晶圓級(jí)芯片尺寸封裝上用于電流傳輸?shù)暮附油裹c(diǎn)、金凸點(diǎn)、銅柱以及銅線等都需要用到光阻層，然后才能通過電鍍形成最后金屬結(jié)構(gòu)。本文主要介紹厚膜光刻膠在晶圓級(jí)封裝中的應(yīng)用。 德國(guó)Suss公司 與IC制造時(shí)使用的光刻膠相比，大多數(shù)封裝技術(shù)中所用到的光阻層要厚很多，比如在二次布線、倒裝芯片的晶圓凸點(diǎn)、TAB、COG、一些CSP中芯片與基板互連的銅柱技術(shù)以及MCM-D多層基板等應(yīng)用場(chǎng)合，上述兩種光阻材料的特征尺寸以及厚度通常在5um至100um之間，所以光刻膠必須采用較高的高寬比(線條尺寸與厚度之比)。
焊接凸點(diǎn)間距通常只有150um，所以要求光阻層厚度在50到100um之間。電鍍后的焊料經(jīng)過再流焊形成焊球，此時(shí)雖然對(duì)精度與光阻層的側(cè)壁角度并不很關(guān)心，但印刷重復(fù)性卻非常重要。金凸點(diǎn)主要用于TAB與COG技術(shù)，間距細(xì)時(shí)通常會(huì)低至40um，有時(shí)凸點(diǎn)之間相隔只有10um。此時(shí)精度與光阻層側(cè)壁角度都十分重要，因?yàn)楣庾鑼拥男螤顚Q定金屬凸點(diǎn)的最終形狀，光阻層厚度通常為20～30um。銅柱技術(shù)也需要很厚的光刻膠，可達(dá)150um，如富士通的“超級(jí)CSP”技術(shù)。該技術(shù)具有良好應(yīng)力緩沖特性，因此能達(dá)到很高的封裝可靠性[1]。從芯片外圍的小焊盤重新引線到遍布整個(gè)芯片的平面陣列其精度一般在10到20um之間，布線通常在10um厚的單層聚合物上進(jìn)行，此時(shí)用的是相對(duì)較薄的光刻膠(10um)。
厚膜光刻膠印刷設(shè)備
常用厚膜光阻材料印刷設(shè)備都是專用貼近式應(yīng)用工具，可以將掩膜影像直接投射到光阻層上。它不需要光學(xué)制板，而且膜層比較厚時(shí)所需的場(chǎng)深通常要比投射系統(tǒng)的要大。此外貼近式印刷機(jī)比復(fù)雜的步進(jìn)投影方式更為可靠，同時(shí)用一個(gè)掩模對(duì)整個(gè)晶圓進(jìn)行曝光還可以得到較高的產(chǎn)量[2]。現(xiàn)代貼近式工具都采用了非常完善的照明系統(tǒng)，可以減少會(huì)影響印刷性能的衍射效應(yīng)。作為一種全場(chǎng)式系統(tǒng)，這類設(shè)備不需要分步-重復(fù)式印刷過程。晶圓尺寸較大時(shí)，掩模對(duì)位比分步方式困難得多，但是采用溫控夾具可以消除掩模與晶圓之間在尺寸上的偏差。由于對(duì)精度要求很高，所以在生成IC圖形時(shí)也使用貼近式工具，此時(shí)雖然掩模與晶圓間的曝光間隙通常都保持很小的距離，但在厚膜光刻膠應(yīng)用中由于對(duì)精度要求較低，所以這一間隙可以增加到50～100um，而這就比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)這個(gè)距離既不會(huì)影響成品率也不需要再對(duì)掩模進(jìn)行清洗。
晶圓凸點(diǎn)技術(shù)中的光刻膠工藝
焊接凸點(diǎn)在倒裝芯片中。因?yàn)榻饘偻裹c(diǎn)在電鍍后經(jīng)回流焊再形成焊球，因此對(duì)光阻層側(cè)壁的垂直度沒有要求。但是這項(xiàng)技術(shù)要求用較厚的光刻膠，通常在50～100um之間。Clariant AZ 9200系列光阻材料的透明度要比90年代廣泛應(yīng)用的AZ 4000系列好很多，以AZ 9260為例，可以將掩模/晶圓間隙做得很大，甚至達(dá)到100um，并根據(jù)光阻層厚度對(duì)側(cè)壁傾角作75°～84°的調(diào)整。光阻層傾角隨厚度的增加而增大，比如在同樣100um間隙下，當(dāng)光阻層厚度從21um增加到54um時(shí)，其側(cè)壁傾角將從75°增大到84°。
銅柱技術(shù)要求用更厚的光阻層。如果希望側(cè)壁又光滑又精確，那么杜邦公司的MRC干膜是一種很好的選擇，它的厚度可達(dá)200um，在間隙小于100um時(shí)，光阻層側(cè)壁的傾角接近于90°。對(duì)于100um厚光阻層，其曝光時(shí)間很短，僅有10秒，而正性光阻層所需曝光量幾乎要多一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)光阻層很厚時(shí)，這種干膜的邊緣不會(huì)像正性光阻層那樣呈鋸齒狀，不過在晶圓上涂敷干膜因成本過高并沒有得到廣泛應(yīng)用。 當(dāng)間距以及凸起的距離都更緊密時(shí)，通常采用金凸點(diǎn)(例如TAB或COG)。這種方式在電鍍后不需進(jìn)行再流焊，因此最初光阻膜與最終金屬凸點(diǎn)的形狀是一樣的，此時(shí)光阻層側(cè)壁的質(zhì)量就非常重要。AZ 9260，它可以在20um的較大間隙做出10um寬20um高的金屬凸點(diǎn)。如果線寬與光阻層厚度之比不大于1:3，則可選擇負(fù)性的JSR THB 130N，因?yàn)樗词乖?/span>100um間距的情況下也可以形成垂直的側(cè)壁。光阻材料需要用氮作凈化，超過100um的光阻層都有固定的處理方式。對(duì)于凸點(diǎn)間距比較密的情況，比如在金凸點(diǎn)中，可以采用AZ 9260或Tokyo Ohka正性光阻材料。如果使用了G線過濾器，那么用TOK PMER P-LA900PM將可得到很高的光阻層透明度，而代價(jià)是需要很高的曝光量(6-8J/cm2,相比之下AZ 9200系列只需要2J/cm2)。盡管它的產(chǎn)量較低，但在日本仍得到廣泛的使用，用它得到的實(shí)際厚度為30um，而AZ 9260可以很容易做到60um厚。
用于晶圓級(jí)二次布線的光敏Cyclotene (BCB)工藝
近些年來已開發(fā)出多種用于高頻IC的低k值介電材料。這種負(fù)性感光聚合物可采用與凸點(diǎn)技術(shù)相同的貼近式工具制模，同樣可以采用全幅曝光，并通過掩模與晶圓間的間隙選擇所需的側(cè)壁傾角。在實(shí)際中采用傾斜的側(cè)壁以便焊接導(dǎo)線從膜的頂部到晶圓焊盤能夠圓滑地連接。有報(bào)告指出，步進(jìn)器的光學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)被曝光時(shí)產(chǎn)生的BCB揮發(fā)物污染。在作貼近印刷時(shí)，揮發(fā)物的濃度很低，不會(huì)形成污染。但如果有了污染，則應(yīng)經(jīng)常對(duì)掩模進(jìn)行清理，曝光系統(tǒng)在任何時(shí)候都不應(yīng)靠近聚合物。在二次布線過程中，晶圓上面的BCB電介層可作為一種附加的保護(hù)層。該層內(nèi)的外圍電路焊盤都是開路的，銅線從電介層的頂部穿過BCB層上的通孔，將外圍電路與BCB層頂端的大焊盤陣列連接起來[2]。此時(shí)可以用較高直寬比的正性光阻材料，如AZ 9260或TOK PMER P-LA900PM等，這和前面金凸點(diǎn)部分一樣。
#半導(dǎo)體#勻膠顯影設(shè)備
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