1、WIN-WINRELATIONSHIPSCREATETHEWORLDSNo.1PRODUCTS堆疊/3D封裝的關鍵技術之一-硅片減薄東精精密設備（上海）有限公司廖凱AccretechChinaCo.,Ltd.1、背景從上世紀后期開始的電子產品小型化趨勢持續而且廣泛的改變著人們的生活。這股便攜化的浪潮從最初的收音機、隨身聽等發展到今天的筆記本電腦、手機等，并且越來越趨向于將各種功能集成在某種便攜式終端平臺上。例如，今天的手機就可以集成通話、計算、數據系統級芯片（SOC）、系處理、照相、攝像、網絡、多媒體等各種功能。半導體集成電路技術的發展是這些變化的主要技術驅動力量。統級封裝（SIP）等技術的發

2、展使得IC器件的功能得到了空前的提高，特別是應用于SIP的StackPackage/3DPackage等封裝內集成技術的大行其道使得某些產品領域表現出了超越摩爾定律的超常發展趨勢。其中最典型的例子就是閃存類產品，其主流終端產品容量從4、5年前的幾十兆位到今天的幾千兆位，幾乎在短短幾年間就提高了近百倍。其中設計及晶圓加工技術的提高固然作用巨大，但是疊層封裝的發展卻起到了倍乘的推動作用。業界越來越認識到，堆疊/3D封裝在器件的系統級功能實現、存儲容量的增加等方面所具有的工藝簡易及成本低廉等巨大優勢。雖然實現復雜的系統級3D封裝還有很長的路要走,如針對3D系統級封裝的電路設計、晶圓制造的工藝制程、新

3、增封裝工藝步驟帶來的工藝流程變化等都需要業界各方面的進一步協調和努力，但是回顧一下存儲產品的堆疊封裝技術在過去幾年里的成功發展經驗可以使我們進一步了解未來3D封裝的技術要求。圖1簡要的描述了多層封裝的不同形式、發展階段及各自的優勢。現階段的多層封裝技術仍然處于封裝堆疊（Stackedpackage）的階段。國際上已經有少數大廠開始試驗及評價POP（PackageonPackage）的量產。而3D互連還處于工藝討論和技術規劃的階段PiLckaucOnPatkagcSiacktd-DitPackageMenionxNLoicChipStuckMeniciyCapacityPEickiJsicSla

4、ckMemoryCapaciry扌裝的發展趨勢mH旳圖1：多層封IMeinoivxNLJUUU3DlulcrcuwiccliouMemoir+Logic:BarChipStackftjeinonCapacilyHi呂hPinContactWIN-WINRELATIONSHIPSCREATETHEWORLDSNo.1PRODUCTS需要被減薄。一般來說,較為先進的多層封裝使用的芯論R亡山iHion無論堆疊形式和連線方式如何改變，在封裝整體厚度不變甚至有所降低的趨勢下，中所用各層芯片的厚度就不可避竊甬片厚度都在100um以下。長遠來說，根據目前的路線圖在2010年左右，芯片厚度將達到25um左右的

5、近乎極限厚度，堆疊的層數達到10層以上。即使不考慮多層堆疊的要求，單是芯片間的通孔互連技術就要求上層芯片的厚度在20-30um，這是現有等離子開孔及金屬沉積技術所比較適用的厚度，同時也幾乎僅僅是整個器件層的厚度。因此，硅片的超薄化工藝（50um）將在封裝技術中扮演越來越重要的角色，其應用范圍也會越來越廣泛。2、減薄技術所面臨的主要挑戰及解決之道2.1減薄能力減薄技術面臨的首要挑戰就是超薄化工藝所要求的50um的減薄能力。傳統上，減薄工藝僅僅需要將硅片從晶圓加工完成時的原始厚度減薄到300-400um。在這個厚度上，硅片仍然具有相當的厚度來容忍減薄工程中的磨削對硅片的損傷及內在應力，同時其剛性也

6、足以使硅片保持原有的平整狀態。通過電子透鏡TEM的觀察，我們可以清楚地看到在傳統減薄=工藝的325#和2000#粗精磨之后殘留在磨削表面的損傷（圖2）。這些損傷是造成破片的主要直接原因。之所以產生這樣的損傷是因為磨削工藝本身就是一種物理損傷性工藝，其去除硅個施破移除的過程。為了消除這些表面損傷及應力，人們考慮了各種方法：干拋、濕拋、干法刻蝕、濕法刻蝕等，目前在實際量產中應用最多的是濕法拋光工藝。圖3顯示了不同拋光去除Removalamoui子t鏡.OumSurface事實上，人們對減薄厚度極限的挑戰已經有了驚人的成就。圖5所示東京精密公司在業界量下，表面損傷的改善狀況。可以看到拋光量達到1.5

7、um以上后，表面的損傷就基本上被去除掉了。率先實現的5um硅片就展示了可見光透過硅片后，由于短波長無法通過而使得硅片在視覺上通體發紅的有趣物理現象。從圖片中可以清楚地看到工程師放在背面捧住硅片的手指。當然，5um已經小于很多器件本身的厚度，所以不太可能在量產中被應用到。但是其實現的技術對于25um以上減薄是具有指導意義的。2.2超薄硅片的搬送圖5減薄至5um的硅片在硅片被減薄到100um以下后，除了對減薄自身的挑戰外，向后續工藝的硅片傳遞、搬送也遇到了很大的問題。硅片在這樣的厚度下，即使通過應力消減減少了翹曲，但仍然表現出形態上柔軟、剛性差，實質脆弱的物理特性。這樣的特性給硅片的搬送帶來了很大

8、的麻煩。在各道獨立的工序間搬送這樣的硅片需要特制的硅片支撐系統。硅片支撐系統一般是通過把高剛性的圓片(一般是特制硅片或玻璃片)粘結在硅片上，使其和加工片一起作為整體被加工，達到可以使用普通搬送機械手和片盒的目的。但是硅片支撐系統在實際的開發、認證、使用中遇到了諸多至今仍未克服的問題。概括起來有三類：1.增加了實際加工硅片的厚度控制難度，其厚度均一性難以達到要求；2.增加的支撐片粘貼、去除工藝的控制難度高；3.大量增加了長期的運行成本。在硅片支撐系統中不僅其中使用的粘結材料是消耗品，而且起支撐作用的圓片在每次被剝離后都要進行特殊的處理以使其保持粘結面的平整和厚度的均勻。基于這些原因，硅片支撐系統

9、很少在大規模生產中被采用。目前業界的主流解決方案是采用東京精密公司所率先倡導的一體機思路，將硅片的磨削、拋光、保護膜去除、劃片膜粘貼等工序集合在一臺設備內，通過獨創的機械式搬送系統使硅片從磨片一直到粘貼劃片膜為止始終被吸在真空吸盤上，始終保持平整狀態。當硅片被PG200/300本機PG200/300RM的部分是磨片和拋光的空吸盤的大圓盤回轉E片在不用離開真空吸到粗磨、精磨、拋光等尊的過程。這一獨創的的嚴重翹曲所造成的I時也避免了磨片后的進而破裂的危險。y右邊的rm部是通過二要完成保護膜的去除瓦將硅片進行正反的翻東京精密公司的設計y用劃片膜張貼到框架-問題。除此之外，東京精密的RM模塊還在業界第一次實現了對所有帀場王流劃片膜的支持,而且還支持預切體機圖6一京精密PG200/HH丄中剝3910R意圖。圖3的P1260移厚還薄的硅片會順從i生翹曲、下垂等問題,割膜、含粘片膜(DieAttachFilm)的2合1膜等，以適應各種工藝和產品要求。圖6所示僅僅是一個基本的配置形式。根據不同的工藝要求，可以柔性地在PG和RM之間加入相應的特定工藝模塊，如激光劃片、硅片的背面等離子處理等，從而極大地豐富了設備的功能及擴展了對未來產品趨勢和要求的適應性。3、結語在今天疊層封裝蓬勃發展、方興未艾的同時，以通孔互連為技術特征的3D封裝也日益成為系統級封裝的主要發展方向。