简单介绍硅通孔(TSV)封装工艺
在上篇文章中介绍了扇入型晶圆级芯片封装(fan-in wlcsp)、扇出型晶圆级芯片封装(fan-out wlcsp)、重新分配层(rdl)封装、倒片(flip chip)封装，这篇文章着重介绍硅通孔(tsv)封装工艺。
硅通孔封装工艺
图6展示了采用中通孔(via-middle)5方法的硅通孔封装工艺步骤。首先在晶圆制造过程中形成通孔。随后在封装过程中，于晶圆正面形成焊接凸点。之后将晶圆贴附在晶圆载片上并进行背面研磨，在晶圆背面形成凸点后，将晶圆切割成独立芯片单元，并进行堆叠。
5中通孔(via middle)：一种硅通孔工艺方法，在互补金属氧化物半导体形成后及金属层形成之前开展的工序。
接下来，将简单概括中通孔的基本工序。首先在前道工序(front-end of line)中，在晶圆上制作晶体管，如互补金属氧化物半导体等。随后使用硬掩模(hard mask)6在硅通孔形成区域绘制电路图案。之后利用干刻蚀(dry etching)工艺去除未覆盖硬掩膜的区域，形成深槽。再利用化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition)制备绝缘膜，如氧化物等。这层绝缘膜将用于隔绝填入槽中的铜等金属物质，防止硅片被金属物质污染。此外绝缘层上还将制备一层金属薄层作为屏障。
6硬掩膜(hard mask)：一种由硬质材料而非软质材料制成的薄膜，用于绘制更为精细的电路图案。硬掩膜本身对光线并不敏感，所以需使用光刻胶才能进一步绘制电路图案，以最终实施刻蚀工艺。
此金属薄层将被用于电镀铜层。电镀完成后，采用化学机械抛光(chemical mechanical polishing)技术使晶圆表面保持平滑，同时清除其表面铜基材，确保铜基材只留在沟槽中。然后通过后道工序(back-end of line)完成晶圆制造。
▲图6：硅通孔封装工序(ⓒ hanol出版社)
使用硅通孔技术制造芯片堆叠封装体时，一般可采用两种类型的封装方法。第一种方法是利用3d芯片堆叠技术的基板封装。第二种方法则需创建kgsd，然后基于kgsd来制作2.5d或3d封装。下文将详细介绍如何创建kgsd，以及如何基于kgsd来制作2.5d封装的过程。作为利用硅通孔技术制作而成的芯片堆叠封装体，制作kgsd必需经历额外封装工艺，如2.5d封装、3d封装以及扇出型晶圆级芯片封装等，高带宽存储器(hbm)就是kgsd产品的一个典型例子。由于kgsd需经历额外封装工艺，其作为连接引脚的焊接凸点需要比传统锡球更加精细。因此3d封装体中芯片堆叠在基板上，而kgsd中的芯片则堆叠于晶圆上方，晶圆也可以视为kgsd的最底层芯片。就hbm而言，位于最底层的芯片被称为基础芯片或基础晶圆，而位于其上方的芯片则被称为核心芯片。
此方法工序如下：首先，通过倒片工艺在基础晶圆和核心晶圆的正面制作凸点。在制作2.5d封装体时，基底晶圆需要排列凸点，使之能够附着到中介层(interposer);相反，核心晶圆上的凸点布局则是有助于晶圆正面的芯片堆叠。在晶圆正面形成凸点后，应减薄晶圆，同时也需在晶圆背面形成凸点。然而，正如前文在介绍背面研磨工艺时所述，需注意在减薄过程中导致晶圆弯曲。在传统封装工艺中，进行减薄之前，可将晶圆贴附到贴片环架上，以防止晶圆弯曲，但在硅通孔封装工艺中，由于凸点形成于晶圆背面，所以这种保护方法并不适用。为解决此问题，晶圆承载系统(wafer support system)应运而生。利用晶圆承载系统，可借助临时粘合剂将带有凸点的晶圆正面贴附于晶圆载片上，同时对晶圆背面进行减薄处理。此时晶圆贴附于晶圆载片上，即使经过减薄也不会发生弯曲。
此外，因晶圆载片与晶圆形式相同，因此也可使用晶圆设备对其进行加工。基于此原理，可在核心晶圆的背面制作凸点，当核心晶圆正面及背面上的凸点均制作完成时，便可对载片进行脱粘。随后将晶圆贴附于贴片环架中，并参照传统封装工艺，对晶圆进行切割。基础晶圆始终贴附于晶圆载片上，从核心晶圆上切割下来的芯片则堆叠于基础晶圆之上。芯片堆叠完成后，再对基础晶圆进行模塑，而后进行晶圆载片脱粘。至此，基础晶圆就变成了堆叠有核心晶圆的模制晶圆。随后对晶圆进行研磨，使其厚度达到制作2.5d封装体所需标准，然后再将其切割成独立的芯片单元，以制作kgsd。hbm成品包装后将运送至制作2.5d封装体的客户手中。
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硅通孔封装工艺
图6展示了采用中通孔(via-middle)5方法的硅通孔封装工艺步骤。首先在晶圆制造过程中形成通孔。随后在封装过程中，于晶圆正面形成焊接凸点。之后将晶圆贴附在晶圆载片上并进行背面研磨，在晶圆背面形成凸点后，将晶圆切割成独立芯片单元，并进行堆叠。
5中通孔(via middle)：一种硅通孔工艺方法，在互补金属氧化物半导体形成后及金属层形成之前开展的工序。
接下来，将简单概括中通孔的基本工序。首先在前道工序(front-end of line)中，在晶圆上制作晶体管，如互补金属氧化物半导体等。随后使用硬掩模(hard mask)6在硅通孔形成区域绘制电路图案。之后利用干刻蚀(dry etching)工艺去除未覆盖硬掩膜的区域，形成深槽。再利用化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition)制备绝缘膜，如氧化物等。这层绝缘膜将用于隔绝填入槽中的铜等金属物质，防止硅片被金属物质污染。此外绝缘层上还将制备一层金属薄层作为屏障。
6硬掩膜(hard mask)：一种由硬质材料而非软质材料制成的薄膜，用于绘制更为精细的电路图案。硬掩膜本身对光线并不敏感，所以需使用光刻胶才能进一步绘制电路图案，以最终实施刻蚀工艺。
此金属薄层将被用于电镀铜层。电镀完成后，采用化学机械抛光(chemical mechanical polishing)技术使晶圆表面保持平滑，同时清除其表面铜基材，确保铜基材只留在沟槽中。然后通过后道工序(back-end of line)完成晶圆制造。
▲图6：硅通孔封装工序(ⓒ hanol出版社)
使用硅通孔技术制造芯片堆叠封装体时，一般可采用两种类型的封装方法。第一种方法是利用3d芯片堆叠技术的基板封装。第二种方法则需创建kgsd，然后基于kgsd来制作2.5d或3d封装。下文将详细介绍如何创建kgsd，以及如何基于kgsd来制作2.5d封装的过程。作为利用硅通孔技术制作而成的芯片堆叠封装体，制作kgsd必需经历额外封装工艺，如2.5d封装、3d封装以及扇出型晶圆级芯片封装等，高带宽存储器(hbm)就是kgsd产品的一个典型例子。由于kgsd需经历额外封装工艺，其作为连接引脚的焊接凸点需要比传统锡球更加精细。因此3d封装体中芯片堆叠在基板上，而kgsd中的芯片则堆叠于晶圆上方，晶圆也可以视为kgsd的最底层芯片。就hbm而言，位于最底层的芯片被称为基础芯片或基础晶圆，而位于其上方的芯片则被称为核心芯片。
此方法工序如下：首先，通过倒片工艺在基础晶圆和核心晶圆的正面制作凸点。在制作2.5d封装体时，基底晶圆需要排列凸点，使之能够附着到中介层(interposer);相反，核心晶圆上的凸点布局则是有助于晶圆正面的芯片堆叠。在晶圆正面形成凸点后，应减薄晶圆，同时也需在晶圆背面形成凸点。然而，正如前文在介绍背面研磨工艺时所述，需注意在减薄过程中导致晶圆弯曲。在传统封装工艺中，进行减薄之前，可将晶圆贴附到贴片环架上，以防止晶圆弯曲，但在硅通孔封装工艺中，由于凸点形成于晶圆背面，所以这种保护方法并不适用。为解决此问题，晶圆承载系统(wafer support system)应运而生。利用晶圆承载系统，可借助临时粘合剂将带有凸点的晶圆正面贴附于晶圆载片上，同时对晶圆背面进行减薄处理。此时晶圆贴附于晶圆载片上，即使经过减薄也不会发生弯曲。
此外，因晶圆载片与晶圆形式相同，因此也可使用晶圆设备对其进行加工。基于此原理，可在核心晶圆的背面制作凸点，当核心晶圆正面及背面上的凸点均制作完成时，便可对载片进行脱粘。随后将晶圆贴附于贴片环架中，并参照传统封装工艺，对晶圆进行切割。基础晶圆始终贴附于晶圆载片上，从核心晶圆上切割下来的芯片则堆叠于基础晶圆之上。芯片堆叠完成后，再对基础晶圆进行模塑，而后进行晶圆载片脱粘。至此，基础晶圆就变成了堆叠有核心晶圆的模制晶圆。随后对晶圆进行研磨，使其厚度达到制作2.5d封装体所需标准，然后再将其切割成独立的芯片单元，以制作kgsd。hbm成品包装后将运送至制作2.5d封装体的客户手中。
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