半导体封装测试展|半导体后端工艺:探索不同材料在晶圆级半导体封装中的作用
光刻胶是由可溶性聚合物和光敏材料组成的化合物,当其暴露在光线下时,会在溶剂中发生降解或融合等化学反应。半导体封装测试展了解到,在运用于晶圆级封装的光刻(Photolithography)工艺过程中时,光刻胶可用于创建电路图案,还可在后续电镀(Electroplating)过程中通过电镀金属丝以形成阻挡层。根据光照的反应原理,光刻胶可分为正性光刻胶(Positive PR)和负性光刻胶(Negative PR)。对于正性光刻胶,曝光区域会发生降解反应,导致键合减弱;而未曝光区域则会发生交联(Cross-linking)2反应,使键合增强。因此,被曝光部分在显影过程中会被去除。然而对于负性光刻胶,曝光部分会产生交联反应并硬化,从而被完整保留下来;未曝光部分则被去除。负性光刻胶的粘度通常高于正性光刻胶,旋涂过程中的涂覆厚度更厚,因而通常被用于形成较高的焊接凸点(Solder Bump)。而正性光刻胶则至少需要涂覆两次。
半导体封装测试展了解到,光刻过程中所使用的光源可根据波长进行分类,波长以纳米(nm)为单位。对于细微化(Scaling)的半导体而言,在光刻过程中通常采用波长较短的光源,以增强光刻效果,从而形成更精细的电路图案。因此,光敏化合物(PAC)用于制作曝光波长较长的g线(g-line)光刻胶和i线(i-line)光刻胶。而化学放大型抗蚀剂(CAR)5则用于制作曝光波长较短的光刻胶。晶圆级封装通常使用i线步进式光刻机(Stepper)。
电镀液(Plating Solution)是一种在电镀过程中使用的溶液,由金属离子、酸和添加剂组成。其中,金属离子是电镀过程中的待镀物质;酸作为溶剂,用于溶解溶液中的金属离子;多种添加剂用于增强电镀液和镀层的性能。可用于电镀的金属材料包括镍、金、铜、锡和锡银合金,这些金属以离子的形式存在于电镀液中。常见的酸性溶剂包括硫酸(Sulfuric Acid)和甲磺酸(Methanesulfonic Acid)。添加剂包括整平剂(Leveler)和细化剂(Grain Refiner),其中,整平剂用于防止材料堆积,提高电镀层平整性;而晶粒细化剂则可以防止电镀晶粒的横向生长,使晶粒变得更加细小。电镀工艺完成后,需使用光刻胶剥离液去除光刻胶,同时注意避免对晶圆造成化学性损伤或产生残留物。
半导体封装测试展了解到,晶圆级封装需要通过溅射(Sputtering)工艺形成籽晶层(Seed Layer),即通过溅射或蒸馏的方式形成的一层用于电镀的薄金属。电镀和光刻胶去胶工序完成后,需使用酸性刻蚀剂来溶解籽晶层。
溅射(Sputtering):一种用高能离子轰击金属靶材,使喷射出来的金属离子沉积到晶圆表面的物理气相沉积工艺。
根据不同的待溶解金属,可选用不同刻蚀剂,如铜刻蚀剂、钛刻蚀剂、银刻蚀剂等。此类刻蚀剂应具有刻蚀选择性——在有选择性地溶解特定金属时,不会溶解或仅少量溶解其它金属;刻蚀剂还应具备较高的刻蚀速率,以提高制程效率;同时还应具备制程的均匀性,使其能够均匀地溶解晶圆上不同位置的金属。溅射靶材是一种在物理气相沉积(PVD)过程中,采用溅射工艺在晶圆表面沉积金属薄膜时使用的材料。
与倒片键合(Flip Chip Bonding)相同,通过填充基板与芯片间的空隙、或以凸点链接的芯片与芯片之间的空隙,底部填充增强了接合处的可靠性。用于填充凸点之间空间的底部填充工艺分为后填充(Post-Filling)和预填充(Pre-applied Underfill)两种。后填充是指完成倒片键合之后填充凸点之间的空间,而预填充则是指在完成倒片键合之前进行填充。此外,后填充可进一步细分为毛细管底部填充(Capillary Underfill, CUF)和模塑底部填充(Molded Underfill, MUF)。完成倒片键合之后,采用毛细管底部填充工艺,利用毛细管在芯片侧面注入底部填充材料来填充凸点间隙,此种工艺增加了芯片和基板之间的间隙内表面张力。而模塑底部填充则是在模塑过程中使用环氧树脂模塑料(EMC)作为底部填充材料,从而简化工序。
文章来源:SEMI半导体研究院