來(lái)源：泛林半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)

當(dāng)聽(tīng)到“半導(dǎo)體”這個(gè)詞時(shí)，你會(huì)想到什么？它聽(tīng)起來(lái)復(fù)雜且遙遠(yuǎn)，但其實(shí)已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)方面：從智能手機(jī)、筆記本電腦、信用卡到地鐵，我們?nèi)粘Ｉ钏蕾?lài)的各種物品都用到了半導(dǎo)體。

每個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造都需要數(shù)百個(gè)工藝，泛林集團(tuán)將整個(gè)制造過(guò)程分為八個(gè)步驟：晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-互連-測(cè)試-封裝。

為幫助大家了解和認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體及相關(guān)工藝，我們將以三期微信推送，為大家逐一介紹上述每個(gè)步驟。

第一步 晶圓加工

所有半導(dǎo)體工藝都始于一粒沙子！因?yàn)樯匙铀墓枋巧a(chǎn)晶圓所需要的原材料。晶圓是將硅(Si)或砷化鎵(GaAs)制成的單晶柱體切割形成的圓薄片。要提取高純度的硅材料需要用到硅砂，一種二氧化硅含量高達(dá)95%的特殊材料，也是制作晶圓的主要原材料。晶圓加工就是制作獲取上述晶圓的過(guò)程。

① 鑄錠?

首先需將沙子加熱，分離其中的一氧化碳和硅，并不斷重復(fù)該過(guò)程直至獲得超高純度的電子級(jí)硅(EG-Si)。高純硅熔化成液體，進(jìn)而再凝固成單晶固體形式，稱(chēng)為“錠”，這就是半導(dǎo)體制造的第一步。硅錠（硅柱）的制作精度要求很高，達(dá)到納米級(jí)，其廣泛應(yīng)用的制造方法是提拉法。

② 錠切割

前一個(gè)步驟完成后，需要用金剛石鋸切掉鑄錠的兩端，再將其切割成一定厚度的薄片。錠薄片直徑?jīng)Q定了晶圓的尺寸，更大更薄的晶圓能被分割成更多的可用單元，有助于降低生產(chǎn)成本。切割硅錠后需在薄片上加入“平坦區(qū)”或“凹痕”標(biāo)記，方便在后續(xù)步驟中以其為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置加工方向。

③ 晶圓表面拋光

通過(guò)上述切割過(guò)程獲得的薄片被稱(chēng)為“裸片”，即未經(jīng)加工的“原料晶圓”。裸片的表面凹凸不平，無(wú)法直接在上面印制電路圖形。因此，需要先通過(guò)研磨和化學(xué)刻蝕工藝去除表面瑕疵，然后通過(guò)拋光形成光潔的表面，再通過(guò)清洗去除殘留污染物，即可獲得表面整潔的成品晶圓。

第二步 氧化

氧化過(guò)程的作用是在晶圓表面形成保護(hù)膜。它可以保護(hù)晶圓不受化學(xué)雜質(zhì)影響、避免漏電流進(jìn)入電路、預(yù)防離子植入過(guò)程中的擴(kuò)散以及防止晶圓在刻蝕時(shí)滑脫。

氧化過(guò)程的第一步是去除雜質(zhì)和污染物，需要通過(guò)四步去除有機(jī)物、金屬等雜質(zhì)及蒸發(fā)殘留的水分。清潔完成后就可以將晶圓置于800至1200攝氏度的高溫環(huán)境下，通過(guò)氧氣或蒸氣在晶圓表面的流動(dòng)形成二氧化硅（即“氧化物”）層。氧氣擴(kuò)散通過(guò)氧化層與硅反應(yīng)形成不同厚度的氧化層，可以在氧化完成后測(cè)量它的厚度。

干法氧化和濕法氧化

根據(jù)氧化反應(yīng)中氧化劑的不同，熱氧化過(guò)程可分為干法氧化和濕法氧化，前者使用純氧產(chǎn)生二氧化硅層，速度慢但氧化層薄而致密，后者需同時(shí)使用氧氣和高溶解度的水蒸氣，其特點(diǎn)是生長(zhǎng)速度快但保護(hù)層相對(duì)較厚且密度較低。

除氧化劑以外，還有其他變量會(huì)影響到二氧化硅層的厚度。首先，晶圓結(jié)構(gòu)及其表面缺陷和內(nèi)部摻雜濃度都會(huì)影響氧化層的生成速率。此外，氧化設(shè)備產(chǎn)生的壓力和溫度越高，氧化層的生成就越快。在氧化過(guò)程，還需要根據(jù)單元中晶圓的位置而使用假片，以保護(hù)晶圓并減小氧化度的差異。

第三步 光刻

光刻是通過(guò)光線將電路圖案“印刷”到晶圓上，我們可以將其理解為在晶圓表面繪制半導(dǎo)體制造所需的平面圖。電路圖案的精細(xì)度越高，成品芯片的集成度就越高，必須通過(guò)先進(jìn)的光刻技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，光刻可分為涂覆光刻膠、曝光和顯影三個(gè)步驟。

① 涂覆光刻膠

在晶圓上繪制電路的第一步是在氧化層上涂覆光刻膠。光刻膠通過(guò)改變化學(xué)性質(zhì)的方式讓晶圓成為“相紙”。晶圓表面的光刻膠層越薄，涂覆越均勻，可以印刷的圖形就越精細(xì)。這個(gè)步驟可以采用“旋涂”方法。

根據(jù)光（紫外線）反應(yīng)性的區(qū)別，光刻膠可分為兩種：正膠和負(fù)膠，前者在受光后會(huì)分解并消失，從而留下未受光區(qū)域的圖形，而后者在受光后會(huì)聚合并讓受光部分的圖形顯現(xiàn)出來(lái)。

② 曝光

在晶圓上覆蓋光刻膠薄膜后，就可以通過(guò)控制光線照射來(lái)完成電路印刷，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“曝光”。我們可以通過(guò)曝光設(shè)備來(lái)選擇性地通過(guò)光線，當(dāng)光線穿過(guò)包含電路圖案的掩膜時(shí)，就能將電路印制到下方涂有光刻膠薄膜的晶圓上。

在曝光過(guò)程中，印刷圖案越精細(xì)，最終的芯片就能夠容納更多元件，這有助于提高生產(chǎn)效率并降低單個(gè)元件的成本。在這個(gè)領(lǐng)域，目前備受矚目的新技術(shù)是EUV光刻。去年2月，泛林集團(tuán)與戰(zhàn)略合作伙伴ASML和imec共同研發(fā)出了一種全新的干膜光刻膠技術(shù)。該技術(shù)能通過(guò)提高分辨率（微調(diào)電路寬度的關(guān)鍵要素）大幅提升EUV光刻曝光工藝的生產(chǎn)率和良率。

③ 顯影

曝光之后的步驟是在晶圓上噴涂顯影劑，目的是去除圖形未覆蓋區(qū)域的光刻膠，從而讓印刷好的電路圖案顯現(xiàn)出來(lái)。顯影完成后需要通過(guò)各種測(cè)量設(shè)備和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢查，確保電路圖繪制的質(zhì)量。

以上是對(duì)晶圓加工、氧化和光刻工藝的簡(jiǎn)要介紹，下面，我們將為大家介紹半導(dǎo)體制造中兩大重要步驟——刻蝕和薄膜沉積！

第四步 刻蝕

在晶圓上完成電路圖的光刻后，就要用刻蝕工藝來(lái)去除任何多余的氧化膜且只留下半導(dǎo)體電路圖。要做到這一點(diǎn)需要利用液體、氣體或等離子體來(lái)去除選定的多余部分。

刻蝕的方法主要分為兩種，取決于所使用的物質(zhì)：使用特定的化學(xué)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除氧化膜的濕法刻蝕，以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。

濕法刻蝕

使用化學(xué)溶液去除氧化膜的濕法刻蝕具有成本低、刻蝕速度快和生產(chǎn)率高的優(yōu)勢(shì)。然而，濕法刻蝕具有各向同性的特點(diǎn)，即其速度在任何方向上都是相同的。這會(huì)導(dǎo)致掩膜（或敏感膜）與刻蝕后的氧化膜不能完全對(duì)齊，因此很難處理非常精細(xì)的電路圖。

干法刻蝕

干法刻蝕可分為三種不同類(lèi)型。第一種為化學(xué)刻蝕，其使用的是刻蝕氣體（主要是氟化氫）。和濕法刻蝕一樣，這種方法也是各向同性的，這意味著它也不適合用于精細(xì)的刻蝕。

第二種方法是物理濺射，即用等離子體中的離子來(lái)撞擊并去除多余的氧化層。作為一種各向異性的刻蝕方法，濺射刻蝕在水平和垂直方向的刻蝕速度是不同的，因此它的精細(xì)度也要超過(guò)化學(xué)刻蝕。但這種方法的缺點(diǎn)是刻蝕速度較慢，因?yàn)樗耆蕾?lài)于離子碰撞引起的物理反應(yīng)。

最后的第三種方法就是反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。RIE結(jié)合了前兩種方法，即在利用等離子體進(jìn)行電離物理刻蝕的同時(shí)，借助等離子體活化后產(chǎn)生的自由基進(jìn)行化學(xué)刻蝕。除了刻蝕速度超過(guò)前兩種方法以外，RIE可以利用離子各向異性的特性，實(shí)現(xiàn)高精細(xì)度圖案的刻蝕。

如今干法刻蝕已經(jīng)被廣泛使用，以提高精細(xì)半導(dǎo)體電路的良率。保持全晶圓刻蝕的均勻性并提高刻蝕速度至關(guān)重要，當(dāng)今最先進(jìn)的干法刻蝕設(shè)備正在以更高的性能，支持最為先進(jìn)的邏輯和存儲(chǔ)芯片的生產(chǎn)。

針對(duì)不同的刻蝕應(yīng)用，泛林集團(tuán)提供多個(gè)刻蝕產(chǎn)品系列，包括用于深硅刻蝕的DSiE?系列和Syndion?系列、關(guān)鍵介電刻蝕產(chǎn)品Flex?系列、用于導(dǎo)體刻蝕的Kiyo?系列、用于金屬刻蝕的Versys? Metal系列。在行業(yè)領(lǐng)先的Kiyo和Flex工藝模塊的基礎(chǔ)上，泛林集團(tuán)還于去年3月推出Sense.i?系列，其高性能表現(xiàn)能夠滿(mǎn)足前述生產(chǎn)過(guò)程所需的精確性和一致性要求，適合各種關(guān)鍵和半關(guān)鍵性刻蝕應(yīng)用。

第五步 薄膜沉積

為了創(chuàng)建芯片內(nèi)部的微型器件，我們需要不斷地沉積一層層的薄膜并通過(guò)刻蝕去除掉其中多余的部分，另外還要添加一些材料將不同的器件分離開(kāi)來(lái)。每個(gè)晶體管或存儲(chǔ)單元就是通過(guò)上述過(guò)程一步步構(gòu)建起來(lái)的。我們這里所說(shuō)的“薄膜”是指厚度小于1微米（μm，百萬(wàn)分之一米）、無(wú)法通過(guò)普通機(jī)械加工方法制造出來(lái)的“膜”。將包含所需分子或原子單元的薄膜放到晶圓上的過(guò)程就是“沉積”。

要形成多層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，我們需要先制造器件疊層，即在晶圓表面交替堆疊多層薄金屬（導(dǎo)電）膜和介電（絕緣）膜，之后再通過(guò)重復(fù)刻蝕工藝去除多余部分并形成三維結(jié)構(gòu)。可用于沉積過(guò)程的技術(shù)包括化學(xué)氣相沉積 (CVD)、原子層沉積 (ALD) 和物理氣相沉積 (PVD)，采用這些技術(shù)的方法又可以分為干法和濕法沉積兩種。

01.化學(xué)氣相沉積

在化學(xué)氣相沉積中，前驅(qū)氣體會(huì)在反應(yīng)腔發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并生成附著在晶圓表面的薄膜以及被抽出腔室的副產(chǎn)物。

等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積則需要借助等離子體產(chǎn)生反應(yīng)氣體。這種方法降低了反應(yīng)溫度，因此非常適合對(duì)溫度敏感的結(jié)構(gòu)。使用等離子體還可以減少沉積次數(shù)，往往可以帶來(lái)更高質(zhì)量的薄膜。

02.原子層沉積

原子層沉積通過(guò)每次只沉積幾個(gè)原子層從而形成薄膜。該方法的關(guān)鍵在于循環(huán)按一定順序進(jìn)行的獨(dú)立步驟并保持良好的控制。在晶圓表面涂覆前驅(qū)體是第一步，之后引入不同的氣體與前驅(qū)體反應(yīng)即可在晶圓表面形成所需的物質(zhì)。

03.物理氣相沉積

顧名思義，物理氣相沉積是指通過(guò)物理手段形成薄膜。濺射就是一種物理氣相沉積方法，其原理是通過(guò)氬等離子體的轟擊讓靶材的原子濺射出來(lái)并沉積在晶圓表面形成薄膜。

在某些情況下，可以通過(guò)紫外線熱處理 (UVTP) 等技術(shù)對(duì)沉積膜進(jìn)行處理并改善其性能。

泛林集團(tuán)的沉積設(shè)備均具備出色的精度、性能和靈活性，包括適用于鎢金屬化工藝的ALTUS?系列、具有后薄膜沉積處理能力的SOLA?系列、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積SPEED?系列、采用先進(jìn)ALD技術(shù)的Striker?系列以及VECTOR? PECVD系列等。

我們已經(jīng)從前面的了解了半導(dǎo)體制造的前幾大步驟，包括晶圓加工、氧化、光刻、刻蝕和薄膜沉積。我們繼續(xù)介紹最后三個(gè)步驟：互連、測(cè)試和封裝，以完成半導(dǎo)體芯片的制造。

第六步 · 互連

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性處于導(dǎo)體與非導(dǎo)體（即絕緣體）之間，這種特性使我們能完全掌控電流。通過(guò)基于晶圓的光刻、刻蝕和沉積工藝可以構(gòu)建出晶體管等元件，但還需要將它們連接起來(lái)才能實(shí)現(xiàn)電力與信號(hào)的發(fā)送與接收。

金屬因其具有導(dǎo)電性而被用于電路互連。用于半導(dǎo)體的金屬需要滿(mǎn)足以下條件：

低電阻率：由于金屬電路需要傳遞電流，因此其中的金屬應(yīng)具有較低的電阻。

熱化學(xué)穩(wěn)定性：金屬互連過(guò)程中金屬材料的屬性必須保持不變。

高可靠性：隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，即便是少量金屬互連材料也必須具備足夠的耐用性。

制造成本：即使已經(jīng)滿(mǎn)足前面三個(gè)條件，材料成本過(guò)高的話也無(wú)法滿(mǎn)足批量生產(chǎn)的需要。互連工藝主要使用鋁和銅這兩種物質(zhì)。

鋁互連工藝

鋁互連工藝始于鋁沉積、光刻膠應(yīng)用以及曝光與顯影，隨后通過(guò)刻蝕有選擇地去除任何多余的鋁和光刻膠，然后才能進(jìn)入氧化過(guò)程。前述步驟完成后再不斷重復(fù)光刻、刻蝕和沉積過(guò)程直至完成互連。

除了具有出色的導(dǎo)電性，鋁還具有容易光刻、刻蝕和沉積的特點(diǎn)。此外，它的成本較低，與氧化膜粘附的效果也比較好。其缺點(diǎn)是容易腐蝕且熔點(diǎn)較低。另外，為防止鋁與硅反應(yīng)導(dǎo)致連接問(wèn)題，還需要添加金屬沉積物將鋁與晶圓隔開(kāi)，這種沉積物被稱(chēng)為“阻擋金屬”。

鋁電路是通過(guò)沉積形成的。晶圓進(jìn)入真空腔后，鋁顆粒形成的薄膜會(huì)附著在晶圓上。這一過(guò)程被稱(chēng)為“氣相沉積 (VD) ”，包括化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積。

銅互連工藝

隨著半導(dǎo)體工藝精密度的提升以及器件尺寸的縮小，鋁電路的連接速度和電氣特性逐漸無(wú)法滿(mǎn)足要求，為此我們需要尋找滿(mǎn)足尺寸和成本兩方面要求的新導(dǎo)體。銅之所以能取代鋁的第一個(gè)原因就是其電阻更低，因此能實(shí)現(xiàn)更快的器件連接速度。其次銅的可靠性更高，因?yàn)樗蠕X更能抵抗電遷移，也就是電流流過(guò)金屬時(shí)發(fā)生的金屬離子運(yùn)動(dòng)。

但是，銅不容易形成化合物，因此很難將其氣化并從晶圓表面去除。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們不再去刻蝕銅，而是沉積和刻蝕介電材料，這樣就可以在需要的地方形成由溝道和通路孔組成的金屬線路圖形，之后再將銅填入前述“圖形”即可實(shí)現(xiàn)互連，而最后的填入過(guò)程被稱(chēng)為“鑲嵌工藝”。

隨著銅原子不斷擴(kuò)散至電介質(zhì)，后者的絕緣性會(huì)降低并產(chǎn)生阻擋銅原子繼續(xù)擴(kuò)散的阻擋層。之后阻擋層上會(huì)形成很薄的銅種子層。到這一步之后就可以進(jìn)行電鍍，也就是用銅填充高深寬比的圖形。填充后多余的銅可以用金屬化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP) 方法去除，完成后即可沉積氧化膜，多余的膜則用光刻和刻蝕工藝去除即可。前述整個(gè)過(guò)程需要不斷重復(fù)直至完成銅互連為止。

通過(guò)上述對(duì)比可以看出，銅互連和鋁互連的區(qū)別在于，多余的銅是通過(guò)金屬CMP而非刻蝕去除的。

第七步 測(cè)試

測(cè)試的主要目標(biāo)是檢驗(yàn)半導(dǎo)體芯片的質(zhì)量是否達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，從而消除不良產(chǎn)品、并提高芯片的可靠性。另外，經(jīng)測(cè)試有缺陷的產(chǎn)品不會(huì)進(jìn)入封裝步驟，有助于節(jié)省成本和時(shí)間。電子管芯分選 (EDS) 就是一種針對(duì)晶圓的測(cè)試方法。

EDS是一種檢驗(yàn)晶圓狀態(tài)中各芯片的電氣特性并由此提升半導(dǎo)體良率的工藝。EDS可分為五步，具體如下 ：

01.電氣參數(shù)監(jiān)控 (EPM)

EPM是半導(dǎo)體芯片測(cè)試的第一步。該步驟將對(duì)半導(dǎo)體集成電路需要用到的每個(gè)器件（包括晶體管、電容器和二極管）進(jìn)行測(cè)試，確保其電氣參數(shù)達(dá)標(biāo)。EPM的主要作用是提供測(cè)得的電氣特性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將被用于提高半導(dǎo)體制造工藝的效率和產(chǎn)品性能（并非檢測(cè)不良產(chǎn)品）。

02.晶圓老化測(cè)試

半導(dǎo)體不良率來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，即制造缺陷的比率（早期較高）和之后整個(gè)生命周期發(fā)生缺陷的比率。晶圓老化測(cè)試是指將晶圓置于一定的溫度和AC/DC電壓下進(jìn)行測(cè)試，由此找出其中可能在早期發(fā)生缺陷的產(chǎn)品，也就是說(shuō)通過(guò)發(fā)現(xiàn)潛在缺陷來(lái)提升最終產(chǎn)品的可靠性。

03.檢測(cè)

老化測(cè)試完成后就需要用探針卡將半導(dǎo)體芯片連接到測(cè)試裝置，之后就可以對(duì)晶圓進(jìn)行溫度、速度和運(yùn)動(dòng)測(cè)試以檢驗(yàn)相關(guān)半導(dǎo)體功能。具體測(cè)試步驟的說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn)表格。

04.修補(bǔ)

修補(bǔ)是最重要的測(cè)試步驟，因?yàn)槟承┎涣夹酒强梢孕迯?fù)的，只需替換掉其中存在問(wèn)題的元件即可。

05.點(diǎn)墨

未能通過(guò)電氣測(cè)試的芯片已經(jīng)在之前幾個(gè)步驟中被分揀出來(lái)，但還需要加上標(biāo)記才能區(qū)分它們。過(guò)去我們需要用特殊墨水標(biāo)記有缺陷的芯片，保證它們用肉眼即可識(shí)別，如今則是由系統(tǒng)根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)值自動(dòng)進(jìn)行分揀。

第八步 · 封裝

經(jīng)過(guò)之前幾個(gè)工藝處理的晶圓上會(huì)形成大小相等的方形芯片（又稱(chēng)“單個(gè)晶片”）。下面要做的就是通過(guò)切割獲得單獨(dú)的芯片。剛切割下來(lái)的芯片很脆弱且不能交換電信號(hào)，需要單獨(dú)進(jìn)行處理。這一處理過(guò)程就是封裝，包括在半導(dǎo)體芯片外部形成保護(hù)殼和讓它們能夠與外部交換電信號(hào)。整個(gè)封裝制程分為五步，即晶圓鋸切、單個(gè)晶片附著、互連、成型和封裝測(cè)試。

01.晶圓鋸切

要想從晶圓上切出無(wú)數(shù)致密排列的芯片，我們首先要仔細(xì)“研磨”晶圓的背面直至其厚度能夠滿(mǎn)足封裝工藝的需要。研磨后，我們就可以沿著晶圓上的劃片線進(jìn)行切割，直至將半導(dǎo)體芯片分離出來(lái)。

晶圓鋸切技術(shù)有三種：刀片切割、激光切割和等離子切割。刀片切割是指用金剛石刀片切割晶圓，這種方法容易產(chǎn)生摩擦熱和碎屑并因此損壞晶圓。激光切割的精度更高，能輕松處理厚度較薄或劃片線間距很小的晶圓。等離子切割采用等離子刻蝕的原理，因此即使劃片線間距非常小，這種技術(shù)同樣能適用。

02.單個(gè)晶片附著

所有芯片都從晶圓上分離后，我們需要將單獨(dú)的芯片（單個(gè)晶片）附著到基底（引線框架）上。基底的作用是保護(hù)半導(dǎo)體芯片并讓它們能與外部電路進(jìn)行電信號(hào)交換。附著芯片時(shí)可以使用液體或固體帶狀粘合劑。

03.互連

在將芯片附著到基底上之后，我們還需要連接二者的接觸點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)電信號(hào)交換。這一步可以使用的連接方法有兩種：使用細(xì)金屬線的引線鍵合和使用球形金塊或錫塊的倒裝芯片鍵合。引線鍵合屬于傳統(tǒng)方法，倒裝芯片鍵合技術(shù)可以加快半導(dǎo)體制造的速度。

04.成型

完成半導(dǎo)體芯片的連接后，需要利用成型工藝給芯片外部加一個(gè)包裝，以保護(hù)半導(dǎo)體集成電路不受溫度和濕度等外部條件影響。根據(jù)需要制成封裝模具后，我們要將半導(dǎo)體芯片和環(huán)氧模塑料 (EMC) 都放入模具中并進(jìn)行密封。密封之后的芯片就是最終形態(tài)了。

05.封裝測(cè)試

已經(jīng)具有最終形態(tài)的芯片還要通過(guò)最后的缺陷測(cè)試。進(jìn)入最終測(cè)試的全部是成品的半導(dǎo)體芯片。它們將被放入測(cè)試設(shè)備，設(shè)定不同的條件例如電壓、溫度和濕度等進(jìn)行電氣、功能和速度測(cè)試。這些測(cè)試的結(jié)果可以用來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

封裝技術(shù)的演變

隨著芯片體積的減少和性能要求的提升，封裝在過(guò)去數(shù)年間已經(jīng)歷了多次技術(shù)革新。面向未來(lái)的一些封裝技術(shù)和方案包括將沉積用于傳統(tǒng)后道工藝，例如晶圓級(jí)封裝(WLP)、凸塊工藝和重布線層 (RDL) 技術(shù)，以及用于前道晶圓制造的的刻蝕和清潔技術(shù)。

下面我們介紹一些基于泛林集團(tuán)開(kāi)發(fā)的先進(jìn)封裝解決方案。

什么是先進(jìn)封裝？

傳統(tǒng)封裝需要將每個(gè)芯片都從晶圓中切割出來(lái)并放入模具中。晶圓級(jí)封裝(WLP)則是先進(jìn)封裝技術(shù)的一種, 是指直接封裝仍在晶圓上的芯片。WLP的流程是先封裝測(cè)試，然后一次性將所有已成型的芯片從晶圓上分離出來(lái)。與傳統(tǒng)封裝相比，WLP的優(yōu)勢(shì)在于更低的生產(chǎn)成本。

先進(jìn)封裝可劃分為2D封裝、2.5D封裝和3D封裝。
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更小的2D封裝

如前所述，封裝工藝的主要用途包括將半導(dǎo)體芯片的信號(hào)發(fā)送到外部，而在晶圓上形成的凸塊就是發(fā)送輸入/輸出信號(hào)的接觸點(diǎn)。這些凸塊分為扇入型(fan-in) 和扇出型 (fan-out) 兩種，前者的扇形在芯片內(nèi)部，后者的扇形則要超出芯片范圍。我們將輸入/輸出信號(hào)稱(chēng)為I/O（輸入/輸出），輸入/輸出數(shù)量稱(chēng)為I/O計(jì)數(shù)。I/O計(jì)數(shù)是確定封裝方法的重要依據(jù)。如果I/O計(jì)數(shù)低就采用扇入封裝工藝。由于封裝后芯片尺寸變化不大，因此這種過(guò)程又被稱(chēng)為芯片級(jí)封裝 (CSP) 或晶圓級(jí)芯片尺寸封裝 (WLCSP)。如果I/O計(jì)數(shù)較高，則通常要采用扇出型封裝工藝，且除凸塊外還需要重布線層 (RDL) 才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送。這就是“扇出型晶圓級(jí)封裝 (FOWLP)”。

2.5D 封裝

2.5D封裝技術(shù)可以將兩種或更多類(lèi)型的芯片放入單個(gè)封裝，同時(shí)讓信號(hào)橫向傳送，這樣可以提升封裝的尺寸和性能。最廣泛使用的2.5D封裝方法是通過(guò)硅中介層將內(nèi)存和邏輯芯片放入單個(gè)封裝。2.5D封裝需要硅通孔 (TSV)、微型凸塊和小間距RDL等核心技術(shù)。

3D 封裝

3D封裝技術(shù)可以將兩種或更多類(lèi)型的芯片放入單個(gè)封裝，同時(shí)讓信號(hào)縱向傳送。這種技術(shù)適用于更小和I/O計(jì)數(shù)更高的半導(dǎo)體芯片。TSV可用于I/O計(jì)數(shù)高的芯片，引線鍵合可用于I/O計(jì)數(shù)低的芯片，并最終形成芯片垂直排列的信號(hào)系統(tǒng)。3D封裝需要的核心技術(shù)包括TSV和微型凸塊技術(shù)。

泛林集團(tuán)能夠提供上述工藝所需的核心方案，包括硅刻蝕、金屬擴(kuò)散阻擋層、鍍銅和清洗技術(shù)，以及構(gòu)建微型凸塊和微型RDL所需的電鍍、清洗和濕刻蝕方案。

至此，半導(dǎo)體產(chǎn)品制造的八個(gè)步驟“晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-互連-測(cè)試-封裝”已全部介紹完畢，從“沙粒”蛻變到“芯片”，半導(dǎo)體科技正在上演現(xiàn)實(shí)版“點(diǎn)石成金”。

　　審核編輯：湯梓紅