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。
显影(Development)是一种利用显影液来溶解因光刻工艺而软化的光刻胶的工艺。显影方法可分为三种,包括:水坑式 显影(Puddle Development),将显影液倒入晶圆中心,并进行低速旋转;浸没式显影(Tank Development),将多个晶圆同时浸入显影液中;喷淋式显影(Spray Development),将显影液喷洒到晶圆上。
2.电镀工艺:形成用于键合的金属层
电镀是将电解质溶液中的金属离子还原为金属并沉积在晶圆表面的过程,此过程是需要通过外部提供的电子进行还原反应来实现的。在晶圆级封装中,采用电镀工艺形成厚金属层。厚金属层可充当实现电气连接的金属引线,或是焊接处的凸点。如图9所示,阳极上的金属会被氧化成离子,并向外部电路释放电子。在阳极处被氧化的及存在于溶液中的金属离子可接收电子,在经过还原反应后成为金属。在晶圆级封装的电镀工艺中,阴极为晶圆。阳极由作为电镀层的金属制成,但也可使用如铂金的不溶性电极(Insoluble Electrode)。如果阳极板由作为镀层的金属制成,金属离子就会从阳极板上溶解并持续扩散,以保持溶液中离子浓度的一致性。如果使用不溶性电极,则必须定期补充溶液中因沉积到晶圆表面而消耗的金属离子,以维持金属离子浓度。
在放置晶圆电镀设备时,通常需确保晶圆的待镀面朝下,同时将阳极置于电解质溶液中。当电解质溶液流向晶圆并与晶圆表面发生强力碰撞时,就会发生电镀。此时,由光刻胶形成的电路图案会与待镀晶圆上的电解质溶液接触。电子分布在晶圆边缘的电镀设备上,最终电解质溶液中的金属离子与光刻胶在晶圆上绘制的图案相遇。随后,电子与电解质溶液中的金属离子结合,在光刻胶绘制图案的地方进行还原反应,形成金属引线或凸点。
3.光刻胶去胶工艺和金属刻蚀工艺:去除光刻胶
在所有使用光刻胶图案的工艺步骤完成后,必须通过光刻胶去胶工艺来清除光刻胶。光刻胶去胶工艺是一种湿法工艺,采用一种被称为剥离液(Stripper)的化学溶液,通过水坑式、浸没式,或喷淋式等方法来实现。通过电镀工艺形成金属引线或凸点后,需清除因溅射形成的金属薄膜。这是非常必要的一个步骤,因为如果不去除金属薄膜,整个晶圆都将被电气连接从而导致短路。可采用湿刻蚀(Wet Etching)工艺去除金属薄膜,以酸性刻蚀剂(Etchant)溶解金属。这种工艺类似于光刻胶去胶工艺,随着晶圆上的电路图案变得越来越精细,水坑式方法也得到了更广泛的应用。
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