晶圓接合/薄膜轉移助製程微縮 紅外線LayerRelease精準剝離特定區域
在半導體製造中，3D整合，也就是將多種不同元件與晶粒製造、組裝與封裝成單一的裝置或封裝，對於優化半導體設計與製造的功耗、效能、面積與成本(PPAC)量測，以及產品發展路線圖來說越來越重要。同時，晶圓接合是實現3D整合的關鍵技術。甚至可以說，晶圓接合是嶄新的微影製程線寬微縮技術，因為沒有暫時和永久的晶圓接合，就無法垂直堆疊元件與晶粒。
在過去，推動3D整合主要是從封裝的角度來看。換句話說，不同的晶片透過中介層或扇出成型晶圓相互連接，效能會顯著提升。然而，這些晶粒是以傳統的2D系統晶片方式進行設計與製造的。儘管在微影與晶體節點縮減領域，技術人員花費了龐大心力並取得顯著成就，但效能的提升卻變得越來越慢。因此未來處理器與記憶體的製造與設計，需要重新思考。最重要的是，3D整合與晶圓接合或薄膜轉移的技術突破是無法迴避的。
薄膜轉移超越玻璃載具
利用玻璃基板搭配有機黏著劑，與晶圓接合製程的載具技術，已經是廣為接受的3D元件建構元件層的方式。元件晶圓使用有機黏著劑暫時接合至玻璃載具晶圓，然後在其背面進行薄化。接著使用紫外線(UV)波長的雷射來溶解黏著劑並剝離元件層，隨後將其永久接合到最終的產品晶圓上。
不過，使用主要是針對矽材質設計的半導體製造設備，來對玻璃基板加工並不容易。並且需要經過昂貴的升級後，才能進行玻璃晶圓的製程。可以升級晶圓邊緣檢測，與預對準器等簡單的事情，讓已被認可的設備載具具備相容性。
關於玻璃載具更根本的問題是它們的電氣與熱隔離特性，因為這些特性需要全新的沉積配方，或是讓晶圓背面額外沉積更多薄膜層，以便沉積與蝕刻設備能夠利用靜電吸盤。此外，有機黏著劑應用在製程溫度通常限制在攝氏300度以下，限制了後端製程的使用(圖1)。
圖1 利用微縮、3D整合與系統技術協同優化提升系統效能的關鍵產業驅動力
在理想的情況下，晶圓廠可以利用具有無機脫膜層的矽載具，來避免這些溫度與玻璃載具的相容性問題。近年來，業界導入可以讓先進封裝，免除必需使用玻璃載具的革命性薄膜轉移方法。它可以避開溫度與玻璃載具相容性的問題，還能在不改變現有製程的前提下，透過前端製程的載具，促成超薄(微米以內或更低)薄膜的轉移能力。
紅外線雷射剝離技術
這項用於矽晶圓用的薄膜剝離技術稱為LayerRelease，它利用紅外線(IR)雷射與特殊調配的無機剝離材質，以奈米精度在矽晶圓上促成雷射剝離。矽晶圓的背面曝露於紅外線的雷射光，且雷射光獨特的波長完全不會影響到矽晶圓。透過標準沉積製程，預先構建於矽堆疊內的無機脫模層會吸收這些紅外線，造成矽晶圓預先設定與精準定義的薄膜或區域的剝離。
利用無機的脫膜層可以促成範圍在幾奈米以內更精準，且更薄的可用脫膜層。反觀使用有機黏著劑精度則只有幾微米。如此薄的元件層隨後的堆疊，可以促成更高頻寬的連線，為次世代高效能系統的晶粒設計與切割，開啟全新的契機。此外，無機的脫膜層相容於高溫的製程(最高可達攝氏1,000度)，可為有機黏著劑無法相容的許多新型前端應用，如磊晶、沉積與退火，促成薄膜的轉移。
LayerRelease製程的奈米級精度，支援先進半導體元件的產品藍圖，要求更薄的元件層與封裝、更高度的3D整合。以及透過薄膜轉移與去除玻璃基板，來降低製程成本。同時，LayerRelease與高溫製程的相容性，讓它即便是處理矽載具上的超薄薄膜，都可實現混合與熔融接合，如此一來也為3D...
2024 年 05 月 22 日
