第六步 · 互連

 

半導體的導電性處於導體與非導體（即絕緣體）之間
，這種特性使我們能完全掌控電流。通過基於晶圓的光刻、刻蝕和沉積工藝可以構建出晶體管等元件，但還需要將它們連接起來才能實現電力與信號的發送與接收。

 

金屬因其具有導電性而被用於電路互連。用於半導體的金屬需要滿足以下條件：

 

低電阻率：由於金屬電路需要傳遞電流
，因此其中的金屬應具有較低的電阻。

 

熱化學穩定性：金屬互連過程中金屬材料的屬性必須保持不變。

 

高可靠性：隨著集成電路技術的發展，即便是少量金屬互連材料也必須具備足夠的耐用性。

 

製造成本：即使已經滿足前麵三個條件，材料成本過高的話也無法滿足批量生產的需要。

 

互連工藝主要使用鋁和銅這兩種物質。

 

鋁互連工藝

 

 

鋁互連工藝始於鋁沉積、guangkejiaoyingyongyijipuguangyuxianying，suihoutongguokeshiyouxuanzediquchurenheduoyudelvheguangkejiao，ranhoucainengjinruyanghuaguocheng。qianshubuzhouwanchenghouzaibuduanzhongfuguangke、刻蝕和沉積過程直至完成互連。

 

除了具有出色的導電性
，鋁還具有容易光刻、刻ke蝕shi和he沉chen積ji的de特te點dian。此ci外wai，它ta的de成cheng本ben較jiao低di

，與yu氧yang化hua膜mo粘zhan附fu的de效xiao果guo也ye比bi較jiao好hao。其qi缺que點dian是shi容rong易yi腐fu蝕shi且qie熔rong點dian較jiao低di。另ling外wai，為wei防fang止zhi鋁lv與yu矽gui反fan應ying導dao致zhi連lian接jie問wen題ti，還hai需xu要yao添tian加jia金jin屬shu沉chen積ji物wu將jiang鋁lv與yu晶jing圓yuan隔ge開kai，這zhe種zhong沉chen積ji物wu被bei稱cheng為wei“阻擋金屬”。

 

鋁電路是通過沉積形成的。晶圓進入真空腔後
，鋁顆粒形成的薄膜會附著在晶圓上。這一過程被稱為“氣相沉積 (VD) ”
，包括化學氣相沉積和物理氣相沉積。

 

銅互連工藝

 

隨(sui)著(zhe)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)藝(yi)精(jing)密(mi)度(du)的(de)提(ti)升(sheng)以(yi)及(ji)器(qi)件(jian)尺(chi)寸(cun)的(de)縮(suo)小(xiao)，鋁(lv)電(dian)路(lu)的(de)連(lian)接(jie)速(su)度(du)和(he)電(dian)氣(qi)特(te)性(xing)逐(zhu)漸(jian)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)，為(wei)此(ci)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)尋(xun)找(zhao)滿(man)足(zu)尺(chi)寸(cun)和(he)成(cheng)本(ben)兩(liang)方(fang)麵(mian)要(yao)求(qiu)的(de)新(xin)導(dao)體(ti)。銅(tong)之(zhi)所(suo)以(yi)能(neng)取(qu)代(dai)鋁(lv)的(de)第(di)一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)就(jiu)是(shi)其(qi)電(dian)阻(zu)更(geng)低(di)，因(yin)此(ci)能(neng)實(shi)現(xian)更(geng)快(kuai)的(de)器(qi)件(jian)連(lian)接(jie)速(su)度(du)。其(qi)次(ci)銅(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)更(geng)高(gao)，因(yin)為(wei)它(ta)比(bi)鋁(lv)更(geng)能(neng)抵(di)抗(kang)電(dian)遷(qian)移(yi)，也(ye)就(jiu)是(shi)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)金(jin)屬(shu)時(shi)發(fa)生(sheng)的(de)金(jin)屬(shu)離(li)子(zi)運(yun)動(dong)。

 

 

但(dan)是(shi)，銅(tong)不(bu)容(rong)易(yi)形(xing)成(cheng)化(hua)合(he)物(wu)，因(yin)此(ci)很(hen)難(nan)將(jiang)其(qi)氣(qi)化(hua)並(bing)從(cong)晶(jing)圓(yuan)表(biao)麵(mian)去(qu)除(chu)。針(zhen)對(dui)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，我(wo)們(men)不(bu)再(zai)去(qu)刻(ke)蝕(shi)銅(tong)，而(er)是(shi)沉(chen)積(ji)和(he)刻(ke)蝕(shi)介(jie)電(dian)材(cai)料(liao)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)在(zai)需(xu)要(yao)的(de)地(di)方(fang)形(xing)成(cheng)由(you)溝(gou)道(dao)和(he)通(tong)路(lu)孔(kong)組(zu)成(cheng)的(de)金(jin)屬(shu)線(xian)路(lu)圖(tu)形(xing)，之(zhi)後(hou)再(zai)將(jiang)銅(tong)填(tian)入(ru)前(qian)述(shu)“圖形”即可實現互連，而最後的填入過程被稱為“鑲嵌工藝”。

 

 

隨sui著zhe銅tong原yuan子zi不bu斷duan擴kuo散san至zhi電dian介jie質zhi
，後hou者zhe的de絕jue緣yuan性xing會hui降jiang低di並bing產chan生sheng阻zu擋dang銅tong原yuan子zi繼ji續xu擴kuo散san的de阻zu擋dang層ceng。之zhi後hou阻zu擋dang層ceng上shang會hui形xing成cheng很hen薄bo的de銅tong種zhong子zi層ceng。到dao這zhe一yi步bu之zhi後hou就jiu可ke以yi進jin行xing電dian鍍du，也ye就jiu是shi用yong銅tong填tian充chong高gao深shen寬kuan比bi的de圖tu形xing。填tian充chong後hou多duo餘yu的de銅tong可ke以yi用yong金jin屬shu化hua學xue機ji械xie拋pao光guang (CMP) 方法去除，完成後即可沉積氧化膜
，多餘的膜則用光刻和刻蝕工藝去除即可。前述整個過程需要不斷重複直至完成銅互連為止。

 

 

通過上述對比可以看出，銅互連和鋁互連的區別在於
，多餘的銅是通過金屬CMP而非刻蝕去除的。

 

第七步 · 測試

 

測試的主要目標是檢驗半導體芯片的質量是否達到一定標準，從而消除不良產品
、並提高芯片的可靠性。另外，經測試有缺陷的產品不會進入封裝步驟，有助於節省成本和時間。電子管芯分選 (EDS) 就是一種針對晶圓的測試方法。

 

EDS是一種檢驗晶圓狀態中各芯片的電氣特性並由此提升半導體良率的工藝。EDS可分為五步，具體如下 ：

 

 

01 電氣參數監控 (EPM)

 

EPM是半導體芯片測試的第一步。該步驟將對半導體集成電路需要用到的每個器件（包括晶體管
、電容器和二極管）進行測試，確保其電氣參數達標。EPM的主要作用是提供測得的電氣特性數據，這些數據將被用於提高半導體製造工藝的效率和產品性能（並非檢測不良產品）。

 

02 晶圓老化測試

 

半導體不良率來自兩個方麵，即製造缺陷的比率（早期較高）和之後整個生命周期發生缺陷的比率。晶圓老化測試是指將晶圓置於一定的溫度和AC/DC電壓下進行測試，由此找出其中可能在早期發生缺陷的產品，也就是說通過發現潛在缺陷來提升最終產品的可靠性。

 

03 檢測

 

老化測試完成後就需要用探針卡將半導體芯片連接到測試裝置
，之後就可以對晶圓進行溫度、速度和運動測試以檢驗相關半導體功能。具體測試步驟的說明請見表格。

 

 

04 修補

 

修補是最重要的測試步驟
，因為某些不良芯片是可以修複的，隻需替換掉其中存在問題的元件即可。

 

05 點墨

 

未wei能neng通tong過guo電dian氣qi測ce試shi的de芯xin片pian已yi經jing在zai之zhi前qian幾ji個ge步bu驟zhou中zhong被bei分fen揀jian出chu來lai，但dan還hai需xu要yao加jia上shang標biao記ji才cai能neng區qu分fen它ta們men。過guo去qu我wo們men需xu要yao用yong特te殊shu墨mo水shui標biao記ji有you缺que陷xian的de芯xin片pian
，保bao證zheng它ta們men用yong肉rou眼yan即ji可ke識shi別bie，如ru今jin則ze是shi由you係xi統tong根gen據ju測ce試shi數shu據ju值zhi自zi動dong進jin行xing分fen揀jian。

 

第八步 · 封裝

 

經過之前幾個工藝處理的晶圓上會形成大小相等的方形芯片（又稱“單個晶片”）。下(xia)麵(mian)要(yao)做(zuo)的(de)就(jiu)是(shi)通(tong)過(guo)切(qie)割(ge)獲(huo)得(de)單(dan)獨(du)的(de)芯(xin)片(pian)。剛(gang)切(qie)割(ge)下(xia)來(lai)的(de)芯(xin)片(pian)很(hen)脆(cui)弱(ruo)且(qie)不(bu)能(neng)交(jiao)換(huan)電(dian)信(xin)號(hao)
，需(xu)要(yao)單(dan)獨(du)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。這(zhe)一(yi)處(chu)理(li)過(guo)程(cheng)就(jiu)是(shi)封(feng)裝(zhuang)，包(bao)括(kuo)在(zai)半(ban)導(dao)體(ti)芯(xin)片(pian)外(wai)部(bu)形(xing)成(cheng)保(bao)護(hu)殼(ke)和(he)讓(rang)它(ta)們(men)能(neng)夠(gou)與(yu)外(wai)部(bu)交(jiao)換(huan)電(dian)信(xin)號(hao)。整(zheng)個(ge)封(feng)裝(zhuang)製(zhi)程(cheng)分(fen)為(wei)五(wu)步(bu)，即(ji)晶(jing)圓(yuan)鋸(ju)切(qie)、單個晶片附著、互連、成型和封裝測試。

 

01 晶圓鋸切

 

 

要想從晶圓上切出無數致密排列的芯片，我們首先要仔細“研磨”晶圓的背麵直至其厚度能夠滿足封裝工藝的需要。研磨後，我們就可以沿著晶圓上的劃片線進行切割
，直至將半導體芯片分離出來。

 

晶圓鋸切技術有三種：刀片切割、激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)和(he)等(deng)離(li)子(zi)切(qie)割(ge)。刀(dao)片(pian)切(qie)割(ge)是(shi)指(zhi)用(yong)金(jin)剛(gang)石(shi)刀(dao)片(pian)切(qie)割(ge)晶(jing)圓(yuan)
，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)摩(mo)擦(ca)熱(re)和(he)碎(sui)屑(xie)並(bing)因(yin)此(ci)損(sun)壞(huai)晶(jing)圓(yuan)。激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)的(de)精(jing)度(du)更(geng)高(gao)，能(neng)輕(qing)鬆(song)處(chu)理(li)厚(hou)度(du)較(jiao)薄(bo)或(huo)劃(hua)片(pian)線(xian)間(jian)距(ju)很(hen)小(xiao)的(de)晶(jing)圓(yuan)。等(deng)離(li)子(zi)切(qie)割(ge)采(cai)用(yong)等(deng)離(li)子(zi)刻(ke)蝕(shi)的(de)原(yuan)理(li)，因(yin)此(ci)即(ji)使(shi)劃(hua)片(pian)線(xian)間(jian)距(ju)非(fei)常(chang)小(xiao)，這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)同(tong)樣(yang)能(neng)適(shi)用(yong)。

 

02 單個晶片附著

 

所有芯片都從晶圓上分離後，我們需要將單獨的芯片（單個晶片）附著到基底（引線框架）上。基底的作用是保護半導體芯片並讓它們能與外部電路進行電信號交換。附著芯片時可以使用液體或固體帶狀粘合劑。

 

03 互連

 

 

在將芯片附著到基底上之後，我們還需要連接二者的接觸點才能實現電信號交換。這一步可以使用的連接方法有兩種：shiyongxijinshuxiandeyinxianjianheheshiyongqiuxingjinkuaihuoxikuaidedaozhuangxinpianjianhe。yinxianjianheshuyuchuantongfangfa，daozhuangxinpianjianhejishukeyijiakuaibandaotizhizaodesudu。

 

04 成型

 

 

wanchengbandaotixinpiandelianjiehou，xuyaoliyongchengxinggongyigeixinpianwaibujiayigebaozhuang，yibaohubandaotijichengdianlubushouwenduheshidudengwaibutiaojianyingxiang。genjuxuyaozhichengfengzhuangmojuhou
，womenyaojiangbandaotixinpianhehuanyangmosuliao (EMC) 都放入模具中並進行密封。密封之後的芯片就是最終形態了。

 

05 封裝測試

 

已yi經jing具ju有you最zui終zhong形xing態tai的de芯xin片pian還hai要yao通tong過guo最zui後hou的de缺que陷xian測ce試shi。進jin入ru最zui終zhong測ce試shi的de全quan部bu是shi成cheng品pin的de半ban導dao體ti芯xin片pian。它ta們men將jiang被bei放fang入ru測ce試shi設she備bei，設she定ding不bu同tong的de條tiao件jian例li如ru電dian壓ya、溫度和濕度等進行電氣、功能和速度測試。這些測試的結果可以用來發現缺陷
、提高產品質量和生產效率。

 

封裝技術的演變

 

suizhexinpiantijidejianshaohexingnengyaoqiudetisheng，fengzhuangzaiguoqushunianjianyijinglileduocijishugexin。mianxiangweilaideyixiefengzhuangjishuhefanganbaokuojiangchenjiyongyuchuantonghoudaogongyi，lirujingyuanjifengzhuang(WLP)、凸塊工藝和重布線層 (RDL) 技術
，以及用於前道晶圓製造的的刻蝕和清潔技術。

 

下麵我們介紹一些基於泛林集團開發的先進封裝解決方案。

 

什麼是先進封裝
？

 

傳統封裝需要將每個芯片都從晶圓中切割出來並放入模具中。晶圓級封裝(WLP)則是先進封裝技術的一種, 是指直接封裝仍在晶圓上的芯片。WLP的流程是先封裝測試，然後一次性將所有已成型的芯片從晶圓上分離出來。與傳統封裝相比，WLP的優勢在於更低的生產成本。

 

 

先進封裝可劃分為2D封裝
、2.5D封裝和3D封裝。

 

 

更小的2D封裝

 

如前所述，封裝工藝的主要用途包括將半導體芯片的信號發送到外部
，而在晶圓上形成的凸塊就是發送輸入/輸出信號的接觸點。這些凸塊分為扇入型(fan-in) 和扇出型 (fan-out) 兩種，前者的扇形在芯片內部，後者的扇形則要超出芯片範圍。我們將輸入/輸出信號稱為I/O（輸入/輸出），輸入/輸出數量稱為I/O計數。I/O計數是確定封裝方法的重要依據。如果I/O計數低就采用扇入封裝工藝。由於封裝後芯片尺寸變化不大
，因此這種過程又被稱為芯片級封裝 (CSP) 或晶圓級芯片尺寸封裝 (WLCSP)。如果I/O計數較高，則通常要采用扇出型封裝工藝

，且除凸塊外還需要重布線層 (RDL) 才能實現信號發送。這就是“扇出型晶圓級封裝 (FOWLP)”。

 

2.5D 封裝

 

2.5D封裝技術可以將兩種或更多類型的芯片放入單個封裝，同時讓信號橫向傳送，這樣可以提升封裝的尺寸和性能。最廣泛使用的2.5D封裝方法是通過矽中介層將內存和邏輯芯片放入單個封裝。2.5D封裝需要矽通孔 (TSV)
、微型凸塊和小間距RDL等核心技術。

 

 

3D 封裝

 

3D封裝技術可以將兩種或更多類型的芯片放入單個封裝，同時讓信號縱向傳送。這種技術適用於更小和I/O計數更高的半導體芯片。TSV可用於I/O計數高的芯片
，引線鍵合可用於I/O計數低的芯片，並最終形成芯片垂直排列的信號係統。3D封裝需要的核心技術包括TSV和微型凸塊技術。

 

 

泛林集團能夠提供上述工藝所需的核心方案，包括矽刻蝕、金屬擴散阻擋層、鍍銅和清洗技術，以及構建微型凸塊和微型RDL所需的電鍍、清洗和濕刻蝕方案。

 

至此，半導體產品製造的八個步驟“晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-互連-測試-封裝”已全部介紹完畢

，從“沙粒”蛻變到“芯片”

，半導體科技正在上演現實版“點石成金”。

 

來源：泛林半導體設備技術

 

 

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