盛美半導體賈照偉：先進(jìn)封裝電鍍及濕法裝備的挑戰和機遇

9月21日，由張江高科、芯謀研究聯(lián)合主辦的張江高科·芯謀研究（第十屆）集成電路產(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖峰會(huì )在上海浦東圓滿(mǎn)舉行。本屆峰會(huì )為近年來(lái)行業(yè)里規格最高的國際半導體產(chǎn)業(yè)峰會(huì )，來(lái)自ST、AMD、華為、中芯國際、華虹、華潤微、長(cháng)存、蔚來(lái)等知名國際國內企業(yè)的300多位產(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖出席峰會(huì )，以“破局芯時(shí)代”為主題，共同探討中國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題。

21日上午，峰會(huì )同期舉辦了兩場(chǎng)分論壇，“供應鏈論壇”與“先進(jìn)封裝和IP論壇”。來(lái)自半導體產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節的企業(yè)領(lǐng)袖分享了最新的產(chǎn)業(yè)思想、前沿技術(shù)與市場(chǎng)****。在“供應鏈論壇”中，盛美半導體工藝副總裁賈照偉以《先進(jìn)封裝電鍍及濕法裝備的挑戰和機遇》為題進(jìn)行了精彩的分享。

盛美半導體工藝副總裁 賈照偉

賈照偉從三個(gè)方面進(jìn)行分享：三維芯片封裝集成技術(shù)發(fā)展趨勢；先進(jìn)封裝電鍍和濕法設備所面臨的挑戰；盛美相關(guān)電鍍和濕法設備的核心專(zhuān)利。

三維芯片封裝集成技術(shù)發(fā)展趨勢

晶圓級先進(jìn)封裝最常見(jiàn)的包含四個(gè)要素：Fine pitch RDL（超細重布線(xiàn)層）、TSV（硅通孔）、Bump（金屬凸點(diǎn)）、Wafer direct bonding（晶圓級直接鍵合）。

受AI應用場(chǎng)景驅動(dòng)，三維芯片封裝集成技術(shù)正迅速發(fā)展。2.5D、3D、HBM技術(shù)以及Chiplet等等，都需要把不同功能的芯片整合到一起，實(shí)現更強大的功能。這就對互聯(lián)技術(shù)提出了更高要求。

目前先進(jìn)封裝在連接形式上有幾種方案：2.5D interposer/TSV，Micro bump/pad，Mega Pillar；常規C4 bump，fine pitch RDL，Cu Pillar；HBM內部互聯(lián)：3D TSV，Cu-Ni-Au upad and Hybrid bonding（混合鍵合技術(shù)）?；ヂ?lián)形式多種多樣，一直在發(fā)展，要求也越來(lái)越高?；ヂ?lián)尺寸跨度從幾百微米，到幾百納米，已經(jīng)到了亞微米的互聯(lián)階段。在存儲領(lǐng)域，目前常規內存需求稍顯萎靡，但HBM需求強勁，國際內存廠(chǎng)營(yíng)收HBM占比也在加強。在HBM技術(shù)演進(jìn)上，主要是三星、海力士、美光三大家領(lǐng)先推進(jìn)，國內兩家也在布局這一領(lǐng)域。在HBM4之前還在使用傳統互聯(lián)技術(shù)，到了HBM4傳統方式已無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要直接互聯(lián)。這就要求設備要從傳統的凸塊、RDL的電鍍設備過(guò)渡到前道大馬士革電鍍設備。

先進(jìn)封裝電鍍和濕法設備所面臨的挑戰

先進(jìn)封裝技術(shù)的創(chuàng )新對相關(guān)設備也提出了新的要求。

硬件方面，因先進(jìn)封裝需要將不同的芯片進(jìn)行三維系統整合。前幾年Fan-in和Fan-out概念比較火。Fan-out指的是把不同的晶圓切成小的Die，再用其他方式

封裝起來(lái)或者模塑起來(lái)。在扇出封裝工藝中出現玻璃或者環(huán)氧塑封樹(shù)脂（EMC）的方案。這導致翹曲變化很大，與硅基完全不同。

針對大翹曲的晶圓生產(chǎn)，電鍍設備必須要過(guò)wafer handling這一關(guān)。除此之外，凸點(diǎn)產(chǎn)品的深寬比越來(lái)越高，RDL越來(lái)越細，預濕的要求也是不一樣的。如果深寬比很高，要求的預濕條件，真空特別低，水壓要高。而超細RDL也用這個(gè)條件，光刻膠可能就打壞了。所以在同一個(gè)設備里面兼容不同的產(chǎn)品也是很大的挑戰。

還有電鍍腔室（Chamber）和卡盤(pán)（Chuck），不同電路產(chǎn)品的深寬比、開(kāi)口面積不同，去邊大小不一樣，基底材質(zhì)多樣，銅的層數也很多，腔體、夾具也存在很大挑戰。

芯片三維封裝領(lǐng)域的工藝方面的難題和挑戰也是不言而喻的。在此列舉電鍍和清洗方面的相關(guān)挑戰略作展開(kāi)，比如高深寬比TSV 孔內的清洗、背面露頭工藝后清洗，高深寬比TSV 電鍍，Chip-let flux clean 填料之前的助焊劑清洗等。Chip-let flux cleaning是在客戶(hù)遇到難題，盛美用差異化技術(shù)創(chuàng )造性地解決問(wèn)題的成功案例之一。最初盛美也沒(méi)有這個(gè)設備，針對國內先進(jìn)客戶(hù)的難題創(chuàng )造性地開(kāi)發(fā)了負壓清洗設備，解決了復雜芯片的助焊劑清洗的難題。

TSV或者高深寬比的結構需要很強的預濕條件以便達到充分浸潤。但是針對很小線(xiàn)寬的RDL線(xiàn)，光刻膠等做預濕的時(shí)候，壓力太強，容易把光刻膠打壞引起芯片短路。盛美的真空預濕技術(shù)可以針對真空壓力和水壓分別進(jìn)行調節，解決了不同產(chǎn)品的兼容性問(wèn)題。也是根據客戶(hù)線(xiàn)上反饋的問(wèn)題而逐步完善的功能，及時(shí)聆聽(tīng)客戶(hù)反饋的問(wèn)題并加以研究快速解決問(wèn)題這也是盛美的優(yōu)勢之一。

封裝上用了四大最常用的金屬:Cu、Ni、SnAg、Au，先進(jìn)封裝制程最初是銅RDL，還有Cu pillar（銅-鎳-錫銀或者鎳-錫銀），現在有的產(chǎn)品是銅-鎳-銅-錫銀，需要在不同電鍍槽之間來(lái)回電鍍。如果采用垂直電鍍設備，晶圓要不停倒，不同槽體之間的交叉污染也是很難控制的。盛美采用的是水平電鍍方式具有在線(xiàn)沖洗功能，交叉污染控制的比較好。因為交叉污染少，盛美設備的電鍍液壽命就可以適當地延長(cháng)，在成本上也更具有優(yōu)勢。

清洗方面，TSV的深孔清洗很有挑戰。我們做了一個(gè)關(guān)于清洗藥液濃度的模擬計算，從TSV開(kāi)口處到孔底，隨著(zhù)清洗工藝的進(jìn)行清洗藥液的濃度分布曲線(xiàn)是越來(lái)越低的，底部得不到及時(shí)補充。這種底部清洗是很困難的。盛美的清洗設備增加了自主研發(fā)的兆聲波清洗功能，因為兆聲波能加強微觀(guān)對流，這樣藥液濃度從上面到底部只有很微小的一個(gè)衰減，清洗效果會(huì )比較強，針對深孔效果改善很明顯。

盛美相關(guān)電鍍和濕法設備的核心專(zhuān)利

盛美立足于國內，也瞄準國際市場(chǎng)。突破國際市場(chǎng)首要問(wèn)題是知識產(chǎn)權IP問(wèn)題。盛美一直貫徹的理念是，一定要做差異化技術(shù)，并且瞄準全球市場(chǎng)。

在電鍍方面，盛美早期就有多陽(yáng)極專(zhuān)利。其原理簡(jiǎn)單講就是將晶圓分成不同的區域，分成多個(gè)陽(yáng)極，進(jìn)行單獨控制。在水平電鍍領(lǐng)域，盛美是全球三家大規模量產(chǎn)電鍍設備的廠(chǎng)家之一，其余兩家都來(lái)自美國。

針對先進(jìn)封裝，盛美也做了差異化專(zhuān)利布局，開(kāi)發(fā)了密封膠條夾盤(pán)（Rubber Seal Chuck）的專(zhuān)利，對Chuck做了外包裹式的密封設計，這也是差異化路線(xiàn)的一個(gè)具體體現。在行業(yè)難題解決方面盛美堅持使用自己的方案，形成自己的知識產(chǎn)權和know-how。

盛美的電鍍技術(shù)包括前道雙大馬士革電鍍Ultra ECP map、TSV 深孔電鍍 Ultra ECP 3d、先進(jìn)封裝電鍍 Ultra ECP ap和第三代半導體電鍍設備 Ultra ECP GIII，其中TSV深孔電鍍和前端大馬士革電鍍技術(shù)均采用多陽(yáng)極技術(shù)。在封裝領(lǐng)域，盛美采用第二陽(yáng)極技術(shù)，通過(guò)第二陽(yáng)極的開(kāi)關(guān)控制實(shí)現notch 開(kāi)口區域電鍍高度的精確電鍍，解決了行業(yè)難題提高了均勻性。電鍍設備在三維封裝領(lǐng)域尤為重要，因為它們是實(shí)現互聯(lián)信號的關(guān)鍵設備。隨著(zhù)封裝技術(shù)要求的提高，盛美的前道電鍍設備Ultra ECP map已從28納米節點(diǎn)拓展到亞微米電鍍。針對先進(jìn)封裝領(lǐng)域，電鍍設備型號對應 Ultra ECP ap，而Ultra ECP map原本是28納米節點(diǎn)以上的大馬士革電鍍銅設備，由于現在封裝要求越來(lái)越高，逐漸用在亞微米電鍍互聯(lián)。盛美的Ultra ECP map設備不僅滿(mǎn)足前道邏輯芯片內的純大馬士革電鍍要求，也可以實(shí)現亞微米互聯(lián)線(xiàn)的電鍍，甚至在下一代HBM的Cu-Cu鍵合互聯(lián)結構中也適用。

除了上述幾種電鍍設備，盛美還提供針對三維先進(jìn)封裝的一系列清洗解決方案,比如Post CMP Clean和TSV深孔清洗以及TSV背面減薄刻蝕/清洗等。盛美的背面刻蝕/清洗工藝，采用伯努利原理進(jìn)行硅刻蝕，通過(guò)兩路氮氣實(shí)現晶圓的固定和傳輸，這一技術(shù)與競爭對手有所不同，這是盛美自主開(kāi)發(fā)的差異化技術(shù)。通過(guò)這些專(zhuān)利和技術(shù)，盛美在電鍍和清洗領(lǐng)域為客戶(hù)提供了高效、創(chuàng )新的解決方案。