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晶圓級封裝的工藝流程詳解

閃德半導體 ? 來源:閃德半導體 ? 2023-11-13 14:02 ? 次閱讀

晶圓承載系統工藝

晶圓承載系統是指針對晶圓背面減薄進行進一步加工的系統,該工藝一般在背面研磨前使用。晶圓承載系統工序涉及兩個步驟: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制作等流程完工后,將載片分離。

圖7展示了晶圓承載系統的工藝步驟。首先在晶圓表面涂覆臨時粘合劑,使其貼附于載片上;待晶圓背面的加工工序完成后,即可對載片進行脫粘,并去除殘留粘合劑,以確保晶圓表面清潔。

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▲圖7:晶圓承載系統工序

進行載片鍵合時,需要注意幾個因素:首先,載片鍵合后的晶圓整體厚度應均勻一致;其次,鍵合面不應存在空隙,兩片晶圓對齊應準確無誤;此外還應確保晶圓邊緣不受到粘合劑污染,且在處理過程中應盡量避免晶圓發生彎曲。在載片脫粘過程中,還應注意:避免晶圓脫離載片后發生損壞,如邊緣剝落(Chipping)7或出現裂紋等;避免粘合劑殘留;避免凸點變形。

7邊緣剝落(Chipping):芯片或晶圓邊角損壞。

在基于晶圓承載系統的封裝工藝中,載片脫粘是一個相對復雜且重要的工序。因此,業界已經提出并研發多種脫粘方法,并針對每一種脫粘方法開發出相應的臨時粘合劑。典型的脫粘方法包括熱技術、激光燒蝕(Laser Ablation)后剝離、化學溶解、機器剝離后化學清洗等。

晶圓邊緣切筋工藝

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▲圖8:未切筋(上圖)與切筋后(下圖)的晶圓邊緣對比圖

如圖8上半部分紅圈內區域所示,將采用硅通孔工藝封裝的晶圓鍵合到晶圓載片上,經過背面研磨后,其邊緣會變得較為尖銳。此種狀態下,晶圓后續還將經歷光刻、金屬薄膜制備、電鍍以在背面制作凸點等工序,這些工序會增加晶圓邊緣剝落的風險。邊緣裂紋可能會延伸至晶圓內部,進而導致后續工序無法進行,最終造成嚴重的良品損失。為避免此問題,對于采用硅通孔工藝封裝的晶圓,在其進行載片鍵合前,應先對晶圓正面邊緣進行切筋并去除修剪部分。如圖8下半部分區域所示,將切筋后的晶圓貼附于晶圓載片并對其進行背面研磨時,鋒利而凸起的邊緣已消失。因此,在后續工序中,晶圓邊緣剝落的風險也被消除。在切筋過程中,旋轉的晶圓切割刀片穿過晶圓邊緣,將指定的邊緣區域切除。

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均用于鍵合,以便堆疊。同樣地,在倒片鍵合時,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的工藝。因一次性處理多個器件,所以在這個術語中使用了“批量”這一詞。

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

使用硅通孔工藝堆疊芯片時,需使用微型凸點。因此,凸點之間的間距很小,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,那就是耗時長,生產率底,因為在鍵合過程中必然會耗時去加熱加壓。因此熱壓縮工藝逐漸被批量回流焊工藝取代的趨勢日益明顯。

審核編輯:湯梓紅
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原文標題:半導體后端工藝:探索不同晶圓級封裝的工藝流程(下)

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