盛美半導(dǎo)體賈照偉：先進(jìn)封裝電鍍及濕法裝備的挑戰(zhàn)和機(jī)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)在上海浦東圓滿舉行。本屆峰會(huì)為近年來行業(yè)里規(guī)格最高的國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)峰會(huì)，來自ST、AMD、華為、中芯國際、華虹、華潤微、長存、蔚來等知名國際國內(nèi)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問題。

21日上午，峰會(huì)同期舉辦了兩場分論壇，“供應(yīng)鏈論壇”與“先進(jìn)封裝和IP論壇”。來自半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)領(lǐng)袖分享了最新的產(chǎn)業(yè)思想、前沿技術(shù)與市場走勢。在“供應(yīng)鏈論壇”中，盛美半導(dǎo)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(zhàn)和機(jī)遇》為題進(jìn)行了精彩的分享。

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(shè)備所面臨的挑戰(zhàn)；盛美相關(guān)電鍍和濕法設(shè)備的核心專利。

三維芯片封裝集成技術(shù)發(fā)展趨勢

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

受AI應(yīng)用場景驅(qū)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(xiàn)更強(qiáng)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(guī)C4 bump，fine pitch RDL，Cu Pillar；HBM內(nèi)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(chǔ)領(lǐng)域，目前常規(guī)內(nèi)存需求稍顯萎靡，但HBM需求強(qiáng)勁，國際內(nèi)存廠營收HBM占比也在加強(qiáng)。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(nèi)兩家也在布局這一領(lǐng)域。在HBM4之前還在使用傳統(tǒng)互聯(lián)技術(shù)，到了HBM4傳統(tǒng)方式已無法滿足要求，需要直接互聯(lián)。這就要求設(shè)備要從傳統(tǒng)的凸塊、RDL的電鍍設(shè)備過渡到前道大馬士革電鍍設(shè)備。

先進(jìn)封裝電鍍和濕法設(shè)備所面臨的挑戰(zhàn)

先進(jìn)封裝技術(shù)的創(chuàng)新對相關(guān)設(shè)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(tǒng)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或者模塑起來。在扇出封裝工藝中出現(xiàn)玻璃或者環(huán)氧塑封樹脂（EMC）的方案。這導(dǎo)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(shè)備必須要過wafer handling這一關(guān)。除此之外，凸點(diǎn)產(chǎn)品的深寬比越來越高，RDL越來越細(xì)，預(yù)濕的要求也是不一樣的。如果深寬比很高，要求的預(yù)濕條件，真空特別低，水壓要高。而超細(xì)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(shè)備里面兼容不同的產(chǎn)品也是很大的挑戰(zhàn)。

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

芯片三維封裝領(lǐng)域的工藝方面的難題和挑戰(zhàn)也是不言而喻的。在此列舉電鍍和清洗方面的相關(guān)挑戰(zhàn)略作展開，比如高深寬比TSV 孔內(nèi)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是在客戶遇到難題，盛美用差異化技術(shù)創(chuàng)造性地解決問題的成功案例之一。最初盛美也沒有這個(gè)設(shè)備，針對國內(nèi)先進(jìn)客戶的難題創(chuàng)造性地開發(fā)了負(fù)壓清洗設(shè)備，解決了復(fù)雜芯片的助焊劑清洗的難題。

TSV或者高深寬比的結(jié)構(gòu)需要很強(qiáng)的預(yù)濕條件以便達(dá)到充分浸潤。但是針對很小線寬的RDL線，光刻膠等做預(yù)濕的時(shí)候，壓力太強(qiáng)，容易把光刻膠打壞引起芯片短路。盛美的真空預(yù)濕技術(shù)可以針對真空壓力和水壓分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，解決了不同產(chǎn)品的兼容性問題。也是根據(jù)客戶線上反饋的問題而逐步完善的功能，及時(shí)聆聽客戶反饋的問題并加以研究快速解決問題這也是盛美的優(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(xiàn)在有的產(chǎn)品是銅-鎳-銅-錫銀，需要在不同電鍍槽之間來回電鍍。如果采用垂直電鍍設(shè)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沖洗功能，交叉污染控制的比較好。因?yàn)榻徊嫖廴旧?，盛美設(shè)備的電鍍液壽命就可以適當(dāng)?shù)匮娱L，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(zhàn)。我們做了一個(gè)關(guān)于清洗藥液濃度的模擬計(jì)算，從TSV開口處到孔底，隨著清洗工藝的進(jìn)行清洗藥液的濃度分布曲線是越來越低的，底部得不到及時(shí)補(bǔ)充。這種底部清洗是很困難的。盛美的清洗設(shè)備增加了自主研發(fā)的兆聲波清洗功能，因?yàn)檎茁暡芗訌?qiáng)微觀對流，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(qiáng)，針對深孔效果改善很明顯。

盛美相關(guān)電鍍和濕法設(shè)備的核心專利

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

在電鍍方面，盛美早期就有多陽極專利。其原理簡單講就是將晶圓分成不同的區(qū)域，分成多個(gè)陽極，進(jìn)行單獨(dú)控制。在水平電鍍領(lǐng)域，盛美是全球三家大規(guī)模量產(chǎn)電鍍設(shè)備的廠家之一，其余兩家都來自美國。

針對先進(jìn)封裝，盛美也做了差異化專利布局，開發(fā)了密封膠條夾盤（Rubber Seal Chuck）的專利，對Chuck做了外包裹式的密封設(shè)計(jì)，這也是差異化路線的一個(gè)具體體現(xiàn)。在行業(yè)難題解決方面盛美堅(jiān)持使用自己的方案，形成自己的知識產(chǎn)權(quán)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(dǎo)體電鍍設(shè)備 Ultra ECP GIII，其中TSV深孔電鍍和前端大馬士革電鍍技術(shù)均采用多陽極技術(shù)。在封裝領(lǐng)域，盛美采用第二陽極技術(shù)，通過第二陽極的開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)notch 開口區(qū)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(shè)備在三維封裝領(lǐng)域尤為重要，因?yàn)樗鼈兪菍?shí)現(xiàn)互聯(lián)信號的關(guān)鍵設(shè)備。隨著封裝技術(shù)要求的提高，盛美的前道電鍍設(shè)備Ultra ECP map已從28納米節(jié)點(diǎn)拓展到亞微米電鍍。針對先進(jìn)封裝領(lǐng)域，電鍍設(shè)備型號對應(yīng) Ultra ECP ap，而Ultra ECP map原本是28納米節(jié)點(diǎn)以上的大馬士革電鍍銅設(shè)備，由于現(xiàn)在封裝要求越來越高，逐漸用在亞微米電鍍互聯(lián)。盛美的Ultra ECP map設(shè)備不僅滿足前道邏輯芯片內(nèi)的純大馬士革電鍍要求，也可以實(shí)現(xiàn)亞微米互聯(lián)線的電鍍，甚至在下一代HBM的Cu-Cu鍵合互聯(lián)結(jié)構(gòu)中也適用。

除了上述幾種電鍍設(shè)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，通過兩路氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)晶圓的固定和傳輸，這一技術(shù)與競爭對手有所不同，這是盛美自主開發(fā)的差異化技術(shù)。通過這些專利和技術(shù)，盛美在電鍍和清洗領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁┝烁咝?、?chuàng)新的解決方案。