bumping凸块技术与工艺简介

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、IncomingWafer介绍AlSiNP-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。SPUTTER的工艺流程及形成薄膜（UBM层）：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。AlSiNTiCu预清洗SRD甩干烘烤工序检验溅射原理（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: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。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。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。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（InductivelyCoupledPlasmatorch，简称ICP）。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NegativeDCBias（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。）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10A／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。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。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。当前凸块工艺采用的UBM层结构种类：序号类型UBM1thUBM2th1GoldbumpTiW/3000ÅAu/1000Å2PillarbumpTi/1000ÅCu/4000~8000Å3SolderbumpTi/1000ÅCu/4000Å4EtchbumpTiW/2000ÅCu/10000Å硼注入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。光刻工艺流程涂胶烘烤曝光显影显检涂胶后显影后CHUCK台圆片光刻版接触式镜子光源过滤器聚集镜片掩膜版缩影镜片晶片投影式曝光原理图CHUCK台圆片光刻版接近式曝光方式有三种•接触式曝光:解晰度好,但掩膜版易被污染(KarlSuss光刻机)•接近式曝光:解晰度降低,但掩膜版不易被污染(KarlSuss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.光刻版与光刻胶的关系：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。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当前光刻胶使用种类：序号光刻胶名称光刻胶型号匹配用显影液用途备注1正胶TOKP-CA100TOKP-7G常规产品CD开口将要淘汰2正胶AZP4620AZ400k量产批CD开口3负胶PIMEII-8124ERPolyimideAZ-A515AZC-260RDLCu线表面保护CMD客户指定用4负胶HD4100AZ-A515AZC-260表面保护目前优化改进型5负胶JSRTHB120NRMX500Goldbump胶厚25um以上6负胶JSRTHB151NRMX3000Pillarbump胶厚85um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SideWall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。四、电镀工艺电镀工艺及流程：（以Cubump挂镀为例）镀铜前微腐蚀出货Descum装片QDRQDR镀铜前预浸电镀去胶显检+测参数Cuetch显检Tietch显检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。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Microetch85腐蚀液去Cu②采用HFAcid腐蚀液去Ti。阳极袋和槽底管路的作用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。阳极袋槽底管路挂镀直流电源WAFER阴极阳极挂镀工艺原理示意图待镀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电镀过程示意图首先在WAFER表面溅镀上一层UnderBumpMetallurgy(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。开口AZ胶开口光刻胶JSR胶Cu2+光刻胶Cu2+杯镀结构示意图尺寸触点挡块顶柱排液孔6寸3个3个6个4个8寸6个6个8个4个说明：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）。稳流挡板阳极块盖板外杯内杯排液孔顶柱挡水圈阳极线DC电源内外杯结构图内外杯整体侧视内杯侧视内外杯整体俯视内杯底部俯视外杯和盖板构造杯镀机镀液循环系统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。喷镀的基本工作原理喷液前喷液中喷液中电镀过程示意图光刻胶WAFERWAFER开口开口光刻胶AZ胶JSR胶UBMCu2+Cu2+首先在WAFER表面溅镀上一层UnderBumpMetal(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。NEXX挂镀NEXX挂镀流程电镀工序的质量控制1、bump高度的控制：1）温度的影响温度对电镀的影响从表面现象上是很难被看出，但其对电镀的影响是比较大的，因为镀液中的离子的活性主要由温度控制（及离子交换的能量要由外界提供），温度升高，化学反应速度增加，在同样条件下镀层厚度较高，反之则较低。2）镀液成分影响--添加剂的影响镀液的主要成分为CuSO4+H2SO4，另外为调节电镀速度和产品品质在镀液中添加了一定含量的有机分子和微量离子,在电镀过程中受电场的驱动，化学反应在WAFER表面上连续发生。有机分子和微量的离子，例如光亮剂、整平剂以及铜镀液中的氯离子，在调解反应发生和影响金属生长上都起着非常重要的作用。光亮剂之类的有机添加剂可以提高离子成核的可能性，相对来说就是抑制了晶粒生长，这样可以得到晶粒细密或表面光亮的沉积层。整平剂之类的有机添加剂可以抑制圆片表面的尖端放电现象，减缓凸起点的晶粒生长，从而使圆片表面宏观上趋于平整，对降低表面的粗糙度有重要作用。3）电镀时间的影响：电镀镀层厚度随电镀时间的增加而增加，在相同的电镀条件下，时间增加镀层厚度较厚，反之则较薄。4）镀液流速的影响：电镀过程中镀液不断进行循环流动，保证接触圆片开口的镀液都是新鲜的镀液，如果流速不足，则会导致局部镀液浓度差异，影响电镀均匀性。5）电镀电流：电镀电流等于电镀面积*电流密度，所以理论上在电镀面积相同的情况下电镀电流为恒定不变，电镀时间增加，通过的电量增加，电镀高度较高，反之则较低。6）电流密度的影响：电流密度为25ASF为高铜镀液，低铜镀液的电流密度为17ASF。电镀液的电流密度在很大程度上决定了电镀过程中金属颗粒沉积的晶粒大小和速度，放慢金属沉积的速率从而更好的控制WAFER内的凸块高度的均匀性。7）腐蚀工序的控制：腐蚀时间、腐蚀的流量、滤芯过滤效果、腐蚀液浓度、当过微腐蚀时会出现Bump脱落。溅射工序UBM层氧化UBM剥落漏长、不完整凸块光刻返工影响开口变色残胶来料开口氧化、变色开口掉铝或有钝化层2、表面缺陷分析举例：漏长、不完整凸块a)处理浓度偏高电镀工序待料时间长前处理不当b)处理时间错误c)过腐蚀（Cu、Ti）装片夹具、返工五、改进措施及工序控制要点工序措施及工序控制要点方法目的IQA1、进料检验：重点控制沾污、颗粒、擦伤、开口氧化变色、掉铝、钝化层异常。2、各工序跟踪图谱记录跟踪单减少沾污、颗粒、擦伤、及后续缺陷判别Sputter1.对来料有沾污、颗粒放行的产品加强预清洗频度（如沾污、颗粒严重的增加清洗时间或改变清洗方式。2.控制好溅射台腔体气氛→真空度、前处理。3.机台及自动手控制，确保机台不卡机碎片。图谱记录PM管理定期检查保养减少沾污颗粒UBM结合力减少碎片photo1、对光刻版存在的针孔、破洞进行确认，统计破的数量、确定部位。2、控制显影时间、显影液更换频次、曝光照度、开口完好无残胶。3、光刻版清洗频次。4、减少返工频次，（去胶液影响开口UBM层的变色）提供图谱样本加强显影后自检记录清洗频次减少残留减少不完整凸块减少颗粒工序措施及工序控制要点方法目的plating1.控制好电镀前处理，确保开口清洁无异物。2.控制夹具触点，及触点部位的电流分布均匀性3.控制相应腐蚀浓度。4.Etch速率及时间控制。5.电镀、去胶、腐蚀槽体内杂质过滤。电镀前检查夹具使用前检查电流、电压计算定时分析、记录减少bump脱落减少不完整凸块减少沾污、OQA1.对缺陷确认的判别技能。2.区分缺陷产生的前后来源，记录不同的缺陷。3.按缺陷分类进行实际统计。现场指导跟踪单、异常处理单降低PPM值其它动力控制、洁净度、个人、公共卫生清扫。监测、检查减少颗粒六、产品类型：1、Goldbump(Au)形状为矩形2、Solderbump(Cu+纯Sn)形状为圆形，Cu10~20um+Sn60~70um3、Pillarbump(Cu+纯Sn或PbSn)形状为柱状（八角形或多边形）。Cu50~70um+Sn20~30um4、RDL-CSP（开口长bump+加做铜线+负胶作覆盖）5、RDL-Wirebond（打线产品，开口不需长bump）6、Ecthbump开口长bump靠溅射来完成（TiW/2000Å+Cu/10000Å）。