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