先進(jìn)封裝中TSV工藝需要的相關(guān)設(shè)備

Hello,大家好，我們來(lái)分享下先進(jìn)封裝中TSV需要的相關(guān)設(shè)備。

TSV 生產(chǎn)流程涉及到深孔刻蝕、PVD、CVD、銅填充、微凸點(diǎn)及電鍍、清洗、減薄、鍵合等二十余種設(shè)備，其中深孔刻蝕、氣相沉積、銅填充、清洗、CMP去除多余的金屬、晶圓減薄、晶圓鍵合等工序涉及的設(shè)備最為關(guān)鍵。

1）深孔刻蝕設(shè)備

深孔刻蝕是TSV的關(guān)鍵工藝，目前首選技術(shù)是基于Bosch工藝的干法刻蝕。深反應(yīng)等離子刻蝕設(shè)備是感應(yīng)耦合高密度等離子體干法刻蝕機(jī)（InductivelyCoupled Plasma Etcher），采用半導(dǎo)體刻蝕機(jī)的成熟技術(shù)，獨(dú)特設(shè)計(jì)的雙等離子體源實(shí)現(xiàn)了對(duì)腔室內(nèi)等離子體密度的均勻控制，滿(mǎn)足硅高深寬比刻蝕工藝的要求。具有穩(wěn)定可靠的工藝性能、寬闊的工藝窗口和良好的工藝兼容性，用于晶片的高深寬比刻蝕。

Bosch 工藝（來(lái)源Tescan）

2）氣相沉積設(shè)備

氣相沉積設(shè)備主要用于薄膜電路表面的高低頻低應(yīng)力氧化硅等薄膜淀積。設(shè)備具有低溫TEOS工藝沉積氧化硅薄膜，應(yīng)力易調(diào)控，適用于薄膜電路制造中保護(hù)膜層的沉積。設(shè)備應(yīng)具有預(yù)真空室、基片傳送模塊以及工藝模塊等，傳片及工藝過(guò)程自動(dòng)化。絕緣層做好后，通過(guò)物理氣相沉積法（PVD）沉積金屬擴(kuò)散阻擋層和種子層，為后續(xù)的銅填充做好準(zhǔn)備。后續(xù)的電鍍銅填充要求TSV側(cè)壁和底部具有連續(xù)的阻擋層和種子層。種子層的連續(xù)性和均勻性被認(rèn)為是 TSV 銅填充最重要的影響因素。根據(jù)硅通孔的形狀、深寬比及沉積方法不同，種子層的特點(diǎn)也各有不同，種子層沉積的厚度、均勻性和粘合強(qiáng)度是極為重要的指標(biāo)。

3）銅填充設(shè)備

深孔金屬化電鍍?cè)O(shè)備用于新一代高頻組件高深寬比通孔填孔電鍍銅工藝，解決高深寬比微孔內(nèi)的金屬化問(wèn)題，提高互聯(lián)孔的可靠性。TSV填孔鍍銅工序是整個(gè)TSV工藝?yán)镒詈诵?、難度最大的工藝，對(duì)設(shè)備的要求比較高，成熟的用于TSV填孔鍍銅的設(shè)備價(jià)格昂貴。

4）減薄拋光設(shè)備

一旦完成了銅填充，則需要對(duì)晶圓進(jìn)行減薄拋光。TSV要求晶圓減薄至50μm甚至更薄，要使硅孔底部的銅暴露出來(lái)，為下一步的互連做準(zhǔn)備。目前晶圓減薄可以通過(guò)機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械拋光、濕法及干法化學(xué)處理等不同的加工工序來(lái)實(shí)現(xiàn)，但晶圓很難容忍減薄過(guò)程中的磨削對(duì)晶圓的損傷及內(nèi)在應(yīng)力，其剛性也難以使晶圓保持原有的平整狀態(tài)，同時(shí)后續(xù)工藝的晶圓傳遞、搬送也遇到了很大的問(wèn)題。目前業(yè)界的多采用一體機(jī)的思路，將晶圓的磨削、拋光、貼片等工序集合在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)。

5）清洗設(shè)備

TSV 的濕法清洗不同于晶圓級(jí)封裝等先進(jìn)封裝，其中有幾個(gè)關(guān)鍵工序需用到清洗：

①TSV刻蝕后清洗：有比較重的硅的殘留、側(cè)壁的polymer比較重，清洗的時(shí)候不能破壞底部的二氧化硅；

②TSV長(zhǎng)完liner后要把底部的二氧化硅打開(kāi)后清洗，清洗底部的同時(shí)不能破壞側(cè)壁長(zhǎng)好的liner的二氧化硅；

③大馬士革正面制程刻蝕后的清洗包括Via刻蝕后和Trench刻蝕后；

④露銅過(guò)程前后的清洗。

6）檢測(cè)量測(cè)設(shè)備

在后段封裝工藝中，芯片倒裝（Flip-chip）、圓片級(jí)封裝（Wafer-level Packaging）和硅通孔（Through-silicon Via，TSV）等先進(jìn)工藝要求對(duì)凸點(diǎn)（Bump）、通孔（TSV）、銅柱（Copper pillar）等的缺損/異物殘留及其形狀、間距、高度的一致性，以及重布線層（Re-distribution layer，RDL）進(jìn)行無(wú)接觸定量檢查和測(cè)量，以保證集成電路芯片生產(chǎn)線快速進(jìn)入量產(chǎn)階段并獲取穩(wěn)定的高成品率和高經(jīng)濟(jì)效益。