基于sv技术的cis芯片晶圆级封装工艺研究.docx

基于sv技术的cis芯片晶圆级封装工艺研究 1 基于tsv技术的cis产品晶圆级封装工艺流程 基于tsv技术的三维堆栈腔压缩技术（3dic）是目前的最新压缩技术。它具有最小的尺寸和质量、有效的抗寄生效应、芯片速度和降低成本等优点。 文中研究了基于TSV技术的CIS产品晶圆级封装工艺流程, 这一工艺流程经过了批量生产的考验.重点研究了在背面打孔溅镀铝层后, 光刻、镀覆Zn/Ni层、刻蚀铝、去胶、镀覆Au金属层的顺序问题.先光刻、刻蚀铝、去胶, 再镀覆Zn/Ni/Au金属层, 会带来更多的好处, 但却在镀镍中产生了镍滋生, 通过反复的实验和研究, 找到了镍滋生产生的原因及消除方法, 从而使该封装工艺流程和镀镍工艺缩短, 生产效率提高, 封装成品率提高, 降低成本. 2 2.1 tsv封装材料 图1是手机摄像头模组中的图像传感器芯片的封装结构图.图中的Si是半导体 (Si) 图像传感器集成电路芯片.芯片正面四周的PAD上的树脂墙和光学玻璃连接, 并在芯片正面和光学玻璃之间形成空腔.将芯片正面的金属PAD通过在背面打孔、金属镀覆、光刻刻蚀等技术垂直引向背面 (TSV技术) , 在背面将PAD重新分布, 再制作BGA焊锡球.这种封装使封装后芯片面积达到最小, 实现晶圆级封装.封装后的产品照片见图2. 2.2 tsv封装工艺 经过小批量、中批量的生产型实验和不断的研究改进, 基于TSV技术的CIS芯片晶圆级封装工艺流程基本成熟.是目前国内先进的CIS芯片封装工艺.具体为: 1感光玻璃清洗→2格状树脂空腔形成→3树脂墙和硅晶圆正面对准压合→4硅晶圆背面减薄→5硅晶圆背面整面刻蚀→6划道刻蚀→7硅背面盲孔制作→8硅背面电镀绝缘层→9盲孔处激光打孔→10背面溅镀铝层→11电镀光刻胶、刻蚀铝、去胶→12镀覆Zn/Ni/Au金属层→13形成防焊层→14 BGA锡球印刷、成型、导通线路→15激光打标→16影像测试→17切割→18终检→包装出货. 该封装工艺中的TSV新技术通过第7步到第12步来实现.在第7步中, 对硅芯片的背面进行光刻和干法刻蚀, 刻蚀掉正面PAD垂直对应位置的背面硅, 背面硅对应PAD处就出现了微坑, 然后去胶, 微坑底部暴露正面PAD处的金属电极.第8步是在硅的背面电泳涂装一层绝缘层.电泳涂膜的硬度、附着力、均匀性、耐腐蚀性、冲击性能以及渗透性能明显优于其他涂装工艺, 这样在微孔内部就能均匀涂上绝缘层.第9步是在背面PAD微坑处纵向激光打孔, 激光穿透绝缘层和金属PAD层 (约穿透格状墙 5～10微米左右) 将微坑内集成电路的PAD金属层打掉, 露出PAD金属层的侧面.第10步通过溅镀方式在Si背面溅镀一层铝层, 使铝与芯片的所有正面导电PAD连接.这样沿硅片的垂直方向就把正面的PAD连接到了硅的背面.这就是TSV技术的核心.再通过之后的工艺, 把背面这层导电的铝层进行光刻、刻蚀、去胶, 在硅背面形成了PAD的再分布. 2.3 .3刻胶残留和金属镀覆流程简述 A流程:先电镀光刻胶, 曝光、显影而不蚀刻铝, 在光刻胶上形成PAD布线图, 见图3 (a) , 并用光刻胶做保护, 进行镀覆Zn/Ni金属层, 然后刻蚀铝、去胶和边缘金属镀覆, 见图3 (b) . A流程存在两个问题: 第一, 光刻胶在后续镀覆金属膜中起保护绝缘层作用, 所以要选择保护功能好的光刻胶.光刻胶经过多次金属镀覆工艺后, 已经形成了聚合物, 非常难以去除, 去胶时间长, 易导致光刻胶残留.一料盒 (LOT) 硅片的去胶时间大概是一个多小时. 第二, 金属镀覆的流程复杂.流程为:硅片前处理→化学镀锌→硝酸退出→化学镀锌→碱性预化学镀镍→酸性化学镀镍→电解电镀镍→酸性化学镀镍→去胶和蚀刻铝 (甲酸浸泡→等离子去胶→刻蚀铝) →边缘化学镀锌→边缘酸性化学镀镍→边缘酸性化学镀?.突出的BGA载体有7层金属, 层数多, 时间长, 耗材多.但这种工艺流程不会产生镍滋生和短路问题. B流程:具体为电镀光刻胶、刻蚀铝、去胶, 在铝层上形成新的PAD布线图, 如图4 (a) , 然后进行第12步的Zn/Ni/Au金属镀覆.因为金属镀覆前BGA载体铝的四周没有了光刻胶, 各层金属镀覆都将包围BGA载体铝的四周, 对铝形成很好的保护, 故将金属镀覆工艺流程可简化为:硅片前处理→化学镀锌→碱性预化学镀镍→酸性化学镀镍 (EN Ni) →酸性化学镀金. 见图4 (b) . B流程有两大优点: 第一, 刻蚀铝、去胶放在镀覆金属之前进行.光刻胶只是为了刻蚀铝时做阻挡层, 故选择和A流程不同品种的光刻胶, 使去胶很容易.一料盒 (LOT) 硅片的去胶时间大概是十五分钟, 去胶时间大大缩短, 节约近一个小时时间.提高工作效率4倍多. 第二, 金属镀覆工艺大大减少了步骤, 省去了四次化学镀覆工序