晶圓級(jí)封裝的工藝流程詳解

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。

圖7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。

▲圖7：晶圓承載系統(tǒng)工序

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。

7邊緣剝落(Chipping)：芯片或晶圓邊角損壞。

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

▲圖8：未切筋(上圖)與切筋后(下圖)的晶圓邊緣對(duì)比圖

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8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9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。

8批量回流焊工藝(Mass Reflow)：將多個(gè)器件按陳列連接到基板上，然后在烤箱等中一起加熱，以熔化焊料使之形成互聯(lián)的工藝。因一次性處理多個(gè)器件，所以在這個(gè)術(shù)語(yǔ)中使用了“批量”這一詞。

9熱壓縮工藝(Thermocompression)：對(duì)物體進(jìn)行加熱和加壓處理，使其進(jìn)行鍵合的一種工藝。

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。