搞定晶圓貼合/堆疊材料 3D IC量產制程就位

　　三維晶片(3D IC)商用量產設備與材料逐一到位。3D IC晶圓貼合與堆疊制程極為復雜且成本高昂，導致晶圓廠與封測業者遲遲難以導入量產。不過，近期半導體供應鏈業者已陸續發布新一代3D IC制程設備與材料解決方案，有助突破3D IC生產瓶頸，并減低晶圓薄化、貼合和堆疊的損壞率，讓成本盡快達到市場甜蜜點。

　　工研院材化所高寬頻先進構裝材料研究室研究員鄭志龍強調，3D IC材料占整體制程成本三成以上，足見其對終端晶片價格的影響性。

　　工研院材化所高寬頻先進構裝材料研究室研究員鄭志龍表示，高昂成本向來是3D IC量產時程一拖再拖的主要因素，由于成本與制程良率息息相關，因此改良3D IC制造設備與材料，使整體生產流程更上軌道，已然成為供應鏈業者當務之急。尤其3D IC新增的矽穿孔(TSV)、晶圓薄化、暫時貼合(Temporary Bonding)和堆疊等制程步驟，更是半導體設備和材料商全力搶攻的重點。

　　據悉，2.5D矽中介層(Interposer)或3D IC包含矽穿孔、暫時貼合、重分布層(RDL)、底部填充(Underfill)、堆疊及成型(Molding)等關鍵制程，樣樣都為半導體業者帶來嚴峻挑戰。鄭志龍指出，晶圓在矽穿孔制程之前或之后，須以特殊膠材暫時與機具貼合，進行晶圓薄化的動作，將晶圓磨薄并剝離后再進入導電材料填充、堆疊和成型等階段，系傳統平面式制程不曾面臨的難題，復雜度可見一斑。

　　由于薄晶圓應力承受度較差，須從一開始的材料摻雜著手，確保在后段制程中不易破碎;而暫時貼合膠材也要具備耐高溫、強固貼合且容易剝離等特性，才能提高3D IC制程良率。鄭志龍強調，包括IBM、陶氏化學(Dow Chemical)和杜邦(DuPont)等半導體材料研發暨供應商，皆已分別提出3D IC材料摻雜技術論文，以及新的貼合材料與制程方案;同時，臺商勤友和志圣也已發表相關貼合設備，有助推進3D IC量產步伐。

　　事實上，勤友日前甫與IBM簽訂合作計劃，將授權IBM的復合雷射剝離制程技術，開發全新半導體晶圓貼合和剝離設備，提高3D IC生產速度與良率。此外，志圣亦開始出貨3D IC真空晶圓壓膜機及貼合設備，并已取得一線晶圓代工廠和封測業者的訂單，協力打造3D IC產線。

　　另一方面，3D IC還須導入堆疊制程，包括晶片到晶圓(C2W)、晶片到晶片(C2C)或晶圓到晶圓(W2W)等三種型式;接合方法則有氧化物融熔(Oxide Fusion)、金屬-金屬(Metal-Metal)、聚合物黏著(Polymer Adhesive)等，以實現立體晶片架構。

　　鄭志龍坦言，堆疊系3D IC制程中最重要卻也相對困難的環節，不僅要考量裸晶良率(KGD)問題，還須仰賴高度客制化的設備和材料技術，才能達到量產良率。目前美日半導體設備暨材料廠均各自押寶特定技術，并投資大筆資金開發依存性相當高的材料和設備，拉攏半導體制造業者;而鴻浩、肥特補、南亞、長春化工和長興化工等臺商在臺積電高呼將增加國內采購比重后，亦積極展開研發，未來可望在3D IC市場搶占一席之地。

　　與此同時，工研院材化所亦致力研發3D IC暫時貼合、堆疊、電鍍液和RDL層感光材料，正陸續導入電光所建置的奈米晶圓產線進行測試與驗證，一旦技術成熟并技轉后，臺商在3D IC上游供應鏈將更具競爭力。