CN101078890A

CN101078890A - 消除光刻胶中气泡的方法及凸点制作方法

Info

Publication number: CN101078890A
Application number: CN 200610026756
Authority: CN
Inventors: 梅娜; 王津洲
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: CN101078890B

Abstract

本发明提供了一种消除光刻胶中气泡的方法，具体工艺步骤为：对晶片进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；形成光刻胶层；进行第二次烘焙。使用上述的方法能消除具有各种结构的晶片表面的气泡，消除率达到99.9％。本发明还提供一种消除了光刻胶中气泡的凸点制作方法，以提高凸点制作工艺的良品率。

Description

消除光刻胶中气泡的方法及凸点制作方法

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，具体的说涉及晶片凸点制作前消除光刻胶中气泡的方法以及一种凸点制作的方法。

背景技术

随着电子产品向轻、薄、短、小而功能多样方向发展，不断向电子封装技术提出新的要求。凸点制作技术(bump)是晶片(wafer)封装中的一个关键技术。在凸点制作工艺之前，如图1所示，晶片1已经完成钝化层2和互连金属层3工艺，进入凸点制作之后，如图2所示，需要在晶片表面形成一凸点下金属层4(Under-Bump Metallurgy，UBM)；然后在UBM层上形成一光刻胶层5，并曝光、显影以形成所需的凸点图案；然后形成凸点焊料6；最后，去除光刻胶层5和凸点下金属层4，在一定温度下焊料回流形成焊球。

喷涂光刻胶时，由于光刻胶的底层有多层非平面结构薄膜，如包含铜和铝等的互连金属层，包括高分子聚合物和氮化硅等的钝化层。对多层非平面结构薄膜表面的处理会直接影响到光刻胶内气泡的形成，特别是在界面有负角度和深沟道的部分。高分子聚合物钝化层内含有没有完全连键的挥发性气体，在金属层和上述的界面存留，在被光刻胶覆盖后，即成为气泡形成的中心点。在UBM溅射的工艺制程中，凸点下金属薄膜层无法完全涵盖负角度的界面，在喷涂光刻胶之后这些界面内的挥发性物质有可能成为形成气泡的中心点。从而在制作凸点焊料的过程中在不恰当的位置形成焊球，导致晶片后端电性能测试出现缺陷或者切割问题。

光刻胶具有感光性的高分子内含有氮分子，无连键的氮分子在曝光和显影后，也是气泡的来源之一。这些气泡在后续的制程中会进一步的变大，从而在光刻胶表面产生孔洞，在使用电镀法形成焊接凸点过程时，孔洞内会产生多余的焊球，从而导致电性能测试失败以及切割问题。因此，必须消除光刻胶内的气泡，提高半导体晶片上焊料凸块的良率。

在其它的光刻胶制程中，由于光刻胶的厚度小于40um，一般是通过直接烘焙(bake)的方法消除光刻胶内产生的气泡。由于凸点制作中一般通过调整光刻胶的厚度来调整凸点的形状和高度，需要喷涂比较厚的光刻胶(厚度大于40um)，使用常规的烘焙方法无法完全消除气泡，导致在不需要的地方形成焊点，降低了晶片封装的良品率。

中国专利CN03131348提供了一种消除封装制程光刻胶中气泡的方法，主要是在0.1torr～10torr的第一气压下，以模板印刷法印刷光刻胶；然后调整封装设备内的气压至第二气压，第二气压大于第一气压，此时光刻胶中的气泡会在较高的第二气压下体积缩小或者消失，再次使用模板印刷法印刷光刻胶；最后在大于第一气压的第三气压下进行光刻胶的硬化制程，从而完全消除光刻胶中的气泡。这一消除光刻胶中气泡的方法主要是针对最后的光刻胶封装制程，而且工艺过程比较复杂，需要二次形成光刻胶的工艺，对设备的要求也较高。

因此，需要一种工艺过程简单、成本低廉，能够有效消除厚度大于40um光刻胶中气泡的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消除厚度大于40um的光刻胶中的气泡的方法，并提供一种消除了光刻胶中气泡的凸点制作方法，以提高凸点制作工艺的良品率。

为解决上述问题，本发明提供了一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于包括两次烘焙，具体工艺步骤为：对晶片进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；形成光刻胶层；进行第二次烘焙。

第一次烘焙是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟。

第二次烘焙是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

一种消除光刻胶中气泡的方法，工艺步骤为：对晶片进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；在晶片表面喷涂边缘气泡移除(edge bead removal；EBR)试剂；形成光刻胶层；进行第二次烘焙。

第一次烘焙是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟。

所述的边缘气泡移除试剂(edge bead removal chemical)指的是OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。也可以是KR20，其主要成分为1-甲氧基-2丙基丙酮(1-Methoxy-2-propylacetate)，质量百分比含量大于95％。

所述的OK73或者KR20的用量以能够覆盖晶片表面为主，用量是6ml到12ml。

第二次烘焙是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

本发明提供一种晶片凸点制作工艺，工艺步骤为：将表面已经形成钝化层、互连金属层的晶片表面进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；形成光刻胶层；进行第二次烘焙；光刻胶曝光、显影，形成光刻胶开口；光刻胶开口处填入焊料；去除光刻胶；蚀刻凸点下金属层；重熔焊料。

第一次烘焙是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟。

第二次烘焙是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

光刻胶层厚度在40um～80um之间。

本发明提供一种晶片凸点制作工艺，工艺步骤为：对晶片表面进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；在晶片表面喷涂边缘气泡移除(edge beadremoval；EBR)试剂；形成光刻胶层；进行第二次烘焙；光刻胶曝光、显影，形成光刻胶开口；光刻胶开口处填入焊料；去除光刻胶；蚀刻凸点下金属层；重熔焊料。

第一次烘焙是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟。

所述的边缘气泡移除试剂(edge bead removal chemical)指的是OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。也可以是KR20，其主要成分为1-甲氧基-2丙基丙酮(1-Methoxy-2-propylacetate)，质量百分比含量大于95％。用量以覆盖晶片表面为主，范围在6ml到12ml之间。

第二次烘焙是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

光刻胶层厚度在40um～80um之间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)由于采用了两次烘焙的技术方案，本发明能消除具有各种结构的晶片表面的气泡，消除率达到99.9％。

2)在沉积凸点下金属层和形成光刻胶层之间添加在晶片表面喷涂边缘气泡移除试剂的步骤后，能更好的消除光刻胶内气泡的形成，并且能够消除具有深槽结构的晶片内的气泡。

3)能广泛适用于40～80um的各种正负性厚光阻。

附图说明

图1是进入凸点制作工艺之前晶片截面示意图

图2是晶片表面形成凸点焊料之后的截面示意图

图3是光刻胶涂布之前晶片宏观示意图

图4是晶片表面涂布光刻胶之前切割道附近微观断面结构示意图

图5是本发明实施例1消除光刻胶中气泡方法的工艺流程图

图6是本发明实施例2消除光刻胶中气泡方法的工艺流程图

图7是本发明实施例3晶片凸点制作工艺的流程图

图8是本发明实施例4晶片凸点制作工艺的流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。本发明提供的方法适用于消除厚度大于40um的光刻胶中的气泡，尤其适用于消除凸点制作工艺中光刻胶中的气泡。不应该将本发明消除光刻胶中气泡的方法限定在凸点制作工艺中，如果其他制程中涉及厚光刻胶的气泡问题，本发明提供的方法也能够很好的适用。并且，本发明提供的消除光刻胶气泡的方法和凸点制作方法同时适用晶片和芯片。

图3是光刻胶涂布之前晶片宏观示意图；10代表整个晶片，11代表一个晶粒(Die)，12代表晶粒(Die)间的切割道。图4是晶片表面涂布光刻胶之前切割道附近微观断面结构示意图；其中20代表切割道，21代表互连金属层，22代表钝化层，23代表容易形成光刻胶气泡的区域。这些容易形成气泡的区域大多分布在切割道的边缘和转角处。气泡一旦形成，其直径大小与于光刻胶厚度基本相同。

图5为本发明第一实施例的工艺流程图。如图5所示，在本发明的第一实施例中，通过两次烘焙的方法，消除光刻胶中的气泡。在晶片进入本发明提供的工艺步骤之前，表面已经形成钝化层和互连金属层。其中钝化层材料可以是苯三聚丁烯(benzocyclobutene)、聚酰亚胺(polyimide)、氮化硅和氮氧化硅，互连金属层可以是铝、铜或者它们的合金。首先，对晶片进行第一次烘焙101，在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟；然后在晶片表面溅射UBM层102，然后喷涂光刻胶层103；再进行第二次烘焙104，在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

第一次烘焙101比较优选的工艺是在180～250℃的条件下烘焙20～60分钟，最优选的是在200℃的条件下烘焙30分钟。

上述的第一次烘焙101主要为了改善互连金属层和钝化层的微观结构，消除在沉积UBM金属层和喷涂光刻胶制程中可能形成气泡的因素，对消除光刻胶中的气泡起着关键的作用，而且温度的选择对消除光刻胶中的气泡起着决定性的影响，主要原因为：

1)温度必须高于150℃，以除去钝化层中高分子绝缘材料内所含不完全连键的挥发性气体，避免产生气泡。如果温度低于150℃，互连金属层表面的微观结构不容易得到显著改善，在沉积UBM金属层的时候，一些类似针孔的小空洞不能被完全打开而造成后面涂布光刻胶时产生气泡。

试验表明，在温度低于150℃的情况下，气泡不能得到100％的去除。在温度为160℃、220℃、280℃的条件下，光刻胶中的气泡都可以完全消除。

2)温度一般不能高于300℃，以防止在有氧气的情况下，表面的互连金属层被过度氧化。

溅射的UBM层102可以是CrCu，TiCu，TiWAu等。第二次烘焙104主要是对溅射UBM层102和喷涂光刻胶103时产生的气泡进行清除，原则上应在不破坏光刻胶对曝光强度的敏感性的同时，防止光刻胶表面过早硬化，以免任何挥发性气体陷于光刻胶内成为气泡。

图6为本发明第二实施例的工艺流程图。如图6所示，本实施例通过两次烘焙并结合使用边缘气泡移除(edge bead removal；EBR)试剂的方法，消除光刻胶中的气泡，是本发明的一种优选方案。在晶片进入本发明提供的工艺步骤之前，表面已经形成钝化层和互连金属层。首先，对晶片进行第一次烘焙201，在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟；在晶片表面溅射UBM层202，然后在晶片表面喷涂边缘气泡移除试剂203；之后在晶片表面喷涂光刻胶层204；最后进行第二次烘焙205，工艺条件是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

所述的边缘气泡移除试剂(edge bead removal chemical，EBR)可以是OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。也可以是KR20，其主要成分为1-甲氧基-2丙基丙酮(1-Methoxy-2-propylacetate)，质量百分比含量大于95％。用量以覆盖晶片表面为主，范围在6ml到12ml之间，优选10ml。

加入边缘气泡移除试剂的作用在于降低晶片的表面张力，使光刻胶更加容易蒸发。

图7是本发明实施例3晶片凸点制作工艺的流程图。如图8所示，一种晶片凸点制作工艺，此时晶片表面已经形成钝化层、互连金属层。其中钝化层可以是苯三聚丁烯(benzocyclobutene)、聚酰亚胺(polyimide)、氮化硅和氮氧化硅，互连金属层可以是铝、铜、或它们的合金。工艺步骤为：进行第一次烘焙301；在晶片表面溅射UBM层302，溅射的UBM层可以是CrCu，TiCu，TiWAu等；形成光刻胶层303，光刻胶层厚度在40um～80um之间；进行第二次烘焙304；光刻胶曝光、显影305，形成光刻胶开口；光刻胶开口处填入焊料306，所述焊料为常规的焊料，如SnAg、SnPb和SnAgCu，填入焊料的工艺可以通过电镀法、微球法、激光植入或者模板印刷等工艺方法来完成；去除光刻胶307；蚀刻UBM层308；重熔焊料，形成凸点309。

上述的第一次烘焙的工艺条件是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟，优选在200℃的条件下烘焙30分钟；第二次烘焙，工艺条件是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

图8是本发明实施例4晶片凸点制作工艺的流程图。本实施例是一种优选的晶片凸点制作工艺，工艺步骤为：将表面已经形成钝化层和互连金属层的晶片进行第一次烘焙401；在晶片表面溅射UBM层402，然后在晶片表面喷涂边缘气泡移除(edge bead removal；EBR)试剂403；形成光刻胶层404；进行第二次烘焙405；光刻胶曝光、显影406，形成光刻胶开口；光刻胶开口处使用电镀法填入焊料407；去除光刻胶408；蚀刻UBM层409；重熔焊料410。

所述的边缘气泡移除试剂(edge bead removal chemical)可以是OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。也可以是KR20，其主要成分为1-甲氧基-2丙基丙酮(1-Methoxy-2-propylacetate)，质量百分比含量大于95％。用量以覆盖晶片表面为主，范围在6ml到12ml之间。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于包括下列步骤：对晶片进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；形成光刻胶层；进行第二次烘焙。

2.根据权利要求1所述的消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于：沉积凸点下金属层和形成光刻胶层之间还包括在晶片表面喷涂边缘气泡移除试剂的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于：第一次烘焙是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟，第二次烘焙是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

4.根据权利要求3所述的一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于：第一次烘焙是在180～300℃的条件下烘焙20～60分钟。

5.根据权利要求2所述的一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于：所述的边缘气泡移除试剂为OK73稀释剂或者KR20。

6.根据权利要求5所述的一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于：所述的OK73稀释剂为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％；KR20为质量百分比浓度大于95％的1-甲氧基-2丙基丙酮。

7.根据权利要求6所述的一种消除光刻胶中气泡的方法，所述的OK73或者KR20的用量为6ml到12ml。

8.一种晶片凸点制作工艺，其特征在于工艺步骤为：对晶片进行第一次烘焙；沉积凸点下金属层；形成光刻胶层；进行第二次烘焙；光刻胶曝光、显影，形成光刻胶开口；光刻胶开口处填入焊料；去除光刻胶；蚀刻凸点下金属层；重熔焊料。

9.根据权利要求8所述的一种晶片凸点制作工艺，其特征在于：沉积凸点下金属层和形成光刻胶层之间还包括在晶片表面喷涂边缘气泡移除试剂的步骤。

10.根据权利要求8或9所述的一种晶片凸点制作工艺，其特征在于：第一次烘焙是在150～300℃的条件下烘焙20～60分钟；第二次烘焙是在110～120℃的条件下烘焙3～6分钟。

11.根据权利要求8或9所述的一种晶片凸点制作工艺，其特征在于：光刻胶层厚度在40um～80um之间。

12.根据权利要求9所述的一种晶片凸点制作工艺，其特征在于：所述的边缘气泡移除试剂为OK73稀释剂或者KR20。

13.根据权利要求12所述的一种晶片凸点制作工艺，其特征在于：所述的OK73稀释剂为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％；KR20为质量百分比浓度大于95％的1-甲氧基-2丙基丙酮。

14.根据权利要求13所述的一种消除光刻胶中气泡的方法，其特征在于：所述的OK73或者KR20的用量为6ml到12ml。