晶圓級封裝(WLP)的各項材料及其作用

本篇文章將探討用于晶圓級封裝(WLP)的各項材料，從光刻膠中的樹脂，到晶圓承載系統(WSS)中的粘合劑，這些材料均在晶圓級封裝中發揮著重要作用。

光刻膠(Photoresists, PR)：由感光劑、樹脂和溶劑構成，用于形成電路圖案和阻擋層

光刻膠是由可溶性聚合物和光敏材料組成的化合物，當其暴露在光線下時，會在溶劑中發生降解或融合等化學反應。在運用于晶圓級封裝的光刻(Photolithography)工藝過程中時，光刻膠可用于創建電路圖案，還可在后續電鍍(Electroplating)1過程中通過電鍍金屬絲以形成阻擋層。光刻膠的成分如圖1所示。

1電鍍(Electroplating)：一項晶圓級封裝工藝，通過在陽極上發生氧化反應來產生電子，并將電子導入到作為陰極的電解質溶液中，使該溶液中的金屬離子在晶圓表面被還原成金屬。

▲ 圖1：光刻膠的成分和作用(? HANOL出版社)

根據光照的反應原理，光刻膠可分為正性光刻膠(Positive PR)和負性光刻膠(Negative PR)。 對于正性光刻膠，曝光區域會發生降解反應，導致鍵合減弱;而未曝光區域則會發生交聯(Cross-linking)2反應，使鍵合增強。因此，被曝光部分在顯影過程中會被去除。然而對于負性光刻膠，曝光部分會產生交聯反應并硬化，從而被完整保留下來;未曝光部分則被去除。負性光刻膠的粘度通常高于正性光刻膠，旋涂過程中的涂覆厚度更厚，因而通常被用于形成較高的焊接凸點(Solder Bump)。而正性光刻膠則至少需要涂覆兩次。

光刻過程中所使用的光源可根據波長進行分類，波長以納米(nm)為單位。對于細微化(Scaling)的半導體而言，在光刻過程中通常采用波長較短的光源，以增強光刻效果，從而形成更精細的電路圖案。因此，光敏化合物(PAC)用于制作曝光波長較長的g線(g-line)3光刻膠和i線(i-line)4光刻膠。而化學放大型抗蝕劑(CAR)5則用于制作曝光波長較短的光刻膠。晶圓級封裝通常使用i線步進式***(Stepper)6。

2交聯(Cross-link)：通過化學鍵將聚合物鏈連接在一起的化學反應。

3g線(g-line)：在汞光譜中，一條對應波長約為436納米的譜線。

4i線(i-line)：在汞光譜中，一條對應波長約為356納米的譜線。

5化學放大型抗蝕劑(CAR)：一種用于提高光刻膠材料光敏性的抗蝕劑。

6步進式***(Stepper)：用于曝光晶圓的設備。不同類型的設備用于不同精度晶圓的曝光，具體取決于對應的光源類型。

電鍍液：由金屬離子、酸和添加劑組成，用于可控電鍍工藝

電鍍液(Plating Solution)是一種在電鍍過程中使用的溶液，由金屬離子、酸和添加劑組成。其中，金屬離子是電鍍過程中的待鍍物質;酸作為溶劑，用于溶解溶液中的金屬離子;多種添加劑用于增強電鍍液和鍍層的性能?？捎糜陔婂兊慕饘俨牧习ㄦ?、金、銅、錫和錫銀合金，這些金屬以離子的形式存在于電鍍液中。常見的酸性溶劑包括硫酸(Sulfuric Acid)和甲磺酸(Methanesulfonic Acid)。添加劑包括整平劑(Leveler)和細化劑(Grain Refiner)，其中，整平劑用于防止材料堆積，提高電鍍層平整性;而晶粒細化劑則可以防止電鍍晶粒的橫向生長，使晶粒變得更加細小。

▲ 圖2：電鍍液中添加劑的作用(? HANOL出版社)

光刻膠剝離液(PR Stripper)：使用溶劑完全去除光刻膠

電鍍工藝完成后，需使用光刻膠剝離液去除光刻膠，同時注意避免對晶圓造成化學性損傷或產生殘留物。圖3展示了光刻膠去膠工藝的過程。首先，當光刻膠剝離液與光刻膠表面接觸時，兩者會發生反應，使光刻膠膨脹;接下來，堿性剝離液開始分解并溶解膨脹的光刻膠。

▲ 圖3：光刻膠剝離液的去膠工序(? HANOL出版社)

刻蝕劑：使用酸、過氧化氫等材料精確溶解金屬

晶圓級封裝需要通過濺射(Sputtering)7 工藝形成籽晶層(Seed Layer)，即通過濺射或蒸餾的方式形成的一層用于電鍍的薄金屬。電鍍和光刻膠去膠工序完成后，需使用酸性刻蝕劑來溶解籽晶層。

7濺射(Sputtering)：一種用高能離子轟擊金屬靶材，使噴射出來的金屬離子沉積到晶圓表面的物理氣相沉積工藝。

圖4展示了刻蝕劑的主要成分和作用。根據不同的待溶解金屬，可選用不同刻蝕劑，如銅刻蝕劑、鈦刻蝕劑、銀刻蝕劑等。此類刻蝕劑應具有刻蝕選擇性——在有選擇性地溶解特定金屬時，不會溶解或僅少量溶解其它金屬;刻蝕劑還應具備較高的刻蝕速率，以提高制程效率;同時還應具備制程的均勻性，使其能夠均勻地溶解晶圓上不同位置的金屬。

▲ 圖4：刻蝕劑的主要成分和作用(? HANOL出版社)

本文內容源于【SKhynix NEWSROOM】