盛美半導體賈照偉：先進封裝電鍍及濕法裝備的挑戰和機遇

9月21日，由張江高科、芯謀研究聯合主辦的張江高科·芯謀研究（第十屆）集成電路產業領袖峰會在上海浦東圓滿舉行。本屆峰會為近年來行業里規格最高的國際半導體產業峰會，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企業的300多位產業領袖出席峰會，以“破局芯時代”為主題，共同探討中國半導體產業發展的熱點問題。

21日上午，峰會同期舉辦了兩場分論壇，“供應鏈論壇”與“先進封裝和IP論壇”。來自半導體產業各個環節的企業領袖分享了最新的產業思想、前沿技術與市場****。在“供應鏈論壇”中，盛美半導體工藝副總裁賈照偉以《先進封裝電鍍及濕法裝備的挑戰和機遇》為題進行了精彩的分享。

盛美半導體工藝副總裁 賈照偉

賈照偉從三個方面進行分享：三維芯片封裝集成技術發展趨勢；先進封裝電鍍和濕法設備所面臨的挑戰；盛美相關電鍍和濕法設備的核心專利。

三維芯片封裝集成技術發展趨勢

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

受AI應用場景驅動，三維芯片封裝集成技術正迅速發展。2.5D、3D、HBM技術以及Chiplet等等，都需要把不同功能的芯片整合到一起，實現更強大的功能。這就對互聯技術提出了更高要求。

目前先進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：3D TSV，Cu-Ni-Au upad and Hybrid bonding（混合鍵合技術）。互聯形式多種多樣，一直在發展，要求也越來越高。互聯尺寸跨度從幾百微米，到幾百納米，已經到了亞微米的互聯階段。在存儲領域，目前常規內存需求稍顯萎靡，但HBM需求強勁，國際內存廠營收HBM占比也在加強。在HBM技術演進上，主要是三星、海力士、美光三大家領先推進，國內兩家也在布局這一領域。在HBM4之前還在使用傳統互聯技術，到了HBM4傳統方式已無法滿足要求，需要直接互聯。這就要求設備要從傳統的凸塊、RDL的電鍍設備過渡到前道大馬士革電鍍設備。

先進封裝電鍍和濕法設備所面臨的挑戰

先進封裝技術的創新對相關設備也提出了新的要求。

硬件方面，因先進封裝需要將不同的芯片進行三維系統整合。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

封裝起來或者模塑起來。在扇出封裝工藝中出現玻璃或者環氧塑封樹脂（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，電鍍設備必須要過wafer handling這一關。除此之外，凸點產品的深寬比越來越高，RDL越來越細，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也用這個條件，光刻膠可能就打壞了。所以在同一個設備里面兼容不同的產品也是很大的挑戰。

還有電鍍腔室（Chamber）和卡盤（Chuck），不同電路產品的深寬比、開口面積不同，去邊大小不一樣，基底材質多樣，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挑戰略作展開，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是在客戶遇到難題，盛美用差異化技術創造性地解決問題的成功案例之一。最初盛美也沒有這個設備，針對國內先進客戶的難題創造性地開發了負壓清洗設備，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。但是針對很小線寬的RDL線，光刻膠等做預濕的時候，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可以針對真空壓力和水壓分別進行調節，解決了不同產品的兼容性問題。也是根據客戶線上反饋的問題而逐步完善的功能，及時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勢之一。

封裝上用了四大最常用的金屬:Cu、Ni、SnAg、Au，先進封裝制程最初是銅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。因為交叉污染少，盛美設備的電鍍液壽命就可以適當地延長，在成本上也更具有優勢。

清洗方面，TSV的深孔清洗很有挑戰。我們做了一個關于清洗藥液濃度的模擬計算，從TSV開口處到孔底，隨著清洗工藝的進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的兆聲波清洗功能，因為兆聲波能加強微觀對流，這樣藥液濃度從上面到底部只有很微小的一個衰減，清洗效果會比較強，針對深孔效果改善很明顯。

盛美相關電鍍和濕法設備的核心專利

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

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域，分成多個陽極，進行單獨控制。在水平電鍍領域，盛美是全球三家大規模量產電鍍設備的廠家之一，其余兩家都來自美國。

針對先進封裝，盛美也做了差異化專利布局，開發了密封膠條夾盤（Rubber Seal Chuck）的專利，對Chuck做了外包裹式的密封設計，這也是差異化路線的一個具體體現。在行業難題解決方面盛美堅持使用自己的方案，形成自己的知識產權和know-how。

盛美的電鍍技術包括前道雙大馬士革電鍍Ultra ECP map、TSV 深孔電鍍 Ultra ECP 3d、先進封裝電鍍 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均采用多陽極技術。在封裝領域，盛美采用第二陽極技術，通過第二陽極的開關控制實現notch 開口區域電鍍高度的精確電鍍，解決了行業難題提高了均勻性。電鍍設備在三維封裝領域尤為重要，因為它們是實現互聯信號的關鍵設備。隨著封裝技術要求的提高，盛美的前道電鍍設備Ultra ECP map已從28納米節點拓展到亞微米電鍍。針對先進封裝領域，電鍍設備型號對應 Ultra ECP ap，而Ultra ECP map原本是28納米節點以上的大馬士革電鍍銅設備，由于現在封裝要求越來越高，逐漸用在亞微米電鍍互聯。盛美的Ultra ECP map設備不僅滿足前道邏輯芯片內的純大馬士革電鍍要求，也可以實現亞微米互聯線的電鍍，甚至在下一代HBM的Cu-Cu鍵合互聯結構中也適用。

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，采用伯努利原理進行硅刻蝕，通過兩路氮氣實現晶圓的固定和傳輸，這一技術與競爭對手有所不同，這是盛美自主開發的差異化技術。通過這些專利和技術，盛美在電鍍和清洗領域為客戶提供了高效、創新的解決方案。