CN114959705A - 一种应用在rdl封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液及制备方法，该铜蚀刻液由A组分和B组分按体积比例混合而成，且所述A组分与所述B组分的混合比例为1：4‑10；所述A组分为双氧水；所述B组分按照浓度包括以下组分：磷酸：20‑80g/L、双氧水稳定剂：0.1‑10g/L、铜面缓蚀剂：0.1‑1g/L、磷酸氢二钾：25‑75g/L、磷酸二氢钾：10‑30g/L、界面活性剂：0.1‑10g/L、铜盐：1‑3g/L及络合剂：100‑200g/L。本发明有性能稳定，适合超细线路，最小可适用5um线路，低侧蚀量及低侧蚀量小于0.3um的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体晶圆级封装技术领域，涉及一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液及制备方法。
背景技术
目前，随着社会信息化与智能化的不断发展，芯片的线宽线路不断向10nm、8nm甚至6nm的精细线路的方向持续深入，在晶圆级封装领域也是如此，由此前的几十微米的线路不断的细化，当前已经出现1μm线路的封装，因此对于相关的制程技术有了更高的技术要求。
晶圆级封装中，蚀刻是精细线路的制作基础，一般会采用先真空溅镀一层钛，作为铜线路的底层，用来防止铜和硅基材之间的扩散，等铜线路制作好后，再将线路以外的铜种子层腐蚀掉，从而形成独立的线路，其中，铜钟子层一般为0.3um，然而，在腐蚀线路的同时，也会伴随着侧蚀的问题，侧蚀太大，容易将线路底部掏空，从而造成线路脱落。
目前最常用的铜蚀刻液一般由双氧水、无机酸或有机酸、添加剂等组分构成，此类铜蚀刻液的最大缺陷是双氧水不稳定，易分解，且铜离子的存在也会促进双氧水剧烈分解，极大的降低蚀刻液的稳定性及使用寿命，影响蚀刻过程的质量，增加蚀刻工艺成本，同时存在浓度、pH值不稳定造成蚀刻速率的不稳定，蚀刻不均匀、侧蚀过大等缺陷。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液及制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，该铜蚀刻液由A组分和B组分按体积比例混合而成，且所述A组分与所述B组分的混合比例为1：4-10；
所述A组分为双氧水；
所述B组分按照浓度包括以下组分：
磷酸：20-80g/L；
双氧水稳定剂：0.1-10g/L；
铜面缓蚀剂：0.1-1g/L；
磷酸氢二钾：25-75g/L；
磷酸二氢钾：10-30g/L；
界面活性剂：0.1-10g/L；
铜盐：1-3g/L；
络合剂：100-200g/L。
进一步的，所述铜蚀刻液由所述A组分与所述B组分按1：9的体积比例混合而成。
进一步的，所述磷酸氢二钾与所述磷酸二氢钾混合形成pH稳定体系，且所述磷酸氢二钾与所述磷酸二氢钾的浓度比例为5：2。
进一步的，所述双氧水的质量分数为30％-35％。
进一步的，所述双氧水稳定剂包括含有醚键的多羧酸型、丙烯酸衍生物、三乙醇胺及二乙醇胺。
进一步的，所述铜面缓蚀剂包括苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑及巯基苯骈噻唑钠盐。
进一步的，所述界面活性剂为多元醇。
进一步的，所述铜盐包括碱式碳酸铜及硫酸铜。
进一步的，所述络合剂包括罗谢尔盐及酒石酸锑钾。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
S1、将B组分按预先的比例进行配置，并按比例与A组分均匀混合；
S2、均匀混合后根据需要再添加pH缓冲液调整到pH值控制在3-5以内，形成该铜蚀刻液；
其中，该铜蚀刻液温度控制在20℃-40℃；
磷酸氢二钾与磷酸二氢钾按照浓度比5：2构成pH缓冲液。
本发明的有益效果为：
1、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾组合形成的pH缓冲液保证蚀刻液始终处于一个合适的pH范围内从而保证了溶液的性能稳定；同时加入络合剂，可以有效络合重金属离子，尤其是对铜离子有着良好的络合能力，从而保证一定浓度的有离二价铜离子对蚀刻初期的金属铜氧化存在催化加速作用，提升铜原子到一价铜离子的反应速率，保持蚀刻液蚀刻速率的稳定。
2、双氧水稳定剂可以有效抑制双氧水的自行分解，使得蚀刻液的可靠性大大提高，铜面缓蚀剂主要是金属的缓蚀剂，可以吸附在铜金属表面形成一层很薄的膜，降低铜金属表面与蚀刻液的反应速率；此外，表面活性剂可以有效降低溶液的表面张力，让蚀刻液能顺利渗入线路参与反应。
3、该蚀刻液具有性能稳定，适合超细线路，最小可适用5um线路，低侧蚀量，且低侧蚀量小于0.3um的优点，同时对铜、对电镀镀层线路无攻击，保证蚀刻后线路仍保持低粗糙度等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的制备方法流程图；
图2是根据本发明实施例的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的实施例中某A客户的案例结果之一；
图3是根据本发明实施例的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的实施例中某A客户的案例结果之二；
图4是根据本发明实施例的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的实施例中某B客户的案例结果之一；
图5是根据本发明实施例的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的实施例中某B客户的案例结果之二。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液及制备方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，根据本发明实施例的应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，该铜蚀刻液由A组分和B组分按体积比例混合而成，且所述A组分与所述B组分的混合比例为1：4-10；
所述A组分为双氧水；
所述B组分按照浓度包括以下组分：
磷酸：20-80g/L；
双氧水稳定剂：0.1-10g/L；
铜面缓蚀剂：0.1-1g/L；
磷酸氢二钾：25-75g/L；
磷酸二氢钾：10-30g/L；
界面活性剂：0.1-10g/L；
铜盐：1-3g/L；
络合剂：100-200g/L。
在一个实施例中，所述铜蚀刻液由所述A组分与所述B组分的混合比例可以为1：5、1：6、1：7.5、1：8、1：9及1：10等。优选的，所述铜蚀刻液由所述A组分与所述B组分按1：9的体积比例混合而成。所述磷酸氢二钾与所述磷酸二氢钾混合形成pH稳定体系，且所述磷酸氢二钾与所述磷酸二氢钾的浓度比例为5：2，所述双氧水的质量分数为30％-35％，所述双氧水稳定剂包括含有醚键的多羧酸型、丙烯酸衍生物、三乙醇胺及二乙醇胺，所述铜面缓蚀剂包括苯骈三氮唑(BTA)、甲基苯骈三氮唑(TTA)及巯基苯骈噻唑钠盐(MBT)，所述界面活性剂为多元醇，所述铜盐包括碱式碳酸铜及硫酸铜，所述络合剂包括罗谢尔盐及酒石酸锑钾。
根据本发明的另一个实施例，如图1所示，一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
S1、将B组分按预先的比例进行配置，并按比例与A组分均匀混合；
S2、均匀混合后根据需要再添加pH缓冲液调整到pH值控制在3-5以内，形成该铜蚀刻液；
其中，该铜蚀刻液温度控制在20℃-40℃；
磷酸氢二钾与磷酸二氢钾按照浓度比5：2构成pH缓冲液。
实施例1
A组分：双氧水质量分数在30％-35％之间的双氧水；
B组分：磷酸30g/L、聚丙烯酸胺0.5g/L、三乙醇胺0.8g/L、苯并三氮唑0.5g/L、磷酸氢二钾50g/L、磷酸二氢钾20g/L、季戊四醇1g/L，碱式碳酸铜2g/L，罗谢尔盐150g/L；余量为水混合均匀。
将上述两组分按1:9混合后，混合均匀后，测得pH值为3.8左右，水浴保持在30℃，测试RDL线路中铜种子层蚀刻所需时间，药水稳定性(通过蚀刻液中双氧水挥发程度)，并通过FIB切片观察侧蚀情况，同时观察线路的表面，对蚀刻前后进行对比。
实施例2-4
实施例2-4基于实施例1，区别在于实施温度分别为20℃、30℃、40℃测试RDL线路中铜种子层蚀刻所需时间，关注药水稳定性，并通过FIB切片观察侧蚀情况，同时观察线路的表面，与蚀刻前后进行对比。
实施例5-7
实施例5-7基于实施例1，在30℃条件下区别在于过氧化氢浓度不同，过氧化氢浓度分别为30g/L、40g/L、50g/L时(通过调整A组分与B组分的混合比例实现)测试RDL线路中铜种子层蚀刻所需时间，关注药水稳定性，并通过FIB切片观察侧蚀情况，同时观察线路的表面，与蚀刻前后进行对比。
实施例8-12
实施例8-12基于实施例1，在30℃条件区别在于铜离子浓度不同，铜离子浓度分别为0g/L、1g/L、3g/L、5g/L、10g/L测试RDL线路中铜种子层蚀刻所需时间，关注药水稳定性，并通过FIB切片观察侧蚀情况，同时观察线路的表面，与蚀刻前后进行对比。
实施例13-15
实施例13-15为对比例基于购买市面现有3家国内外主流铜蚀刻液厂商产品按操作指导书最佳操作参数进行测试RDL线路中铜种子层蚀刻所需时间，关注药水稳定性，并通过FIB切片观察侧蚀情况，同时观察线路的表面，与蚀刻前后进行对比。
蚀刻实验：
采用湿式蚀刻设备和水洗设备，晶圆首先经过电镀后表面已有RDL线路，其最小线宽线距为5um。
相应的测试结果见下表：
如图2-图3所示，某A客户实施案例结果：
该客户最小线宽线距为5um，其目标需求就是在最小线宽线距位置蚀刻出图形后，线路未发生扭曲变形、脱落等，目前已通过客户审核；
如图4-图5所示，某B客户实施案例结果，其主要要求能够做到蚀刻完成线路的同时保证图形表面与蚀刻前保持一致，需要蚀刻药水针对电镀镀层和PVD层的良好选择性。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，磷酸氢二钾和磷酸二氢钾组合形成的pH缓冲液保证蚀刻液始终处于一个合适的pH范围内从而保证了溶液的性能稳定；同时加入络合剂，可以有效络合重金属离子，尤其是对铜离子有着良好的络合能力，从而保证一定浓度的有离二价铜离子对蚀刻初期的金属铜氧化存在催化加速作用，提升铜原子到一价铜离子的反应速率，保持蚀刻液蚀刻速率的稳定；双氧水稳定剂可以有效抑制双氧水的自行分解，使得蚀刻液的可靠性大大提高，铜面缓蚀剂主要是金属的缓蚀剂，可以吸附在铜金属表面形成一层很薄的膜，降低铜金属表面与蚀刻液的反应速率；此外，表面活性剂可以有效降低溶液的表面张力，让蚀刻液能顺利渗入线路参与反应；该蚀刻液具有性能稳定，适合超细线路，最小可适用5um线路，低侧蚀量，且低侧蚀量小于0.3um，同时对铜、对电镀镀层线路无攻击，保证蚀刻后线路仍保持低粗糙度等特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液及制备方法，其特征在于，该铜蚀刻液由A组分和B组分按体积比例混合而成，且所述A组分与所述B组分的混合比例为1：4-10；
所述A组分为双氧水；
所述B组分按照浓度包括以下组分：
磷酸：20-80g/L；
双氧水稳定剂：0.1-10g/L；
铜面缓蚀剂：0.1-1g/L；
磷酸氢二钾：25-75g/L；
磷酸二氢钾：10-30g/L；
界面活性剂：0.1-10g/L；
铜盐：1-3g/L；
络合剂：100-200g/L。
2.根据权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述铜蚀刻液由所述A组分与所述B组分按1：9的体积比例混合而成。
3.根据权利要求2所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述磷酸氢二钾与所述磷酸二氢钾混合形成pH稳定体系，且所述磷酸氢二钾与所述磷酸二氢钾的浓度比例为5：2。
4.根据权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述双氧水的质量分数为30％-35％。
5.根据权利要求4所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述双氧水稳定剂包括含有醚键的多羧酸型、丙烯酸衍生物、三乙醇胺及二乙醇胺。
6.根据权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述铜面缓蚀剂包括苯骈三氮唑、甲基苯骈三氮唑及巯基苯骈噻唑钠盐。
7.根据权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述界面活性剂为多元醇。
8.根据权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述铜盐包括碱式碳酸铜及硫酸铜。
9.根据权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液，其特征在于，所述络合剂包括罗谢尔盐及酒石酸锑钾。
10.一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的制备方法，用于权利要求1所述的一种应用在RDL封装工艺低侧蚀的铜蚀刻液的制备，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
S1、将B组分按预先的比例进行配置，并按比例与A组分均匀混合；
S2、均匀混合后根据需要再添加pH缓冲液调整到pH值控制在3-5以内，形成该铜蚀刻液；
其中，该铜蚀刻液温度控制在20℃-40℃；
磷酸氢二钾与磷酸二氢钾按照浓度比5：2构成pH缓冲液。
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