搞定晶圓貼合/堆疊材料　3D IC量產(chǎn)制程就位

三維晶片(3D IC)商用量產(chǎn)設(shè)備與材料逐一到位。3D IC晶圓貼合與堆疊制程極為復(fù)雜且成本高昂，導(dǎo)致晶圓廠與封測業(yè)者遲遲難以導(dǎo)入量產(chǎn)。不過，近期半導(dǎo)體供應(yīng)鏈業(yè)者已陸續(xù)發(fā)布新一代3D IC制程設(shè)備與材料解決方案，有助突破3D IC生產(chǎn)瓶頸，并減低晶圓薄化、貼合和堆疊的損壞率，讓成本盡快達(dá)到市場甜蜜點。

工研院材化所高寬頻先進(jìn)構(gòu)裝材料研究室研究員鄭志龍強調(diào)，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(jìn)構(gòu)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(chǎn)時程一拖再拖的主要因素，由于成本與制程良率息息相關(guān)，因此改良3D IC制造設(shè)備與材料，使整體生產(chǎn)流程更上軌道，已然成為供應(yīng)鏈業(yè)者當(dāng)務(wù)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(dǎo)體設(shè)備和材料商全力搶攻的重點。

據(jù)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(guān)鍵制程，樣樣都為半導(dǎo)體業(yè)者帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。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(jìn)行晶圓薄化的動作，將晶圓磨薄并剝離后再進(jìn)入導(dǎo)電材料填充、堆疊和成型等階段，系傳統(tǒng)平面式制程不曾面臨的難題，復(fù)雜度可見一斑。

由于薄晶圓應(yīng)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(diào)，包括IBM、陶氏化學(xué)(Dow Chemical)和杜邦(DuPont)等半導(dǎo)體材料研發(fā)暨供應(yīng)商，皆已分別提出3D IC材料摻雜技術(shù)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(fā)表相關(guān)貼合設(shè)備，有助推進(jìn)3D IC量產(chǎn)步伐。

事實上，勤友日前甫與IBM簽訂合作計劃，將授權(quán)IBM的復(fù)合雷射剝離制程技術(shù)，開發(fā)全新半導(dǎo)體晶圓貼合和剝離設(shè)備，提高3D IC生產(chǎn)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(shè)備，并已取得一線晶圓代工廠和封測業(yè)者的訂單，協(xié)力打造3D IC產(chǎn)線。

另一方面，3D IC還須導(dǎo)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(xiàn)立體晶片架構(gòu)。

鄭志龍?zhí)寡?，堆疊系3D IC制程中最重要卻也相對困難的環(huán)節(jié)，不僅要考量裸晶良率(KGD)問題，還須仰賴高度客制化的設(shè)備和材料技術(shù)，才能達(dá)到量產(chǎn)良率。目前美日半導(dǎo)體設(shè)備暨材料廠均各自押寶特定技術(shù)，并投資大筆資金開發(fā)依存性相當(dāng)高的材料和設(shè)備，拉攏半導(dǎo)體制造業(yè)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(nèi)采購比重后，亦積極展開研發(fā)，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(fā)3D IC暫時貼合、堆疊、電鍍液和RDL層感光材料，正陸續(xù)導(dǎo)入電光所建置的奈米晶圓產(chǎn)線進(jìn)行測試與驗證，一旦技術(shù)成熟并技轉(zhuǎn)后，臺商在3D IC上游供應(yīng)鏈將更具競爭力。