增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬Cu層之間粘附性的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層粘附性的方法。其主要步驟為：首先，對(duì)介質(zhì)層PI進(jìn)行表面預(yù)處理，然后選擇及控制濺射的粘附/種子層金屬類型和厚度。濺射完成后，進(jìn)行退火處理，增加PI和粘附/種子層金屬的結(jié)合度，最后，再進(jìn)行金屬Cu的電鍍。通過以上步驟，使PI和Cu之間的粘附性得到很大提高。本發(fā)明提供的方法適合于圓片級(jí)封裝再布線結(jié)構(gòu)以及UBM制作。
【專利說明】增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬Cu層之間粘附性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，特別涉及圓片級(jí)封裝領(lǐng)域中增強(qiáng)再布線結(jié)構(gòu)中PI和Cu以及UBM制作中PI和Cu的粘附性，屬于圓片級(jí)封裝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]圓片級(jí)封裝可以節(jié)省成本，提高效率。其中的關(guān)鍵技術(shù)包括再布線技術(shù)和凸點(diǎn)UBM(under bump metallization,凸點(diǎn)下金屬)制作。其中主要以PI (聚酰亞胺，Polyimide,縮寫為PI，)作為基質(zhì)層，Cu作為金屬層。如圖1所示，在襯底101上涂覆PI介質(zhì)層102并光刻出圖形窗口，然后濺射粘附/種子層103并電鍍制作金屬導(dǎo)線層104，根據(jù)布線需要來(lái)決定金屬層或介質(zhì)層的厚度及層數(shù)，金屬層之間采用金屬通孔互連。布線完成后，再在表面涂覆一層PI介質(zhì)層102’，在相應(yīng)位置光刻暴露出銅導(dǎo)線，并制作UBM，最后植球105。UBM的制作也分為濺射粘附/種子層103’和電鍍金屬層104’，其作用是增強(qiáng)焊球的粘性和可靠性。介質(zhì)層PI具有較低的介電常數(shù)(3.36)和很好的熱機(jī)械穩(wěn)定性，其屈服強(qiáng)度為200MPa，玻璃化溫度接近330°C，工藝制作流程簡(jiǎn)單。金屬銅具有良好的導(dǎo)電性和延展性以及簡(jiǎn)單的制作工藝，是封裝中金屬層材料的良好選擇。
[0003]業(yè)界內(nèi)對(duì)PI上銅制作的常規(guī)工藝步驟如圖2所示，分五步:
[0004]1.在PI介質(zhì)層102表面濺射粘附/種子層金屬Ti/Cu 103 ；
[0005]2.在種子層上旋涂光刻膠201，并對(duì)其進(jìn)行光刻，將電鍍窗口進(jìn)行圖形化；
[0006]3.電鍍一定厚度的Cu金屬層104 ；
[0007]4.將電鍍好的圖形進(jìn)行去膠。
[0008]5.去除種子層金屬Ti/Cu，最后得到圖形化的金屬層。
[0009]但是，按照此工藝制作，在后續(xù)的工藝中，尤其是經(jīng)歷較高的溫度溫度變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)金屬Cu層和介質(zhì)層PI的脫落剝離，直接影響制作工藝的成品率和可靠性。為此，本發(fā)明擬提出一種改進(jìn)的工藝方法，以增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬Cu層之間的粘附性，使再布線結(jié)構(gòu)以及UBM的可靠性得到提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)歷較高的溫度變化時(shí)，金屬Cu層和介質(zhì)層PI會(huì)脫落剝離，影響制作工藝的成品率和可靠性的問題。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，該方法包括以下步驟:
[0012]I)提供一半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底上涂覆PI介質(zhì)層；
[0013]2)對(duì)該P(yáng)I介質(zhì)層進(jìn)行表面預(yù)處理；
[0014]3)濺射Ti/Cu或TiW/Cu粘附/種子層，并控制其厚度；[0015]4)進(jìn)行退火處理；
[0016]5)涂覆光刻膠，光刻出圖形窗口；
[0017]6)電鍍金屬Cu層；
[0018]7)去除光刻膠和不必要的粘附/種子層。
[0019]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底材料為硅或砷化鎵。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟I)中的涂覆工藝為旋涂或噴膠，固化后的PI介質(zhì)層厚度在5_15um0
[0021]優(yōu)選地，所述步驟2)中對(duì)該P(yáng)I介質(zhì)層進(jìn)行表面預(yù)處理是在O2或N2氣氛下進(jìn)行進(jìn)行打底膜或等離子處理，氣體流量為180-240ml/min，等離子發(fā)射功率為180-240W，處理時(shí)間為 4_6min。
[0022]優(yōu)選地，所述步驟3)中濺射的粘附層Ti或TiW層的厚度為500~1500 A，濺射的銅種子層的厚度為2000~5000 A。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟4)中的退火處理具體是指從常溫升到180°C _200°C，恒溫5-10min，然后降至室溫，升溫和降溫過程均為20_40min ;該過程在恒溫爐中進(jìn)行，有惰性氣體保護(hù)。
[0024]優(yōu)選地，所述步驟5)中涂覆光刻膠采用旋涂工藝涂覆，該層光刻膠厚度在5_15um0`[0025]優(yōu)選地,所述步驟6)中電鍍金屬Cu層的厚度在4-1Oum。
[0026]本發(fā)明不需要制作額外的粘附材料，增強(qiáng)了介質(zhì)層PI和金屬層Cu之間的粘附性，具有工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1顯示為包含再布線結(jié)構(gòu)的圓片級(jí)封裝示意圖。
[0028]圖2顯示為傳統(tǒng)的在PI上制作金屬Cu的工藝方法。
[0029]圖3顯示為本發(fā)明退火時(shí)的溫度時(shí)間曲線。
[0030]圖4顯示為本發(fā)明增強(qiáng)PI和Cu之間粘附性的工藝流程圖。
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬Cu層之間粘附性的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)提供一半導(dǎo)體襯底，在該半導(dǎo)體襯底上涂覆PI介質(zhì)層； 2)對(duì)該P(yáng)I介質(zhì)層進(jìn)行表面預(yù)處理； 3)濺射Ti/Cu或TiW/Cu粘附/種子層，并控制厚度； 4)進(jìn)行退火處理； 5)涂覆光刻膠，光刻出圖形窗口； 6)電鍍金屬Cu層； 7)去除光刻膠和不必要的粘附/種子層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述半導(dǎo)體襯底材料為娃或砷化鎵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述步驟I)中的涂覆工藝為旋涂或噴膠，固化后的PI介質(zhì)層厚度在5-15um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述步驟2)中對(duì)該P(yáng)I介質(zhì)層進(jìn)行表面預(yù)處理是在O2或N2氣氛下進(jìn)行打底膜或等離子處理，氣體流量為180-240ml/min，等離子發(fā)射功率為180-240W，處理時(shí)間為4_6min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述步驟3)中濺射的粘附層Ti或TiW層的厚度為500?1500 A，濺射的銅種子層的厚度為2000?5000 A。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述步驟4)中的退火處理具體是指從常溫升到180°C _200°C，恒溫5-10min，然后降至室溫，升溫和降溫過程均為20-40min ;該過程在恒溫爐中進(jìn)行，有惰性氣體保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述步驟5)中涂覆光刻膠采用旋涂工藝涂覆，該層光刻膠厚度在5-15um。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)介質(zhì)層PI和金屬層Cu層之間粘附性的方法，其特征在于:所述電鍍金屬Cu層的厚度在4-1Oum。
【文檔編號(hào)】H01L21/48GK103794513SQ201210418831
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】朱春生, 羅樂, 徐高衛(wèi), 寧文果 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所