CN103794513B - 增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强介质层PI和金属层Cu层粘附性的方法。其主要步骤为：首先，对介质层PI进行表面预处理，然后选择及控制溅射的粘附/种子层金属类型和厚度。溅射完成后，进行退火处理，增加PI和粘附/种子层金属的结合度，最后，再进行金属Cu的电镀。通过以上步骤，使PI和Cu之间的粘附性得到很大提高。本发明提供的方法适合于圆片级封装再布线结构以及UBM制作。
Description
技术领域
本发明涉及一种增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，特别涉及圆片级封装领域中增强再布线结构中PI和Cu以及UBM制作中PI和Cu的粘附性，属于圆片级封装领域。
背景技术
圆片级封装可以节省成本，提高效率。其中的关键技术包括再布线技术和凸点UBM(under bump metallization，凸点下金属)制作。其中主要以PI(聚酰亚胺，Polyimide，缩写为PI，)作为基质层，Cu作为金属层。如图1所示，在衬底101上涂覆PI介质层102并光刻出图形窗口，然后溅射粘附/种子层103并电镀制作金属导线层104，根据布线需要来决定金属层或介质层的厚度及层数，金属层之间采用金属通孔互连。布线完成后，再在表面涂覆一层PI介质层102’，在相应位置光刻暴露出铜导线，并制作UBM，最后植球105。UBM的制作也分为溅射粘附/种子层103’和电镀金属层104’，其作用是增强焊球的粘性和可靠性。介质层PI具有较低的介电常数(3.36)和很好的热机械稳定性，其屈服强度为200MPa，玻璃化温度接近330℃，工艺制作流程简单。金属铜具有良好的导电性和延展性以及简单的制作工艺，是封装中金属层材料的良好选择。
业界内对PI上铜制作的常规工艺步骤如图2(a)-图2(e)所示,分五步：
1.在PI介质层102表面溅射粘附/种子层金属Ti/Cu 103；
2.在种子层上旋涂光刻胶201，并对其进行光刻，将电镀窗口进行图形化；
3.电镀一定厚度的Cu金属层104；
4.将电镀好的图形进行去胶。
5.去除种子层金属Ti/Cu，最后得到图形化的金属层。
但是，按照此工艺制作，在后续的工艺中，尤其是经历较高的温度温度变化时，会出现金属Cu层和介质层PI的脱落剥离，直接影响制作工艺的成品率和可靠性。为此，本发明拟提出一种改进的工艺方法，以增强介质层PI和金属Cu层之间的粘附性，使再布线结构以及UBM的可靠性得到提升。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，用于解决现有技术中经历较高的温度变化时，金属Cu层和介质层PI会脱落剥离，影响制作工艺的成品率和可靠性的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，该方法包括以下步骤：
1)提供一半导体衬底，在该半导体衬底上涂覆PI介质层；
2)对该PI介质层进行表面预处理；
3)溅射Ti/Cu或TiW/Cu粘附/种子层，并控制其厚度；
4)进行退火处理；
5)涂覆光刻胶，光刻出图形窗口；
6)电镀金属Cu层；
7)去除光刻胶和不必要的粘附/种子层。
优选地，所述半导体衬底材料为硅或砷化镓。
优选地，所述步骤1)中的涂覆工艺为旋涂或喷胶，固化后的PI介质层厚度在5-15um。
优选地，所述步骤2)中对该PI介质层进行表面预处理是在O2或N2气氛下进行进行打底膜或等离子处理，气体流量为180-240ml/min，等离子发射功率为180-240W，处理时间为4-6min。
优选地，所述步骤3)中溅射的粘附层Ti或TiW层的厚度为溅射的铜种子层的厚度为
优选地，所述步骤4)中的退火处理具体是指从常温升到180℃-200℃，恒温5-10min，然后降至室温，升温和降温过程均为20-40min；该过程在恒温炉中进行，有惰性气体保护。
优选地，所述步骤5)中涂覆光刻胶采用旋涂工艺涂覆，该层光刻胶厚度在5-15um。
优选地，所述步骤6)中电镀金属Cu层的厚度在4-10um。
本发明不需要制作额外的粘附材料，增强了介质层PI和金属层Cu之间的粘附性，具有工艺简单的优点。
附图说明
图1显示为包含再布线结构的圆片级封装示意图。
图2(a)-图2(e)显示为传统的在PI上制作金属Cu的工艺方法。
图3显示为本发明退火时的温度时间曲线。
图4显示为本发明增强PI和Cu之间粘附性的工艺流程图。
元件标号说明
101 半导体衬底
102、102’ 介质层PI
103、103’ 种子层
104、104’ 金属Cu层
201 光刻胶
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
一种增强介质层PI和金属层Cu之间粘附性的方法，具体工艺步骤为：
1.在PI上溅射种子层前，先进行表面预处理。在微波等离子灰化系统Telpla300中，对该PI介质层进行表面预处理是在O2或N2气氛下进行打底膜或等离子处理，气体流量180-240ml/min，等离子发射功率为180-240W，处理4-6min。经过处理，可提高PI表面活性，增强与Ti或TiW的结合程度。
2.溅射TI/Cu或TiW/Cu粘附/种子层，溅射的厚度：粘附/种子层Ti/Cu或TiW/Cu的厚度也要严格控制，Ti或TiW的厚度大于时，脱落概率增加，一般应小于即500～1500A，Cu的厚度小于一般为
3.溅射后进行退火处理，溅射后退火处理的温度曲线和时间关系请参图3所示。
溅射后，为增强种子层和PI之间的结合程度，要进行一次退火处理，温度和和时间的关系为由常温上升到180-200℃，时间按为20-40min，然后恒温5-10min，最后降温到常温，时间也为20-40min，温度时间曲线如图3所示。所述的常温通常指18-25℃。整个退火过程应在惰性气体氛围中进行，如N2。
4.电镀一定厚度的Cu金属层，电镀的厚度一般为4-10um。
通过对本发明的实施实例来进一步阐述本发明的实质特点和显著进步，但本发明的范围决非仅限于下面的实例。
请参阅图4所示的工艺流程图。
1.在圆片表面旋涂介质层PI，固化；
2.将要溅射粘附/种子层的PI放在微波等离子灰化系统Telpla 300中，气体为N2，流量200ml/min,功率200W，处理5min；
3.溅射粘附/种子层Ti/Cu或TiW/Cu,其中粘附层Ti或TiW层的厚度为种子层Cu层的厚度为
4.在可控恒温炉中退火，气体氛围为N2，设置条件如图3所示，从室温25℃升至200℃，升温时间为30min，之后恒温10min，然后降至室温25℃，降温时间为30min；
5.涂覆光刻胶7um，光刻出图形窗口；
6.电镀Cu一定时间，得到铜厚度5um；
7.电镀完成后去胶，并刻蚀掉不需要的粘附/种子层。
本发明的内容在于提供一种改进的工艺方法，用来增强在圆片级封装中介质层PI和金属Cu之间的粘附性，是的再布线结构和UBM的可靠性得以提升。本发明的技术方案为，在溅射种子层前，首先对介质层PI进行表面预处理，然后选择及控制优化溅射的种子层金属类型和种子层厚度。溅射完成后，进行退火处理，退火需在惰性气氛围中进行，控制退火时升降温的时间和温度，增加PI和种子层金属的结合度，最后，再进行金属Cu的电镀并去掉不必要的种子层。
本发明不需要制作额外的粘附材料，通过合理选择和优化工艺参数，增强了介质层PI和金属层Cu之间的粘附性，具有工艺简单的优点。
综上所述本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)提供一半导体衬底，在该半导体衬底上涂覆PI介质层；
2)对该PI介质层进行表面预处理；具体是在O2或N2气氛下进行打底膜或等离子处理，气体流量180-240ml/min，等离子发射功率为180-240W，处理4-6min；
3)溅射Ti/Cu或TiW/Cu粘附/种子层，并控制厚度；Ti或TiW的厚度为Cu的厚度为
4)进行退火处理；退火处理具体是指从常温升到180℃-200℃，恒温5-10min，然后降至室温，升温和降温过程均为20-40min；该过程在恒温炉中进行，有惰性气体保护；
5)涂覆光刻胶，光刻出图形窗口；
6)电镀厚度为4-10um金属Cu层；
7)去除光刻胶和不必要的粘附/种子层。
2.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法，其特征在于：所述半导体衬底材料为硅或砷化镓。
3.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法，其特征在于：所述步骤1)中的涂覆工艺为旋涂或喷胶，固化后的PI介质层厚度在5-15um。
4.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法，其特征在于：所述步骤5)中涂覆光刻胶采用旋涂工艺涂覆，该光刻胶厚度在5-15um。
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| CN101127345A (zh) * | 2006-08-17 | 2008-02-20 | 索尼株式会社 | 半导体装置及其制造方法 |
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