晶圆级微机电系统芯片封装技术的多层线路制作工艺

摘要

本发明公开了一种晶圆级微机电系统芯片封装技术的多层线路制作工艺，其工艺流程为：前制程→晶圆减薄→曝光显影→蚀刻→涂覆绝缘层→激光钻孔→溅镀铜→化学镀铜前处理→化学镀铜→电镀铜→曝光显影→铜刻蚀→绝缘层涂布及曝光显影→激光钻孔→溅镀铜→化学镀铜前处理→化学镀铜→电镀铜→曝光显影→铜刻蚀→N(N≥0)次(绝缘层涂布及曝光显影→激光钻孔→溅镀铜→化学镀铜前处理→化学镀铜→电镀铜→曝光显影→铜刻蚀)→酸性化学镀镍→氰化物化学镀金→防焊层涂布及曝光显影→BGA成型→后续切割测试包装。通过形成多层相互导通的线路的方法，有效应对产品尺寸缩小化和线路密集化，提高产品良率。

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆级微机电系统芯片穿透硅通孔封装技术产品中线路及焊垫的制作工艺领域。

背景技术

目前晶圆级微机电系统(英文简称：MEMS)芯片穿透硅通孔(英文简称：TSV)封装技术制作过程中，普遍采用单层线路布线形式，通过前工序露出晶圆内部导电块(英文简称：pad)，溅镀铝，光阻涂布曝光显影，镀镍，去光刻胶，去光刻胶层的铝，刻蚀，镀镍金，防焊层涂布曝光显影，锡膏印刷，回流焊等工艺使晶圆内外部电性互联，制作出所需要的线路及球栅阵列(英文简称：BGA)焊垫。一般线路宽度及线路或焊垫间距在40-100微米范围，焊垫边缘之间的间距多在300微米左右，在300微米左右的间距内从晶圆内外部电性互联出三至四条线路，且满足线宽线距的要求，在现有技术条件下作业面临多种问题，如蚀刻时有刻蚀未净，断短路问题等，避开不良问题极其困难，直接影响产量及良率，而客户线路的设计有时又必须从焊垫边缘之间间距内引出三条或以上线路，使得生产工艺面临困境，良率成本优势不再，从而制约产品的竞争力。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种晶圆级微机电系统芯片封装技术的多层线路制作工艺，可达到客户小尺寸上多线路、宽线路和小焊垫间距各方面需要，且可有效提高产品良率。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种晶圆级微机电系统芯片封装技术的多层线路制作工艺，以晶圆的集成电路(英文简称：IC)面为晶圆正面，按下述工艺步骤进行：

①.前制程：在玻璃一面形成与晶圆正面的IC相匹配的高分子树脂类光刻胶面，通过键合机将所述玻璃的光刻胶面与晶圆正面键合在一起；

②.晶圆减薄：对晶圆从背面研磨减薄至设定尺寸厚度，再对晶圆背面进行等离子蚀刻以去除研磨时产生的内应力；

③.曝光显影：在晶圆背面涂覆光刻胶后烘烤，按设计对晶圆背面的光刻胶曝光后显影，将晶圆背面需要蚀刻的地方上涂覆的光刻胶显影掉；

④.蚀刻：将晶圆放入等离子蚀刻机，将晶圆背面需要蚀刻的地方蚀刻掉而形成沟槽，不需要蚀刻的地方由于表面涂覆有光刻胶保护而不会被蚀刻掉，该沟槽将晶圆正面部分的导电块暴露出来；

⑤.涂覆绝缘层：采用电泳的方式在晶圆背面涂覆高分子聚合材料，形成绝缘层后进行烘烤；

⑥.激光钻孔：通过激光击穿处于晶圆沟槽处的绝缘层和导电块，使击穿部位的导电块从绝缘层中暴露出来；

⑦.溅镀铜：将铜溅镀在整个晶圆背面形成一层导电铜层，使步骤⑥后露出的导电块与导电铜层相连通，从而晶圆内部IC的导电块通过溅镀铜的方式连通引导到晶圆背面；

⑧.化学镀铜前处理：通过酸蚀使导电铜层表面粗糙，使导电铜层在后序的化学镀铜时有一个良好的结合表面；

⑨.化学镀铜：在导电铜层表面形成一定厚度的化学铜层，由于溅镀铜时，沟槽内铜的厚度与晶圆背面的表面铜的厚度有差异(1∶6)，且溅镀铜层较薄，化学镀铜有较好的深度及均匀镀，使后序电镀筒有良好的导电效果；

⑩.电镀铜：在步骤⑨后的化学铜层表面通过电镀方式镀上一层铜，形成电镀铜层，由于电镀铜层结构致密、导电性好，与导电铜层及化学铜层是同一金属，不存在不同金属的电势电位差异导致结合异常的问题，且铜金属抗氧化及导电性均比铝金属佳；

曝光显影：通过电泳的方式在电镀铜层的表面涂覆一层光刻胶，按设计对光刻胶曝光显影后形成需要的线路和球栅阵列(BGA)焊垫的图形，图形以外的电镀铜层不需要的部分表面的光刻胶被显影掉；

铜刻蚀：通过碱性刻蚀的方法，将图形以外的电镀铜层不需要的部分刻蚀掉，形成线路及BGA焊垫，一定厚度纯锡对碱性刻蚀液有耐蚀性，只有暴露的铜在碱性刻蚀液的攻击下被去除；

绝缘层涂布及曝光显影：在晶圆背面通过喷涂或旋转的方式涂覆一层防焊绝缘油墨，并通过曝光显影方式显影掉线路和设定的BGA焊垫部分以外的防焊绝缘油墨，使防焊绝缘油墨覆盖保护线路，且将BGA焊垫有选择的覆盖保护或暴露出来；

激光钻孔：通过激光按设计将线路和设定的BGA焊垫部分上涂覆的防焊绝缘油墨击穿，便于后续制程线路的联通和加工；

溅镀铜：将铜溅镀在整个晶圆背面形成一层导电铜层，使步骤后按设计击穿的防焊绝缘油墨部分的线路和设定的BGA焊垫与导电铜层相连通；

化学镀铜前处理：通过酸蚀使导电铜层表面粗糙；

化学镀铜：在导电铜层表面形成一定厚度的化学铜层；

电镀铜：在步骤⑨后的化学铜层表面通过电镀方式镀上一层铜，形成电镀铜层；

曝光显影：通过电泳的方式在电镀铜层的表面涂覆一层光刻胶，按设计对光刻胶曝光显影后形成需要的线路和BGA焊垫的图形，图形以外的电镀铜层不需要的部分表面的光刻胶被显影掉；

通过碱性刻蚀的方法，将图形以外的电镀铜层不需要的部分刻蚀掉，形成线路及BGA焊垫；

按设计次数重复步骤以此形成按设计相互导通的设计次数+2层的线路层，达到多层及盲埋孔设计要求，使线路制作时更容易，提升产品的竞争力(本例所述按设计相互导通即为通过盲埋孔制作技术达到多层线路间的相互导通)；

酸性化学镀镍：在晶圆背面的线路及BGA焊垫上化学镀镍，形成化学镀镍层，结构致密的化学镀镍镀层对铜层可以起到保护的作用；

氰化物化学镀金：在化学镀镍层的表面通过化学镀金的形式涂覆一层薄金，形成镀金层，由于线路及BGA焊垫上的镍层宜被氧化，会造成腐蚀及焊接时脱落问题，因此需要在镍表面通过化学镀金的形式涂覆一层薄金，起到线路保护，及球栅阵列焊垫达到良好可焊层的作用；

防焊层涂布及曝光显影：通过旋转的方式在镀金层的表面涂覆一层防焊油墨，并通过曝光显影方式将非线路部分的防焊油墨显影掉，从而将线路覆盖保护，将BGA焊垫暴露出来；

球栅阵列成型：将无铅锡膏涂在钢网上，通过刮刀印刷的方式将钢网上的无铅锡膏印在球栅阵列焊垫处，用回流焊方式将锡膏熔融成锡球成型；

后续切割测试包装：将晶圆按设计切割后测试并真空包装。

本发明的有益效果是：经过多次防焊层涂布显影，利用绝缘层涂覆、铜刻蚀、激光钻孔和化学电镀的工艺实现客户在小尺寸上多线路，宽线路和小焊垫间距的各方面需要；通过重复步骤而形成多层相互导通的线路，有效应对产品尺寸缩小化和产品线路密集化，提高产品良率。

具体实施方式

实施例：一种晶圆级微机电系统芯片封装技术的多层线路制作工艺，以晶圆的IC面为晶圆正面，按下述工艺步骤进行：

①.前制程：在玻璃一面形成与晶圆正面的IC相匹配的高分子树脂类光刻胶面，通过键合机将所述玻璃的光刻胶面与晶圆正面键合在一起；

②.晶圆减薄：对晶圆从背面研磨减薄至设定尺寸厚度，再对晶圆背面进行等离子蚀刻以去除研磨时产生的内应力；

③.曝光显影：在晶圆背面涂覆光刻胶后烘烤，按设计对晶圆背面的光刻胶曝光后显影，将晶圆背面需要蚀刻的地方上涂覆的光刻胶显影掉；

④.蚀刻：将晶圆放入等离子蚀刻机，将晶圆背面需要蚀刻的地方蚀刻掉而形成沟槽，不需要蚀刻的地方由于表面涂覆有光刻胶保护而不会被蚀刻掉，该沟槽将晶圆正面部分的导电块暴露出来；

⑤.涂覆绝缘层：采用电泳的方式在晶圆背面涂覆高分子聚合材料，形成绝缘层后进行烘烤；

⑥.激光钻孔：通过激光击穿处于晶圆沟槽处的绝缘层和导电块，使击穿部位的导电块从绝缘层中暴露出来；

⑦.溅镀铜：将铜溅镀在整个晶圆背面形成一层导电铜层，使步骤⑥后露出的导电块与导电铜层相连通，从而晶圆内部IC的导电块通过溅镀铜的方式连通引导到晶圆背面；

⑧.化学镀铜前处理：通过酸蚀使导电铜层表面粗糙，使导电铜层在后序的化学镀铜时有一个良好的结合表面；

⑨.化学镀铜：在导电铜层表面形成一定厚度的化学铜层，由于溅镀铜时，沟槽内铜的厚度与晶圆背面的表面铜的厚度有差异(1∶6)，且溅镀铜层较薄，化学镀铜有较好的深度及均匀镀，使后序电镀筒有良好的导电效果；

⑩.电镀铜：在步骤⑨后的化学铜层表面通过电镀方式镀上一层铜，形成电镀铜层，由于电镀铜层结构致密、导电性好，与导电铜层及化学铜层是同一金属，不存在不同金属的电势电位差异导致结合异常的问题，且铜金属抗氧化及导电性均比铝金属佳；

曝光显影：通过电泳的方式在电镀铜层的表面涂覆一层光刻胶，按设计对光刻胶曝光显影后形成需要的线路和球栅阵列(BGA)焊垫的图形，图形以外的电镀铜层不需要的部分表面的光刻胶被显影掉；

铜刻蚀：通过碱性刻蚀的方法，将图形以外的电镀铜层不需要的部分刻蚀掉，形成线路及BGA焊垫，一定厚度纯锡对碱性刻蚀液有耐蚀性，只有暴露的铜在碱性刻蚀液的攻击下被去除；

绝缘层涂布及曝光显影：在晶圆背面通过喷涂或旋转的方式涂覆一层防焊绝缘油墨，并通过曝光显影方式显影掉线路和设定的BGA焊垫部分以外的防焊绝缘油墨，使防焊绝缘油墨覆盖保护线路，且将BGA焊垫有选择的覆盖保护或暴露出来；

激光钻孔：通过激光按设计将线路和设定的BGA焊垫部分上涂覆的防焊绝缘油墨击穿，便于后续制程线路的联通和加工；

溅镀铜：将铜溅镀在整个晶圆背面形成一层导电铜层，使步骤后按设计击穿的防焊绝缘油墨部分的线路和设定的BGA焊垫与导电铜层相连通；

化学镀铜前处理：通过酸蚀使导电铜层表面粗糙；

化学镀铜：在导电铜层表面形成一定厚度的化学铜层；

电镀铜：在步骤⑨后的化学铜层表面通过电镀方式镀上一层铜，形成电镀铜层；

曝光显影：通过电泳的方式在电镀铜层的表面涂覆一层光刻胶，按设计对光刻胶曝光显影后形成需要的线路和BGA焊垫的图形，图形以外的电镀铜层不需要的部分表面的光刻胶被显影掉；

通过碱性刻蚀的方法，将图形以外的电镀铜层不需要的部分刻蚀掉，形成线路及BGA焊垫；

按设计次数重复步骤以此形成按设计相互导通的设计次数+2层的线路层，达到多层及盲埋孔设计要求，使线路制作时更容易，提升产品的竞争力(本例所述按设计相互导通即为通过盲埋孔制作技术达到多层线路间的相互导通)；

酸性化学镀镍：在晶圆背面的线路及BGA焊垫上化学镀镍，形成化学镀镍层，结构致密的化学镀镍镀层对铜层可以起到保护的作用；

氰化物化学镀金：在化学镀镍层的表面通过化学镀金的形式涂覆一层薄金，形成镀金层，由于线路及BGA焊垫上的镍层宜被氧化，会造成腐蚀及焊接时脱落问题，因此需要在镍表面通过化学镀金的形式涂覆一层薄金，起到线路保护，及球栅阵列焊垫达到良好可焊层的作用；

防焊层涂布及曝光显影：通过旋转的方式在镀金层的表面涂覆一层防焊油墨，并通过曝光显影方式将非线路部分的防焊油墨显影掉，从而将线路覆盖保护，将BGA焊垫暴露出来；

球栅阵列成型：将无铅锡膏涂在钢网上，通过刮刀印刷的方式将钢网上的无铅锡膏印在球栅阵列焊垫处，用回流焊方式将锡膏熔融成锡球成型；

后续切割测试包装：将晶圆按设计切割后测试并真空包装。