在上篇文章中介紹了扇入型晶圓級芯片封裝(Fan-In WLCSP)、扇出型晶圓級芯片封裝(Fan-Out WLCSP)、重新分配層(RDL)封裝、倒片(Flip Chip)封裝，這篇文章著重介紹硅通孔(TSV)封裝工藝。

硅通孔封裝工藝

圖6展示了采用中通孔(Via-middle)5方法的硅通孔封裝工藝步驟。首先在晶圓制造過程中形成通孔。隨后在封裝過程中，于晶圓正面形成焊接凸點。之后將晶圓貼附在晶圓載片上并進行背面研磨，在晶圓背面形成凸點后，將晶圓切割成獨立芯片單元，并進行堆疊。

5中通孔(Via Middle)：一種硅通孔工藝方法，在互補金屬氧化物半導(dǎo)體形成后及金屬層形成之前開展的工序。

接下來，將簡單概括中通孔的基本工序。首先在前道工序(Front-end of Line)中，在晶圓上制作晶體管，如互補金屬氧化物半導(dǎo)體等。隨后使用硬掩模(Hard Mask)6在硅通孔形成區(qū)域繪制電路圖案。之后利用干刻蝕(Dry Etching)工藝去除未覆蓋硬掩膜的區(qū)域，形成深槽。再利用化學(xué)氣相沉積工藝(Chemical Vapor Deposition)制備絕緣膜，如氧化物等。這層絕緣膜將用于隔絕填入槽中的銅等金屬物質(zhì)，防止硅片被金屬物質(zhì)污染。此外絕緣層上還將制備一層金屬薄層作為屏障。

6硬掩膜(Hard Mask)：一種由硬質(zhì)材料而非軟質(zhì)材料制成的薄膜，用于繪制更為精細的電路圖案。硬掩膜本身對光線并不敏感，所以需使用光刻膠才能進一步繪制電路圖案，以最終實施刻蝕工藝。

此金屬薄層將被用于電鍍銅層。電鍍完成后，采用化學(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polishing)技術(shù)使晶圓表面保持平滑，同時清除其表面銅基材，確保銅基材只留在溝槽中。然后通過后道工序(Back-end of Line)完成晶圓制造。

▲圖6：硅通孔封裝工序(? HANOL出版社)

使用硅通孔技術(shù)制造芯片堆疊封裝體時，一般可采用兩種類型的封裝方法。第一種方法是利用3D芯片堆疊技術(shù)的基板封裝。第二種方法則需創(chuàng)建KGSD，然后基于KGSD來制作2.5D或3D封裝。下文將詳細介紹如何創(chuàng)建KGSD，以及如何基于KGSD來制作2.5D封裝的過程。作為利用硅通孔技術(shù)制作而成的芯片堆疊封裝體，制作KGSD必需經(jīng)歷額外封裝工藝，如2.5D封裝、3D封裝以及扇出型晶圓級芯片封裝等，高帶寬存儲器(HBM)就是KGSD產(chǎn)品的一個典型例子。由于KGSD需經(jīng)歷額外封裝工藝，其作為連接引腳的焊接凸點需要比傳統(tǒng)錫球更加精細。因此3D封裝體中芯片堆疊在基板上，而KGSD中的芯片則堆疊于晶圓上方，晶圓也可以視為KGSD的最底層芯片。就HBM而言，位于最底層的芯片被稱為基礎(chǔ)芯片或基礎(chǔ)晶圓，而位于其上方的芯片則被稱為核心芯片。

此方法工序如下：首先，通過倒片工藝在基礎(chǔ)晶圓和核心晶圓的正面制作凸點。在制作2.5D封裝體時，基底晶圓需要排列凸點，使之能夠附著到中介層(Interposer);相反，核心晶圓上的凸點布局則是有助于晶圓正面的芯片堆疊。在晶圓正面形成凸點后，應(yīng)減薄晶圓，同時也需在晶圓背面形成凸點。然而，正如前文在介紹背面研磨工藝時所述，需注意在減薄過程中導(dǎo)致晶圓彎曲。在傳統(tǒng)封裝工藝中，進行減薄之前，可將晶圓貼附到貼片環(huán)架上，以防止晶圓彎曲，但在硅通孔封裝工藝中，由于凸點形成于晶圓背面，所以這種保護方法并不適用。為解決此問題，晶圓承載系統(tǒng)(Wafer Support System)應(yīng)運而生。利用晶圓承載系統(tǒng)，可借助臨時粘合劑將帶有凸點的晶圓正面貼附于晶圓載片上，同時對晶圓背面進行減薄處理。此時晶圓貼附于晶圓載片上，即使經(jīng)過減薄也不會發(fā)生彎曲。

此外，因晶圓載片與晶圓形式相同，因此也可使用晶圓設(shè)備對其進行加工。基于此原理，可在核心晶圓的背面制作凸點，當(dāng)核心晶圓正面及背面上的凸點均制作完成時，便可對載片進行脫粘。隨后將晶圓貼附于貼片環(huán)架中，并參照傳統(tǒng)封裝工藝，對晶圓進行切割。基礎(chǔ)晶圓始終貼附于晶圓載片上，從核心晶圓上切割下來的芯片則堆疊于基礎(chǔ)晶圓之上。芯片堆疊完成后，再對基礎(chǔ)晶圓進行模塑，而后進行晶圓載片脫粘。至此，基礎(chǔ)晶圓就變成了堆疊有核心晶圓的模制晶圓。隨后對晶圓進行研磨，使其厚度達到制作2.5D封裝體所需標(biāo)準(zhǔn)，然后再將其切割成獨立的芯片單元，以制作KGSD。HBM成品包裝后將運送至制作2.5D封裝體的客戶手中。

審核編輯：湯梓紅