bumping凸块技术与工艺介绍

Stepper腔体结构
•Sputter与BUMP的关系： Bumping工艺是一种先进的封装工艺，而Sputter是Bumping工艺的第一道 工序，其重要程度可想而知。Sputter的膜厚直接影响Bumping的质量， 所以必须控制好Sputter的膜厚及均匀性是非常关键。 •UBM层厚度与元件功能的原理： 1、功率：功率越大膜层（UBM层）越厚 2、时间：时间越长膜层越厚 可以通过调节这两个因素来控制膜厚（UBM层厚度）， 使溅射出的膜层厚度达到客户要求。
四、电镀工艺
电镀工艺及流程：（以Cu bump挂镀为例）
Descum
装片
QDR
镀铜前微腐蚀
QDR
Cu etch 显检+测参数
去胶
电镀
镀铜前预浸
显检
Ti etch
显检
出货
Descum 预处理
电镀
去胶
腐蚀
电镀各工序原理
Descum： 对光刻CD开口处进行表面处理，目的是要去掉开口表面氧化 物和残留物。
溅射机台ETCH腔利用的是物理溅射，光刻、电镀的等离子刻蚀主要利用 化学反应进行表面清洗。
Etch介绍
在腔体顶部有射频感应线圈，采用频率为7—50兆赫的高频电源感 应加热原理，使流经石英管的工作气体（Ar、N2、空气等）电离所产 生的火焰状的等离子体，就是电感耦合高频等离子体（Inductively Coupled Plasma torch ，简称 ICP）。
当前凸块工艺采用的UBM层结构种类：
序号
1
类型
Gold bump
UBM1th
TiW/3000Å
UBM2th
Au /1000Å
2
Pillar bump
硼注T入 i/1000Å Cu/4000~8000Å
Solder bump
3
Ti/1000Å
Cu/4000Å
4
Etch bump
TiW/2000Å
Cu/10000Å
在磁场的作用下，电子在向阳极运动的过程中，作螺旋运动，束缚和延长了 电子的运动轨迹，从而提高了电子对工艺气体的电离几率，有效地利用了电子的 能量，因而在形成高密度等离子体的异常辉光放电中，正离子对靶材轰击所引起 的靶材溅射更加有效。同时受正交电磁场的束缚，电子只有在其能量消耗尽时才 能落在玻璃上，从而使磁控溅射具有高速、低温的优点。
SPUTTER的工艺流程及形成薄膜（UBM层）：
预清洗 SRD甩干
SiN Al
Cu Ti
烘烤 工序检验
溅射
特点： 溅射形成的金属薄膜表面光亮如镜，无氧化现象，纯 度高，粒子好，膜层均匀，厚度达到一定要求。
原理
（一）Pre-Clean
目的：去除Wafer表面有机物污染和颗粒；
Pre-Clean用丙酮、异丙醇、水等三种溶剂:
AZ-A515 AZC-260
RMX500
RDL Cu线表面保护
CMD客户指 定用
表面保护
目前优化改进 型
Gold bump胶厚 25um 以上
6
负胶
JSR THB 151N
RMX3000
Pillar bump胶厚 85 um以上
光刻工序的质量控制：
a、孔是否完全开出，有无残胶 b、图形完整、尺寸准确、边缘整齐、陡直 c、图形套合十分准确,无污染 d、图形内无残留物
Sputter原理
在充入少量Ar的Stepper腔内。靶材是阴极，Wafer是阳极。当极间电压很小时， 只有少量离子和电子存在； 电流密度在10 ’A／era 数量极，当阴极(靶材)和 阳极间电压增加时，带电粒子在电场的作用下加速运动，能量增加，与电极或中 性气体原子相碰撞，产生更多的带电粒子；直至电流达到10 A／era 数量极，当 电压再增加时，则会产生负阻效应，即“雪崩”现象。此时离子轰击阴极，击出 阴极原子和二次电子，二次电子与中性原子碰撞，产生更多离子，此离子再轰击 阴极，又产生二次电子，如此反复。当电流密度达到0．01A／era 数量级左右时， 电流将随电压的增加而增加，形成高密度等离子体的异常辉光放电，高能量的离 子轰击阴极(靶材)产生溅射现象。溅射出来的高能量靶材粒子沉积到阳极(Wafer) 上，从而达到溅射的目的。
光刻工艺Βιβλιοθήκη Baidu程
涂胶
烘烤
曝光
显影
显检
涂胶后
显影后
曝光原理图
镜子
光源
过滤器
聚集镜片 掩膜版
圆片
光刻版
圆片
缩影镜片
CHUCK台
晶片
接触式
投影式
曝光方式有三种
• 接触式曝光:解晰度好,但掩膜版易被污染 (Karl Suss光刻机) • 接近式曝光:解晰度降低,但掩膜版不易被污染 (Karl Suss光刻机) • 投影式曝光:解晰度好,并且掩膜版不易被污染 (Stepper光刻机) 在Bumping生产中,一般采用接近式曝光和投影式曝光两种方式.
采用超声波清洗时，一般应用化学清洗剂和水基清洗剂作为介质。清洗介质本身 利用的是化学去污作用，可以加速超声波清洗效果。
（二）溅射
等离子体介绍 等离子体是部分电离的电中性的气体,是常见的固态，液态，气态以外的
第四态。等离子体由电子、离子、自由基、光子、及其它中性粒子组成。
由于等离子体中电子、 离子和自由基等活泼粒子的存在, 因而很容易与 固体表面发生反应。这种反应可分为物理溅射和化学反应。物理溅射是指等 离子体中的正离子在电场中获得能量去撞击表面。这种碰撞能移去表面分子 片段和原子，因而使污染物从表面去除。另一方面，物理溅射能够改变表面 的微观形态，使表面在分子级范围内变得更加“粗糙”，从而改 善表面的粘 结性能。
光刻版
CHUCK台
接近式
1、正胶版：
光刻版出现的白区，透过光照后，与胶发生光学反应，再 通过感光胶的反应（显影液），得到所需要的CD开口区。
光刻版与光刻胶的关系：
2.负胶版 光刻版出现的黑区与正胶版相反，透过光的区域不会被显影掉，未透光的区 域与胶发生化学反应（显影液），将需要的光刻胶留在Wafer表面， 负胶的作用：一般用来对芯片起表面保护作用、压点转移、重新布线开口。 针对Bump与Bump之间间距很小或开口尺寸要求放大或缩小时
Sputter工序质量控制：
1、表面质量控制：溅射好的Wafer应平整光亮，要避免擦伤、金属
颗粒掉落。
擦伤会影响bump结合力
2、 UBM层厚度控制：符合参数指标。
三、光刻工艺
光刻工艺原理： 通过光刻将光刻版上的图形印刷到Wafer上，首先要在Wafer
上涂上一层感光胶，在需要开口的地方进行高强光线曝光（紫外 线），让光线通过，然后在经过显影，将开口处的胶去掉，这样 就可以得到我们所需要的CD开口。 所谓的CD（criditle-dimensions）也即光刻的开口。 光刻工序中的曝光和显影它有着照相的工艺原理。
对下道工序的影响：
a、有残胶Bump长不出或不牢。 b、CD开口尺寸决定Bump的尺寸 c、开口的角度以及Side Wall的平整度决定Bump的垂直度
影响光刻质量的因素 * 光刻胶膜厚度和质量。 * 掩膜版的质量。掩膜版套准精度直接影响光刻的精度。 * 曝光的平行度。曝光光线通过透镜应成平行光束，与掩膜版和胶面垂
直，否则光刻图形产生变形和或图形模糊。 * 小图形引起的光衍射。光线通过细小间隙的图形边缘会引起衍射现象， 使应遮蔽部分的胶膜感光，显影后会留下一层薄的胶膜。 * 曝光时间的影响。由于光的衍射和散射，曝光时间越长，分辨率越低。 * 衬底反射的影响。 * 正胶显影液温度对CD影响大。 * 显影时间过长或太短。 * 显影液配比不当。
当前光刻胶使用种类：
序 光刻胶 号 名称
1
正胶
光刻胶型号 匹配用显影液
TOK P-CA100
TOK P-7G
用途 常规产品CD开口
备注 将要淘汰
2
正胶
AZ P4620
AZ400k
量产批CD开口
3
负胶
4
负胶
5
负胶
PIMEI I-8124ER
Polyimide
HD4100
JSR THB120N
AZ-A515 AZC-260
同时，在腔体顶部射频感应产生的电场作用下，等离子体按照顺 时针旋转加速；在Negative DC Bias（负性直流偏转电压）作用下向 下直线加速；等离子体高速冲击放在阴极上的Wafer，起到Etch的作用。
腔体内壁装有石英，主要作用是吸附Etch过程中产生的杂质；
通过加大功率、延长时间，调整Ar流量，可以作为干法腐蚀，去除 Wafer表面不必要的金属层。（注意：长时间高功率的Etch生产，温度 会急剧升高，致使Tray盘变形，导致机台故障，产品发生异常。）
丙酮是有机溶剂，能够溶解Wafer表面有机物，异丙醇能够溶解丙酮，同时又能 以任何比例溶解在水中，最后通过纯水QDR，达到清洗Wafer，去除Wafer表 面有机物污染和颗粒的目的。
使用超声波+有机溶剂清洗:
超声清洗有时也被称作“无刷擦洗”，特点是速度快、质量高、易于实现自动化。 它特别适用于清洗表面形状复杂的工件，如对于精密工件上的空穴、狭缝、 凹槽、微孔及暗洞等处。通常的洗刷方法难以奏效，利用超声清洗则可取得 理想效果。对声反射强的材料，如金属、玻璃、塑料等，其清洗效果较好； 对声吸收较大的材料，如橡胶、布料等，清洗效果则较差些。
杯镀机镀液循环系统
喷镀的基本工作原理
喷液前
喷液中
喷液中
喷镀设备的基本工作原理为：在控制电路作用下，贮液槽中的电镀液由泵 抽出，经过流量计、过滤器，进入电镀杯，并从下往上喷射到硅圆片有源 面，进行凸点的电镀。然后电镀液又从电镀杯的溢出口流出，返回到贮液 槽。在电场的作用下，发生氧化还原反应，阳极块溶解在镀液中，圆片表 面开口处析出单质铜。
阳极袋
槽底管路
由于我们使用的是铜磷阳极，一般会在新换阳极时进行电解，通过较长时间的电镀，使阳极铜 表面聚集一薄层磷，以稳定铜阳极的溶解速度，避免溶解过快产生铜渣异常，并有稳定电力线 的作用，在正常电镀的过程中，磷层不断从阳极表面被剥落又不断生成新的磷层，脱落的磷和 部分铜阳极内的杂质形成阳极泥，为了防止阳极泥进入镀液产生污染，所以在阳极外部装有阳 极袋。其次，由于电镀过程中会产生一定的热量，为保证镀液温度的恒定，在镀槽底部装有冷 却管路。
电镀：在开口处镀上客户对产品所达到规定高度要求的金属凸块压点。
去胶：电镀bump后，对bump以外的光刻胶去掉（采用AZ400T 去胶液）。
腐蚀： 去胶后，对bump以外的UBM层ETCH掉 ①采用Microetch 85腐蚀液去Cu ②采用HF Acid 腐蚀液去Ti。
阳极袋和槽底管路的作用
开 口
Cu2+
光刻胶
Cu2+
开 口
光刻胶
首先在WAFER表面溅镀上一层Under Bump Metallurgy(简称UBM)，在完成UBM制程后随即进入 光刻制程，就是在UBM表面涂上一层具有感光效果的光刻胶，再用光刻板进行图形转移，露出 需要长BUMP部位的UBM,随后在电镀过程中，镀液进入开口，在电场的作用下，在裸露的UBM表 面发生电化学反应，析出单质铜。
Bumping凸块技术与工艺介绍
目录
一、来料 Wafer 二、溅射工艺 三、光刻工艺 四、电镀工艺 五、目前公司产品类型
一、Incoming Wafer介绍
Al SiN
P-Si
二、溅射工艺
Sputter是真空镀膜的一种方式。它的工作原理是在高真空的状态中冲 入氩气，在强电场的作用下使气体辉光放电，产生氩正离子，并加速 形成高能量的离子流轰击在靶材表面，使靶原子脱离表面溅射(沉积) 到硅片表面形成薄膜。它具有以下的优点： 1、不用蒸发源加热器，避免了加热材料的污染； 2、能在大面积上淀积厚度均匀的薄膜，台阶覆盖性能好； 3、淀积层与硅片衬底附着力强。
等离子体表面化学清洗是通过等离子体自由基参与的化学反应来完成。 因为等离子体产生的自由基具有很强的化学活性而降低了反应的活化能，从 而有利于化学反应的进行。反应中产生的易挥发产物(主要是气体) 会脱离表 面, 因而表面污染物被清除。反应的有效性, 即表面改性的有效性取决于等 离子体气源, 等离子系统的组合, 及等离子工艺操作参数。
挂镀直流电源
挂镀工艺原理示意图
阴极 WAFER
阳极
待镀WAFER接在阴极线上，悬挂在镀液中，阳极块接在阳极线上，悬挂在镀液中，在电场的作 用下发生氧化还原反应，阳极不断被溶解，阴极即WAFER表面的开口处析出单质金属铜。
阳极：Cu+2e→Cu2+
阴极：Cu2+-2e→Cu
电镀过程示意图
AZ胶
JSR胶
杯镀结构示意图
阳极线DC电源
阳极块
盖板
外杯 顶柱 内杯 挡水圈 排液孔
稳流挡板
说明：排液孔在生产中起到排除气泡， 防止内部结晶的作用（镀液的流动能防 止结晶）。
尺寸 6寸
触点 3个
挡块 3个
8寸
6个
6个
顶柱 排液孔
6个
4个
8个
4个
内外杯结构图
内外杯整体侧视 内外杯整体俯视
内杯侧视 内杯底部俯视
外杯和盖板构造