增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】增强介质层PI和金属Cu层之间粘附性的方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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°C，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。
[0003]业界内对PI上铜制作的常规工艺步骤如图2所示，分五步:
[0004]1.在PI介质层102表面溅射粘附/种子层金属Ti/Cu 103 ；
[0005]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；
[0006]3.电镀一定厚度的Cu金属层104 ；
[0007]4.将电镀好的图形进行去胶。
[0008]5.去除种子层金属Ti/Cu，最后得到图形化的金属层。
[0009]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】
[0010]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。
[0011]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:
[0012]I)提供一半导体衬底，在该半导体衬底上涂覆PI介质层；
[0013]2)对该PI介质层进行表面预处理；
[0014]3)溅射Ti/Cu或TiW/Cu粘附/种子层，并控制其厚度；[0015]4)进行退火处理；
[0016]5)涂覆光刻胶，光刻出图形窗口；
[0017]6)电镀金属Cu层；
[0018]7)去除光刻胶和不必要的粘附/种子层。
[0019]优选地，所述半导体衬底材料为硅或砷化镓。
[0020]优选地，所述步骤I)中的涂覆工艺为旋涂或喷胶，固化后的PI介质层厚度在5_15um0
[0021]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。
[0022]优选地，所述步骤3)中溅射的粘附层Ti或TiW层的厚度为500~1500 A，溅射的铜种子层的厚度为2000~5000 A。
[0023]优选地，所述步骤4)中的退火处理具体是指从常温升到180°C _200°C，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。
[0024]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_15um0`[0025]优选地,所述步骤6)中电镀金属Cu层的厚度在4-1Oum。
[0026]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1显示为包含再布线结构的圆片级封装示意图。
[0028]图2显示为传统的在PI上制作金属Cu的工艺方法。
[0029]图3显示为本发明退火时的温度时间曲线。
[0030]图4显示为本发明增强PI和Cu之间粘附性的工艺流程图。
[0031]
【权利要求】
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； 3)溅射Ti/Cu或TiW/Cu粘附/种子层，并控制厚度； 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。
2.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属层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娃或砷化镓。
3.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，其特征在于:所述步骤I)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和金属层Cu层之间粘附性的方法，其特征在于: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。
5.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，其特征在于:所述步骤3)中溅射的粘附层Ti或TiW层的厚度为500?1500 A，溅射的铜种子层的厚度为2000?5000 A。
6.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，其特征在于:所述步骤4)中的退火处理具体是指从常温升到180°C _200°C，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。
7.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属层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，该层光刻胶厚度在5-15um。
8.根据权利要求1所述的增强介质层PI和金属层Cu层之间粘附性的方法，其特征在于:所述电镀金属Cu层的厚度在4-1Oum。
【文档编号】H01L21/48GK103794513SQ201210418831
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】朱春生, 罗乐, 徐高卫, 宁文果 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所
文档序号 :
【 7246216 】
技术研发人员：朱春生,罗乐,徐高卫,宁文果
技术所有人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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