低速旋轉(zhuǎn)；浸沒(méi)式顯影（Tank Development），將多個(gè)晶圓同時(shí)浸入顯影液中；噴淋式顯影（Spray Development），將顯影液噴灑到晶圓上。圖7顯示了靜態(tài)顯影方法的工作原理。完成靜態(tài)顯影后，通過(guò)光刻技術(shù)使光刻膠形成所需的電路圖案。

濺射工藝：在晶圓表面形成薄膜

濺射是一種在晶圓表面形成金屬薄膜的物理氣相沉積（PVD）工藝。如果晶圓上形成的金屬薄膜低于倒片封裝中的凸點(diǎn)，則被稱(chēng)為凸點(diǎn)下金屬層（UBM，Under Bump Metallurgy）。通常凸點(diǎn)下金屬層由兩層或三層金屬薄膜組成，包括：增強(qiáng)晶圓粘合性的黏附層；可在電鍍過(guò)程中提供電子的載流層；以及具有焊料潤(rùn)濕性（Wettability）,并可阻止鍍層和金屬之間形成化合物的擴(kuò)散阻擋層。例如薄膜由鈦、銅和鎳組成，則鈦層作為黏附層，銅層作為載流層，鎳層作為阻擋層。因此，UBM對(duì)確保倒片封裝的質(zhì)量及可靠性十分重要。在RDL和WLCSP等封裝工藝中，金屬層的作用主要是形成金屬引線，因此通常由可提高粘性的黏附層及載流層構(gòu)成。

如圖8所示，在濺射工藝中，首先將氬氣轉(zhuǎn)化為等離子體（Plasma），然后利用離子束碰擊靶材（Target），靶材的成分與沉積正氬離子的金屬成分相同。碰擊后，靶材上的金屬顆粒會(huì)脫落并沉積在晶圓表面。通過(guò)濺射，沉積的金屬顆粒具有一致的方向性。盡管晶圓平坦區(qū)經(jīng)過(guò)沉積后厚度均勻，但溝槽或垂直互連通路（通孔）的沉積厚度可能存在差異，因此就沉積厚度而言，此類(lèi)不規(guī)則形狀會(huì)導(dǎo)致平行于金屬沉積方向的基板表面的沉積厚度，比垂直于金屬沉積方向的基板表面沉積厚度薄。

電鍍工藝：形成用于鍵合的金屬層

電鍍是將電解質(zhì)溶液中的金屬離子還原為金屬并沉積在晶圓表面的過(guò)程，此過(guò)程是需要通過(guò)外部提供的電子進(jìn)行還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在晶圓級(jí)封裝中，采用電鍍工藝形成厚金屬層。厚金屬層可充當(dāng)實(shí)現(xiàn)電氣連接的金屬引線，或是焊接處的凸點(diǎn)。如圖9所示，陽(yáng)極上的金屬會(huì)被氧化成離子，并向外部電路釋放電子。在陽(yáng)極處被氧化的及存在于溶液中的金屬離子可接收電子，在經(jīng)過(guò)還原反應(yīng)后成為金屬。在晶圓級(jí)封裝的電鍍工藝中，陰極為晶圓。陽(yáng)極由作為電鍍層的金屬制成，但也可使用如鉑金的不溶性電極（Insoluble Electrode）。如果陽(yáng)極板由作為鍍層的金屬制成，金屬離子就會(huì)從陽(yáng)極板上溶解并持續(xù)擴(kuò)散，以保持溶液中離子濃度的一致性。如果使用不溶性電極，則必須定期補(bǔ)充溶液中因沉積到晶圓表面而消耗的金屬離子，以維持金屬離子濃度。圖10展示了陰極和陽(yáng)極分別發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。

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在放置晶圓電鍍?cè)O(shè)備時(shí)，通常需確保晶圓的待鍍面朝下，同時(shí)將陽(yáng)極置于電解質(zhì)溶液中。當(dāng)電解質(zhì)溶液流向晶圓并與晶圓表面發(fā)生強(qiáng)力碰撞時(shí)，就會(huì)發(fā)生電鍍。此時(shí)，由光刻膠形成的電路圖案會(huì)與待鍍晶圓上的電解質(zhì)溶液接觸。電子分布在晶圓邊緣的電鍍?cè)O(shè)備上，最終電解質(zhì)溶液中的金屬離子與光刻膠在晶圓上繪制的圖案相遇。隨后，電子與電解質(zhì)溶液中的金屬離子結(jié)合，在光刻膠繪制圖案的地方進(jìn)行還原反應(yīng)，形成金屬引線或凸點(diǎn)。

光刻膠去膠工藝和金屬刻蝕工藝：去除光刻膠

在所有使用光刻膠圖案的工藝步驟完成后，必須通過(guò)光刻膠去膠工藝來(lái)清除光刻膠。光刻膠去膠工藝是一種濕法工藝，采用一種被稱(chēng)為剝離液（Stripper）的化學(xué)溶液，通過(guò)水坑式、浸沒(méi)式，或噴淋式等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)電鍍工藝形成金屬引線或凸點(diǎn)后，需清除因?yàn)R射形成的金屬薄膜。這是非常必要的一個(gè)步驟，因?yàn)槿绻蝗コ饘俦∧?，整個(gè)晶圓都將被電氣連接從而導(dǎo)致短路。可采用濕刻蝕（Wet Etching）工藝去除金屬薄膜，以酸性刻蝕劑（Etchant）溶解金屬。這種工藝類(lèi)似于光刻膠去膠工藝，隨著晶圓上的電路圖案變得越來(lái)越精細(xì)，水坑式方法也得到了更廣泛的應(yīng)用。

扇入型晶圓級(jí)芯片封裝工藝

在扇入型晶圓級(jí)芯片封裝中，合格晶圓首先將進(jìn)入封裝生產(chǎn)線。通過(guò)濺射工藝在晶圓表面制備一層金屬膜，并在金屬膜上涂覆一層較厚的光刻膠，光刻膠厚度需超過(guò)用于封裝的金屬引線。通過(guò)光刻工藝在光刻膠上繪制電路圖案，再利用銅電鍍工藝在曝光區(qū)域形成金屬引線。隨后去除光刻膠，并利用化學(xué)刻蝕（Chemical Etching）工藝去除多余的薄金屬膜，然后在晶圓表面制備絕緣層（Dielectric Layer），并利用光刻工藝去除錫球（Solder Ball）放置區(qū)域的絕緣層。因此，絕緣層也被稱(chēng)為“阻焊層”（Solder Resist），它是晶圓級(jí)芯片封裝中的鈍化層（Passivation Layer），即最后的保護(hù)層，用于區(qū)分錫球放置區(qū)域。如沒(méi)有鈍化層，采用回流焊（Reflow Soldering）等工藝時(shí)，附著在金屬層上的錫球會(huì)持續(xù)融化，無(wú)法保持球狀。

利用光刻工藝在絕緣層上繪制電路圖案后，再通過(guò)植球工藝使錫球附著于絕緣層。植球安裝完成后，封裝流程也隨之結(jié)束。對(duì)封裝完成的整片晶圓進(jìn)行切割后，即可獲得多個(gè)獨(dú)立的扇入型晶圓級(jí)芯片封裝體。

在植球過(guò)程中，需要將錫球附著到晶圓級(jí)芯片封裝體上。傳統(tǒng)封裝工藝與晶圓級(jí)封裝工藝的關(guān)鍵區(qū)別在于，前者將錫球放置在基板上，而后者將錫球放置在晶圓頂部。因此，除了用于涂敷助焊劑和植球的模板需在尺寸上與晶圓保持一致之外，助焊劑涂敷、植球工藝、回流焊工藝都遵循相同步驟。

此外，回流焊設(shè)備采用基于發(fā)熱板的回流焊方式，如圖所示，而不是涉及運(yùn)送器的對(duì)流熱風(fēng)回流焊方式（Convection Reflow）。晶圓級(jí)回流焊設(shè)備在不同的加工階段會(huì)對(duì)晶圓施加不同溫度，以便保持回流焊操作所需溫度條件，確保封裝工藝流程能夠順利進(jìn)行。

倒片封裝凸點(diǎn)工藝

倒片封裝體中凸點(diǎn)（Bump）是基于晶圓級(jí)工藝而完成的，而后續(xù)工序則與傳統(tǒng)封裝工藝相同。

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由于要確保凸點(diǎn)擁有足夠的高度，因此需選用能在晶圓上厚涂的光刻膠。銅柱凸塊（CPB）需要先后經(jīng)歷銅電鍍和焊料電鍍兩道工序后形成，所使用的焊料通常為不含鉛的錫銀合金。電鍍完成后，光刻膠隨即被去除，并采用金屬刻蝕工藝去除濺射而成的凸點(diǎn)下金屬層（UBM），隨后通過(guò)晶圓級(jí)回流焊設(shè)備將這些凸點(diǎn)制成球形。這里采用的焊接凸點(diǎn)回流焊工藝可以最大限度減少各凸點(diǎn)的高度差，降低焊接凸點(diǎn)表面的粗糙度，同時(shí)去除焊料中自帶的氧化物，進(jìn)而保障在倒片鍵合過(guò)程中增加鍵合強(qiáng)度。

重新分配層封裝工藝

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利用重新分配層封裝工藝，在晶圓原本焊盤(pán)上形成新焊盤(pán)，以承載額外的金屬引線，此種工藝主要用于芯片堆疊。因此，如圖所示，重新分配層工序之后的封裝工序遵循傳統(tǒng)封裝工序。在芯片堆疊過(guò)程中，每個(gè)單獨(dú)芯片都需重復(fù)進(jìn)行芯片貼裝和引線鍵合這兩道工序。

在重新分配層工藝中，首先通過(guò)濺射工藝創(chuàng)建一層金屬薄膜，之后在金屬薄膜上涂覆厚層光刻膠。隨后利用光刻工藝?yán)L制電路圖案，在電路圖案的曝光區(qū)域電鍍金層，以形成金屬引線。由于重新分配工藝本身就是重建焊盤(pán)的工藝，因此確保引線鍵合強(qiáng)度是十分重要的。這也正是被廣泛用于引線鍵合的材料—金，被用于電鍍的原因。

扇出型晶圓級(jí)芯片封裝工藝

在扇出型晶圓級(jí)芯片封裝工藝中，首先需要在等同于晶圓形狀的載片上貼附一層薄膜。切割晶圓后，再按照一定間距將優(yōu)質(zhì)芯片貼在薄膜上，接下來(lái)對(duì)芯片間隔區(qū)域進(jìn)行模塑，以形成新形狀。晶圓模塑完成后，載片和薄膜將被移除。隨后在新形成的晶圓上，利用晶圓設(shè)備創(chuàng)建金屬導(dǎo)線，并附著錫球以便封裝。最后，將晶圓切割成多個(gè)獨(dú)立封裝體。

一、晶圓模塑

制作扇出型晶圓級(jí)芯片封裝體時(shí)，晶圓模塑是一項(xiàng)重要工序。對(duì)于扇出型晶圓級(jí)芯片封裝件而言，晶圓塑膜需先在芯片上貼附同樣形狀的晶圓載片，而后將其放置到模塑框架中。將液狀、粉狀或顆粒狀的環(huán)氧樹(shù)脂模塑料（EMC）加入到模塑框架內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行加壓和加熱處理來(lái)塑膜成型。晶圓模塑不僅是扇出型晶圓級(jí)芯片封裝工藝的重要工序，對(duì)于利用硅通孔（TSV）工藝制作已知合格堆疊芯片（KGSD）也是無(wú)可或缺的工序。

硅通孔封裝工藝

下圖展示了采用中通孔（Via-middle）方法的硅通孔封裝工藝步驟。首先在晶圓制造過(guò)程中形成通孔。隨后在封裝過(guò)程中，于晶圓正面形成焊接凸點(diǎn)。之后將晶圓貼附在晶圓載片上并進(jìn)行背面研磨，在晶圓背面形成凸點(diǎn)后，將晶圓切割成獨(dú)立芯片單元，并進(jìn)行堆疊。

接下來(lái)，將簡(jiǎn)單概括中通孔的基本工序。首先在前道工序（Front-end of Line）中，在晶圓上制作晶體管，如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體等。隨后使用硬掩模（Hard Mask）6在硅通孔形成區(qū)域繪制電路圖案。之后利用干刻蝕（Dry Etching）工藝去除未覆蓋硬掩膜的區(qū)域，形成深槽。再利用化學(xué)氣相沉積工藝（Chemical Vapor Deposition）制備絕緣膜，如氧化物等。這層絕緣膜將用于隔絕填入槽中的銅等金屬物質(zhì)，防止硅片被金屬物質(zhì)污染。此外絕緣層上還將制備一層金屬薄層作為屏障。

此金屬薄層將被用于電鍍銅層。電鍍完成后，采用化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Polishing）技術(shù)使晶圓表面保持平滑，同時(shí)清除其表面銅基材，確保銅基材只留在溝槽中。然后通過(guò)后道工序（Back-end of Line）完成晶圓制造。

使用硅通孔技術(shù)制造芯片堆疊封裝體時(shí)，一般可采用兩種類(lèi)型的封裝方法。第一種方法是利用3D芯片堆疊技術(shù)的基板封裝。第二種方法則需創(chuàng)建KGSD，然后基于KGSD來(lái)制作2.5D或3D封裝。下文將詳細(xì)介紹如何創(chuàng)建KGSD，以及如何基于KGSD來(lái)制作2.5D封裝的過(guò)程。

作為利用硅通孔技術(shù)制作而成的芯片堆疊封裝體，制作KGSD必需經(jīng)歷額外封裝工藝，如2.5D封裝、3D封裝以及扇出型晶圓級(jí)芯片封裝等，高帶寬存儲(chǔ)器（HBM）就是KGSD產(chǎn)品的一個(gè)典型例子。由于KGSD需經(jīng)歷額外封裝工藝，其作為連接引腳的焊接凸點(diǎn)需要比傳統(tǒng)錫球更加精細(xì)。因此3D封裝體中芯片堆疊在基板上，而KGSD中的芯片則堆疊于晶圓上方，晶圓也可以視為KGSD的最底層芯片。就HBM而言，位于最底層的芯片被稱(chēng)為基礎(chǔ)芯片或基礎(chǔ)晶圓，而位于其上方的芯片則被稱(chēng)為核心芯片。

此方法工序如下：首先，通過(guò)倒片工藝在基礎(chǔ)晶圓和核心晶圓的正面制作凸點(diǎn)。在制作2.5D封裝體時(shí)，基底晶圓需要排列凸點(diǎn)，使之能夠附著到中介層（Interposer）；相反，核心晶圓上的凸點(diǎn)布局則是有助于晶圓正面的芯片堆疊。在晶圓正面形成凸點(diǎn)后，應(yīng)減薄晶圓，同時(shí)也需在晶圓背面形成凸點(diǎn)。然而，正如前文在介紹背面研磨工藝時(shí)所述，需注意在減薄過(guò)程中導(dǎo)致晶圓彎曲。在傳統(tǒng)封裝工藝中，進(jìn)行減薄之前，可將晶圓貼附到貼片環(huán)架上，以防止晶圓彎曲，但在硅通孔封裝工藝中，由于凸點(diǎn)形成于晶圓背面，所以這種保護(hù)方法并不適用。為解決此問(wèn)題，晶圓承載系統(tǒng)（Wafer Support System）應(yīng)運(yùn)而生。利用晶圓承載系統(tǒng)，可借助臨時(shí)粘合劑將帶有凸點(diǎn)的晶圓正面貼附于晶圓載片上，同時(shí)對(duì)晶圓背面進(jìn)行減薄處理。此時(shí)晶圓貼附于晶圓載片上，即使經(jīng)過(guò)減薄也不會(huì)發(fā)生彎曲。

此外，因晶圓載片與晶圓形式相同，因此也可使用晶圓設(shè)備對(duì)其進(jìn)行加工。基于此原理，可在核心晶圓的背面制作凸點(diǎn)，當(dāng)核心晶圓正面及背面上的凸點(diǎn)均制作完成時(shí)，便可對(duì)載片進(jìn)行脫粘。隨后將晶圓貼附于貼片環(huán)架中，并參照傳統(tǒng)封裝工藝，對(duì)晶圓進(jìn)行切割?；A(chǔ)晶圓始終貼附于晶圓載片上，從核心晶圓上切割下來(lái)的芯片則堆疊于基礎(chǔ)晶圓之上。芯片堆疊完成后，再對(duì)基礎(chǔ)晶圓進(jìn)行模塑，而后進(jìn)行晶圓載片脫粘。至此，基礎(chǔ)晶圓就變成了堆疊有核心晶圓的模制晶圓。隨后對(duì)晶圓進(jìn)行研磨，使其厚度達(dá)到制作2.5D封裝體所需標(biāo)準(zhǔn)，然后再將其切割成獨(dú)立的芯片單元，以制作KGSD。HBM成品包裝后將運(yùn)送至制作2.5D封裝體的客戶手中。

晶圓承載系統(tǒng)工藝

晶圓承載系統(tǒng)是指針對(duì)晶圓背面減薄進(jìn)行進(jìn)一步加工的系統(tǒng)，該工藝一般在背面研磨前使用。晶圓承載系統(tǒng)工序涉及兩個(gè)步驟：首先是載片鍵合，需將被用于硅通孔封裝的晶圓貼附于載片上；其次是載片脫粘，即在如晶圓背面凸點(diǎn)制作等流程完工后，將載片分離。

下圖展示了晶圓承載系統(tǒng)的工藝步驟。首先在晶圓表面涂覆臨時(shí)粘合劑，使其貼附于載片上；待晶圓背面的加工工序完成后，即可對(duì)載片進(jìn)行脫粘，并去除殘留粘合劑，以確保晶圓表面清潔。

進(jìn)行載片鍵合時(shí)，需要注意幾個(gè)因素：首先，載片鍵合后的晶圓整體厚度應(yīng)均勻一致；其次，鍵合面不應(yīng)存在空隙，兩片晶圓對(duì)齊應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤；此外還應(yīng)確保晶圓邊緣不受到粘合劑污染，且在處理過(guò)程中應(yīng)盡量避免晶圓發(fā)生彎曲。在載片脫粘過(guò)程中，還應(yīng)注意：避免晶圓脫離載片后發(fā)生損壞，如邊緣剝落（Chipping）7或出現(xiàn)裂紋等；避免粘合劑殘留；避免凸點(diǎn)變形。

在基于晶圓承載系統(tǒng)的封裝工藝中，載片脫粘是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜且重要的工序。因此，業(yè)界已經(jīng)提出并研發(fā)多種脫粘方法，并針對(duì)每一種脫粘方法開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的臨時(shí)粘合劑。典型的脫粘方法包括熱技術(shù)、激光燒蝕（Laser Ablation）后剝離、化學(xué)溶解、機(jī)器剝離后化學(xué)清洗等。

晶圓邊緣切筋工藝

如圖8上半部分紅圈內(nèi)區(qū)域所示，將采用硅通孔工藝封裝的晶圓鍵合到晶圓載片上，經(jīng)過(guò)背面研磨后，其邊緣會(huì)變得較為尖銳。此種狀態(tài)下，晶圓后續(xù)還將經(jīng)歷光刻、金屬薄膜制備、電鍍以在背面制作凸點(diǎn)等工序，這些工序會(huì)增加晶圓邊緣剝落的風(fēng)險(xiǎn)。邊緣裂紋可能會(huì)延伸至晶圓內(nèi)部，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)工序無(wú)法進(jìn)行，最終造成嚴(yán)重的良品損失。為避免此問(wèn)題，對(duì)于采用硅通孔工藝封裝的晶圓，在其進(jìn)行載片鍵合前，應(yīng)先對(duì)晶圓正面邊緣進(jìn)行切筋并去除修剪部分。如圖下半部分區(qū)域所示，將切筋后的晶圓貼附于晶圓載片并對(duì)其進(jìn)行背面研磨時(shí)，鋒利而凸起的邊緣已消失。因此，在后續(xù)工序中，晶圓邊緣剝落的風(fēng)險(xiǎn)也被消除。在切筋過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)的晶圓切割刀片穿過(guò)晶圓邊緣，將指定的邊緣區(qū)域切除。

堆疊工藝

硅通孔封裝工藝中，在晶圓正面和背面形成的凸點(diǎn)均用于鍵合，以便堆疊。同樣地，在倒片鍵合時(shí)，批量回流焊（Mass Reflow）工藝8和熱壓縮（Thermocompression）工藝也用于鍵合。根據(jù)堆疊方式的不同，堆疊工藝可分為芯片與芯片（Chip-to-Chip）堆疊、芯片與晶圓（Chip-to-Wafer）堆疊、晶圓與晶圓（Wafer-to-Wafer）堆疊。

使用硅通孔工藝堆疊芯片時(shí)，需使用微型凸點(diǎn)。因此，凸點(diǎn)之間的間距很小，堆疊芯片之間的間距也很小，這就是以可靠性著稱(chēng)的熱壓縮工藝因被廣泛使用的原因。然而，熱壓縮工藝也存在缺點(diǎn)，那就是耗時(shí)長(zhǎng)，生產(chǎn)率底，因?yàn)樵阪I合過(guò)程中必然會(huì)耗時(shí)去加熱加壓。因此熱壓縮工藝逐漸被批量回流焊工藝取代的趨勢(shì)日益明顯。

來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

審核編輯：湯梓紅