硅通孔封裝工藝流程與技術(shù)

硅通孔（TSV） 是當(dāng)前技術(shù)先進(jìn)性最高的封裝互連技術(shù)之一?；?TSV 封裝的核心工藝包括 TSV 制造、RDL/微凸點(diǎn)加工、襯底減薄、圓片鍵合與薄圓片拿持等。

(1)TSV 制造：TSV 制造可以分為兩種類(lèi)型，類(lèi)型I是孔底部不需要直接導(dǎo)電連接的制造類(lèi)型，類(lèi)型II是孔底部需要直接導(dǎo)電連接的制造類(lèi)型，如圖所示。TSV 制造的主要工藝步驟包括孔刻蝕、絕緣層沉積、擴(kuò)散阻擋層/種子層沉積、導(dǎo)電材料填充及表面平坦化等。對(duì)于孔底部需要直接導(dǎo)電連接的類(lèi)型，在完成絕緣層沉積后，需要選擇性地將孔底部絕緣層去除。

（2）RDL/微凸點(diǎn)加工：再布線層提供了 TSV 及討底上已有電路或器件的電學(xué)重分布，可為 TSV 提供更多的連接自由度，微凸點(diǎn)主要用于實(shí)現(xiàn)TSV襯底與其他芯片或封裝基板的直接電學(xué)連接。對(duì)于線寬小于 1μm 的RDL，需要用到鑲嵌工藝（又稱(chēng)大馬士革工藝)；對(duì)于線寬為 1μm 以上的 RDL，可采用厚膜掩模電鍍加成式工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）襯底減?。焊鶕?jù)工藝流程設(shè)計(jì)，襯底減薄分為有 TSV 孔的減薄和無(wú)TSV 孔的減薄兩種情況。對(duì)于減薄時(shí)襯底內(nèi)無(wú) TSV 的情況，僅需要處理硅材料，相對(duì)比較容易，只要保證處理后的表面平整度即可。對(duì)于減薄時(shí)襯底內(nèi)包含TSV 的情況，在減薄完成后，需要將 TSV 從襯底背面露出來(lái)，因此應(yīng)考慮硅與TSV 填充材料（如銅）的同步研磨或拋光，并應(yīng)控制填充材料不能與襯底硅導(dǎo)通或污染襯底硅。

（4）圓片鍵合與薄圓片拿持：在圓片減薄完成后，往往還需要很多后續(xù)工藝或臨時(shí)性工藝，其日的是提高生產(chǎn)過(guò)程中的成品率與效率，因此要保證薄圓片在這些工藝步驟中的安全，通常這是通過(guò)與承載片鍵合保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果承載片是功能性的，則鍵合 是一種永久鍵合。根據(jù)所使用的中間層材料，永久鍵合可以分為氧化硅鍵合、聚合物鍵合、金屬鍵合，以區(qū)這些鍵合的混合形式等。當(dāng)承載圓片是非功能性的襯底時(shí)，需要臨時(shí)性的鍵合，以便在后續(xù)工藝過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鍵合分離。

實(shí)現(xiàn)薄圓片拿持的基本工藝思路是，首先將待減薄圓片與一個(gè)承載圓片鍵合，之后進(jìn)行圓片減薄及減薄后的工藝加工，最后將承載圓片拆除，從而完成薄圓片的加工。

根據(jù)工藝集成方案中TSV、有源器件片內(nèi)互連的工藝順序，TSV 封裝工藝可以分為 Via First、Via Middle、Via Last 三種工藝方案。Via First 是指先完成 TSV的制作，再做有源芯片及其互連；Via Middle 是指先做有源器件，然后制作ISV，之后再進(jìn)行片內(nèi)互連工藝；Via Last 是指先完成有源芯片和有源芯片片內(nèi)互連層，最后制作TSV。 Via Middle 和 Via Last 工藝是目前應(yīng)用較廣泛的 TSV 解決方案。???

目前，TSV 主要有三大應(yīng)用領(lǐng)域，分別是三維集成電路（3D 1C）封裝、維圓片級(jí)芯片尺寸封裝（3D WLCSP）和2.5D 中介轉(zhuǎn)接層（Interposer）封裝。

（1）3D1C封裝：目前，3D IC 的應(yīng)用方向主要是存儲(chǔ)類(lèi)產(chǎn)品，其原因是存儲(chǔ)類(lèi)產(chǎn)品引腳密度小，版圖布局規(guī)律，芯片功率密度小等。通過(guò) TSV 通孔實(shí)現(xiàn)三維集成，可以增加存儲(chǔ)容量，降低功耗，增加帶寬，減小延遲，實(shí)現(xiàn)小型化。

(2）3D WICSP： 主要應(yīng)用于圖像 指紋、濾波器、加速度計(jì)等傳感器封裝領(lǐng)域。其特點(diǎn)是采用 Via Last 工藝，TSV 深寬比較?。?：1~3：1），孔徑較大。出于對(duì)成本的考慮，目前圖像傳感器封裝大多采取低深寬比的 TSV 結(jié)構(gòu)，其封裝工藝流程如圖所示。?

（3） 2.5D 中介轉(zhuǎn)接層封裝：細(xì)線條布線中介轉(zhuǎn)接層針對(duì)的是 FPCA、CPU等高性能的應(yīng)用，其特征是正面有多層細(xì)節(jié)距再布線層和細(xì)節(jié)距微凸點(diǎn)，主流ISV 深寬比達(dá)到 10:1，厚度約為 100wm。由于受技術(shù)難點(diǎn)和成本的限制，以及封裝厚度增加等問(wèn)題，目前2.5D 中介轉(zhuǎn)按層處于小批量生產(chǎn)階段。圖所示為T(mén)SV 中介轉(zhuǎn)接層加工工藝流程。

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