晶圆级封装的工艺流程详解

晶圆承载系统工艺

晶圆承载系统是指针对晶圆背面减薄进行进一步加工的系统，该工艺一般在背面研磨前使用。晶圆承载系统工序涉及两个步骤：首先是载片键合，需将被用于硅通孔封装的晶圆贴附于载片上;其次是载片脱粘，即在如晶圆背面凸点制作等流程完工后，将载片分离。

图7展示了晶圆承载系统的工艺步骤。首先在晶圆表面涂覆临时粘合剂，使其贴附于载片上;待晶圆背面的加工工序完成后，即可对载片进行脱粘，并去除残留粘合剂，以确保晶圆表面清洁。

▲图7：晶圆承载系统工序

进行载片键合时，需要注意几个因素：首先，载片键合后的晶圆整体厚度应均匀一致;其次，键合面不应存在空隙，两片晶圆对齐应准确无误;此外还应确保晶圆边缘不受到粘合剂污染，且在处理过程中应尽量避免晶圆发生弯曲。在载片脱粘过程中，还应注意：避免晶圆脱离载片后发生损坏，如边缘剥落(Chipping)7或出现裂纹等;避免粘合剂残留;避免凸点变形。

7边缘剥落(Chipping)：芯片或晶圆边角损坏。

在基于晶圆承载系统的封装工艺中，载片脱粘是一个相对复杂且重要的工序。因此，业界已经提出并研发多种脱粘方法，并针对每一种脱粘方法开发出相应的临时粘合剂。典型的脱粘方法包括热技术、激光烧蚀(Laser Ablation)后剥离、化学溶解、机器剥离后化学清洗等。

晶圆边缘切筋工艺

▲图8：未切筋(上图)与切筋后(下图)的晶圆边缘对比图

如图8上半部分红圈内区域所示，将采用硅通孔工艺封装的晶圆键合到晶圆载片上，经过背面研磨后，其边缘会变得较为尖锐。此种状态下，晶圆后续还将经历光刻、金属薄膜制备、电镀以在背面制作凸点等工序，这些工序会增加晶圆边缘剥落的风险。边缘裂纹可能会延伸至晶圆内部，进而导致后续工序无法进行，最终造成严重的良品损失。为避免此问题，对于采用硅通孔工艺封装的晶圆，在其进行载片键合前，应先对晶圆正面边缘进行切筋并去除修剪部分。如图8下半部分区域所示，将切筋后的晶圆贴附于晶圆载片并对其进行背面研磨时，锋利而凸起的边缘已消失。因此，在后续工序中，晶圆边缘剥落的风险也被消除。在切筋过程中，旋转的晶圆切割刀片穿过晶圆边缘，将指定的边缘区域切除。

堆叠工艺

硅通孔封装工艺中，在晶圆正面和背面形成的凸点均用于键合，以便堆叠。同样地，在倒片键合时，批量回流焊(Mass Reflow)工艺8和热压缩(Thermocompression)工艺9也用于键

合。根据堆叠方式的不同，堆叠工艺可分为芯片与芯片(Chip-to-Chip)堆叠、芯片与晶圆(Chip-to-Wafer)堆叠、晶圆与晶圆(Wafer-to-Wafer)堆叠。

8批量回流焊工艺(Mass Reflow)：将多个器件按陈列连接到基板上，然后在烤箱等中一起加热，以熔化焊料使之形成互联的工艺。因一次性处理多个器件，所以在这个术语中使用了“批量”这一词。

9热压缩工艺(Thermocompression)：对物体进行加热和加压处理，使其进行键合的一种工艺。

使用硅通孔工艺堆叠芯片时，需使用微型凸点。因此，凸点之间的间距很小，堆叠芯片之间的间距也很小，这就是以可靠性著称的热压缩工艺因被广泛使用的原因。然而，热压缩工艺也存在缺点，那就是耗时长，生产率底，因为在键合过程中必然会耗时去加热加压。因此热压缩工艺逐渐被批量回流焊工艺取代的趋势日益明显。

审核编辑：汤梓红