用于扇出型晶圆级封装的铜电沉积

作者：泛林集团

随着集成电路设计师将更复杂的功能嵌入更狭小的空间，异构集成包括器件的3D堆叠已成为混合与连接各种功能技术的一种更为实用且经济的方式。作为异构集成平台之一，高密度扇出型晶圆级封装技术正获得越来越多的认可。此种封装解决方案的主要优势在于其封装的基片更少，热阻更低，电气性能也更优秀。这是一个体现“超越摩尔定律”的例子，即使用 “摩尔定律”以外的技术也能实现更高的集成度和经济效益。

异构集成技术

高密度扇出型封装技术满足了移动手机封装的外形尺寸与性能要求，因此获得了技术界的广泛关注。构成此技术的关键元素包括重布线层(RDL)金属与大型铜柱镀层。重布线层连通了硅芯片上的高密度连接和印制电路板的低密度连接。通常需要使用多层重布线层，才能够让信号路由至电路板。

如图1所示，大型铜柱是垂直连接不同层级的金属支柱。顶部单个晶片的焊锡凸块被放置于大型铜柱之上，并通过回流焊完成连接。

图1. 2.5D封装中的中介层结构

大型铜柱的工艺挑战

大型铜柱的区别在于其尺寸大小：它的高度和宽度是标准铜柱的5倍之多。构建大型铜柱的传统方法是采用常规电镀，这个过程漫长且缓慢。而最大的问题在于，此过程通常会产生不可接受的不一致结果。电镀铜柱的高度会随局部电流负载密度的不同而变化，并可能在支柱顶部产生一定程度的隆起或凹陷，而不是所需的平坦表面（图2）。这种高度与特征形状的不一致，可能会需要额外的后续平面化步骤（如CMP），并会导致连接不稳定，降低设备性能，增加总体工艺时间和成本。

影响以上电镀结果的单个晶片布局差异包括特征形状、宽度、深宽比以及周围光阻的厚度和给定区域的特征密度。这些差异可能会演变成为晶圆、单个晶片或各个特征之间的差异。

解决这个问题的方法之一就是在目标厚度上电镀多余的金属，然后逆转电镀极化与电流方向。这将回蚀所添加金属，以缩小铜柱的高度分布，或使大型铜柱的顶部更平整。但这种方法可能无法有效提升不同长度铜柱尺寸的一致性，而且通常会导致不良变形，使得大型铜柱的表面粗糙凹陷，边缘腐蚀。

图2. 电镀大型铜柱的常见差异包括电流负载问题、凹陷和凸起。

泛林集团的解决方案

泛林集团通过其独有的Durendal^®工艺解决这一问题。该工艺可以产出优质、光滑的大型铜柱顶部表面，整个晶圆上的大型铜柱高度也非常均匀。整套Durendal^®工艺可以在SABRE^® 3D设备上实施完成。

图3. 通过SABRE^® 3D使用Durendal^®工艺，产出尺寸均匀、高质量的大型铜柱。下方的图片比较了晶圆边缘（左侧）与晶圆中心（右侧）大型铜柱的高度差异。

Durendal^®工艺提供了一种经济高效的方式进行单个晶片堆叠，并能产出高良率以及稳固可靠的连接。在未来，我们期待Durendal^®工艺能促进扇出型晶圆级封装在单个晶片堆叠中得到更广泛的应用。