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晶圆级封装的五项基本工艺
在本文中将重点介绍半导体封装中的重要方法——晶圆级封装(WLP)。本文我们将探讨晶圆级封装的五项基本工艺,包括:光刻(Photolithography)工艺、溅射(Sputtering)工艺、电渡(Electroplating)工艺、光刻胶去胶(PR Stripping)工艺和金属刻蚀(Metal Etching)工艺。

来源: | 作者:pmoe2a7d5 | 发布时间: 2024-01-29 | 809 次浏览 | 分享到:

1.光刻工艺:在掩模晶圆上绘制电路图案

光刻对应的英文是Photolithography,由“-litho(石刻)”和“graphy(绘图)”组成,是一种印刷技术,换句话说,光刻是一种电路图案绘制工艺。首先在晶圆上涂覆一层被称为“光刻胶”的光敏聚合物,然后透过刻有所需图案的掩模,选择性地对晶圆进行曝光,对曝光区域进行显影,以绘制所需的图案或图形。该工艺的步骤:涂覆光刻胶-对准及曝光-后烘-显影。在晶圆级封装中,光刻工艺主要用于在绝缘层上绘制图案,进而使用绘制图案来创建电镀层,并通过刻蚀扩散层来形成金属线路。

为更加清楚地了解光刻工艺,不妨将其与摄影技术进行比较。摄影以太阳光作为光源来捕捉拍摄对象,对象可以是物体、地标或人物。而光刻则需要特定光源将掩模上的图案转移到曝光设备上。另外,摄像机中的胶片也可类比为光刻工艺中涂覆在晶圆上的光刻胶。我们可以通过三种方法将光刻胶涂覆在晶圆上,包括旋涂(Spin Coating)、薄膜层压(Film Lamination)和喷涂(Spray Coating)。涂覆光刻胶后,需用通过前烘(Soft Baking)来去除溶剂,以确保粘性光刻胶保留在晶圆上且维持其原本厚度。

旋涂将粘性光刻胶涂覆在旋转着的晶圆中心,离心力会使光刻胶向晶圆边缘扩散,从而以均匀的厚度分散在晶圆上。粘度越高转速越低,光刻胶就越厚。反之,粘度越低转速越高,光刻胶就越薄。对于晶圆级封装而言,特别是倒片封装,光刻胶层的厚度须达到30 μm至100 μm,才能形成焊接凸点。然而,通过单次旋涂很难达到所需厚度。在某些情况下,需要反复旋涂光刻胶并多次进行前烘。因此,在所需光刻胶层较厚的情况下,使用层压方法更加有效,因为这种方法从初始阶段就能够使光刻胶薄膜达到所需厚度,同时在处理过程中不会造成晶圆浪费,因此成本效益也更高。但是,如果晶圆结构表面粗糙,则很难将光刻胶膜附着在晶圆表面,此种情况下使用层压方法,会导致产品缺陷。所以,针对表面非常粗糙的晶圆,可通过喷涂方法,使光刻胶厚度保持均匀。

完成光刻胶涂覆和前烘后,接下来就需要进行曝光。通过照射,将掩模上的图案投射到晶圆表面的光刻胶上。由于正性光刻胶(Positive PR)在曝光后会软化,因此使用正性光刻胶时,需在掩模去除区开孔。负性光刻胶(Negative PR)在曝光后则会硬化,所以需在掩模保留区开孔。晶圆级封装通常采用掩模对准曝光机(Mask Aligner)或步进式光刻机(Stepper)作为光刻工艺设备。