一种负性高分子膜的圆环形图案曝光开孔方法技术

本申请涉及一种晶圆级封装中的负性高分子膜圆环形图案曝光开孔方法，包括以下过程：在制备好的晶圆上贴第一层负性高分子膜，电极开孔处设计一定半径的圆形图案曝光显影，烘烤固化，测量第一层膜开孔半径，按一定方法设计同心圆环状光罩图案；在上述晶圆上贴第二层负性高分子膜，基于设计好的光罩图案，使用光刻机按一定曝光剂量对准晶圆曝光；曝光后进行静置显影和动态显影一段时间，去离子水清洗甩干得到膜孔。相比常规的第二层膜圆形图案曝光开孔，本申请通过设计同心圆环图案曝光显影实现了第二层膜孔壁形貌的改变。进一步的，通过设计同心圆环的相关参数实现了第二层膜孔壁陡直度的调控。直度的调控。直度的调控。

【技术实现步骤摘要】
一种负性高分子膜的圆环形图案曝光开孔方法


[0001]本申请涉及半导体制造领域，具体涉及到一种负性高分子膜的圆环形图案曝光开孔方法。

技术介绍

[0002]在晶圆级封装技术(WLP)中，使用高分子膜在晶圆表面构建出密闭空腔从而保护器件正常工作，同时通过电镀等方式在高分子膜通孔中填充金属与外界进行电连接，这样的封装方式具有节约基板的使用、减小器件的体积、加工效率高、封装生产设施和设计费用低、环节少等优点。负性高分子膜具有良好的密封性能和曝光聚合性质，可以为芯片构建出一个密闭空腔的同时又能通过光刻技术露出电极与外界相连，因此在半导体制造技术的晶圆级封装中大量应用。在声表器件的晶圆级封装中，构建密闭空腔一般需要两层有机膜，第一层膜主要起到垫高作用，厚度上一般是第二层有机膜的一半，两层膜在一定工艺条件下紧密贴合并且都具有曝光聚合后难溶于显影液的性质。然而负性高分子膜具有一定的颜色，在曝光过程中光强随穿透深度的增加而逐渐减弱，膜底部接收的光强要小于顶部，导致聚合的程度有所不同。常规的光刻开孔技术上设计圆形光罩图案，这样膜孔底部显影腐蚀程度要大于顶部，呈现出倒凹形貌(undercut)，尤其负性高分子膜厚度越厚，这样的效果越明显。这种孔壁形貌对后续电镀金属填充、封装植球等工序有负面影响，最好要实现有利于最终电极连接和封装效果的陡直或轻微碗状孔壁形貌。

技术实现思路

[0003]负性高分子膜具有一定的颜色，在曝光过程中光强随穿透深度的增加而逐渐减弱，膜底部接收的光强要小于顶部，导致聚合的程度有所不同。采用常规圆形图案曝光开孔后，膜孔底部显影腐蚀程度要大于顶部，呈现出倒凹形貌，尤其负性高分子膜厚度越厚，这样的效果越明显。这种孔壁形貌对电镀金属填充、封装植球等有负面影响，为了解决
技术介绍
中所述的技术问题，本申请提供一种负性高分子膜的圆环形图案曝光开孔方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：
[0004]S1.在制备好的晶圆上贴第一层薄负性高分子膜，控制贴膜工艺参数使第一层膜与晶圆贴合良好，第一层膜在晶圆边缘处切割分离；设计第一层膜光刻图案，其中晶圆内需外接电极处设计成圆形图案，曝光显影，得到第一层膜孔并测量孔半径r，烘烤固化；
[0005]S2.在晶圆上贴第二层负性高分子膜，控制贴膜温度、压力、真空等关键工艺参数使得第一层和第二层膜之间贴合良好，膜切割分离；
[0006]S3.在版图软件中画需求开孔半径R的圆1，R要略大于r；
[0007]S4.在版图中半径为R的圆1内画半径为r的圆2，圆1和圆2之间不重合区域构成一圆环且宽度为D2＝R
‑
r，圆环设置为阴影区；
[0008]S5.在版图中半径为r的圆2内画半径为t的圆3，圆2和圆3之间不重合区域构成一圆环且宽度为D1＝r
‑
t，圆环设置为空白区，内圆3设置为阴影区；
[0009]S6.基于设计好的光罩图案，使用光刻机按一定曝光剂量对准晶圆曝光；
[0010]S7.进行静置显影和动态显影一段时间，去离子水冲洗甩干，烘烤固化得到膜孔。
[0011]本专利技术所述同心圆环状的图案包括：所述同心圆环状的图案在光罩中，阴影区在实际曝光中为遮光区，空白区在实际曝光中为透光区。
[0012]本专利技术所述同心圆环状的图案中内圆3设置的阴影区可改为圆环状光栅且明暗相间地衔接于中间透光圆环D1。
[0013]本专利技术所述同心圆环状图案的尺寸包括：中间透光区圆环宽度D1小于总开孔半径的16％，外遮光区圆环宽度D2不小于总开孔半径的20％，D2/D1的比值不小于1.67，内圆遮光区半径t不小于总开孔半径的72％，总开孔半径R不小于50um。
[0014]本专利技术所述第一层负性高分子膜厚度小于等于所述第二层负性高分子膜的1/2，所述第一层和所述第二层负性高分子膜的材料不同。
[0015]本专利技术使用的光刻机曝光波长为i线，曝光剂量应当控制在负性高分子膜恰好聚合并难溶于显影液。
[0016]本专利技术显影需要设置一定的振动摩擦例如超声或摆臂式显影液冲洗。
[0017]本专利技术显影液浓度和显影时间需要控制在一定范围内，可用常规的含TMAH 2.38％
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2.58％浓度的显影液，静置显影时间5min，动态显影时间考虑到膜厚和开孔直径等多因素，以晶圆表面形貌颜色等恰好不再改变为准。
[0018]本专利技术所述的同心圆环图案中心与第一层高分子膜孔中心一致。
[0019]本专利技术所设计的圆环图案D2/D1的比值不小于1.67的情况下，增大D2/D1的比值，可使负性高分子膜开孔侧壁的陡直度变好。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0021]本专利技术提供了一种负性高分子膜的圆环形图案曝光开孔方法，可以防止晶圆封装技术中曝光光强随高分子膜穿透深度增加而逐渐减弱导致的膜孔壁倒凹形貌的出现，实现负性高分子膜光刻开孔后孔壁形貌的改变和陡直度的调控，提高后续电镀和封装植球工序良率，使芯片制造成本降低。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1示出了本专利技术负性高分子膜的光刻开孔方法的流程图；
[0024]图2示出了声表器件晶圆级封装的结构示意图；
[0025]图3示出了实施例的第二层负性高分子膜开孔光罩图案；
[0026]图4示出了不同D2/D1比值的光罩图案；
[0027]图5示出了不同光罩图案对应的曝光显影结果；
[0028]图6示出了晶圆级封装中一层膜和二层膜制作的示意图；
[0029]图7示出了常规圆形图案的曝光显影过程示意图；
[0030]图8示出了本专利技术圆环状图案的曝光显影过程示意图；
[0031]图9示出了本专利技术实施例1中D1＝4um，D2＝10um，t＝36um，r＝40um，R＝50um的曝光显影结果；
[0032]图10示出了本专利技术实施例1中D1＝6um，D2＝10um，t＝36um，r＝42um，R＝52um的曝光显影结果；
[0033]图11示出了实施例2的光罩图案；
[0034]图12示出了实施例2的曝光显影结果。
具体实施方式
[0035]以下结合具体实施例和附图对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0036]实施例1
[0037]在晶圆级封装技术中，高分子膜在晶圆表面构建出密闭腔体使得器件在其中正常工作，同时又能通过光刻露出电极通孔与外界进行电连接，这样的封装方式具有节约基板的使用，减小器件的体积等优点。在声表器件的晶圆级封装技术中，构建一密闭空腔一般需要两层有机膜，一层膜主要起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负性高分子膜的圆环形图案曝光开孔方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的以下步骤：S1.在制备好的晶圆上贴第一层薄负性高分子膜，控制贴膜工艺参数使第一层膜与晶圆贴合良好，第一层膜在晶圆边缘处切割分离；设计第一层膜光刻图案，其中晶圆内需外接电极处设计成圆形图案，曝光显影，得到第一层膜孔并测量孔半径r，烘烤固化；S2.在晶圆上贴第二层厚负性高分子膜，控制贴膜工艺参数使第一层膜与第二层膜之间贴合良好，第二层膜在晶圆边缘处切割分离；S3.在版图软件中画需求开孔半径R的圆1，R要略大于r；S4.在版图中半径为R的圆1内画半径为r的圆2，圆1和圆2之间不重合区域构成一圆环且宽度为D2＝R
‑
r，该圆环设置为阴影区；S5.在版图中半径为r的圆2内画半径为t的内圆3，圆2和内圆3之间不重合区域构成一圆环且宽度为D1＝r
‑
t，该圆环设置为空白区，内圆3设置为阴影区；S6.基于设计好的光罩图案，使用光刻机按一定曝光剂量对准晶圆曝光；S7.进行静置显影和动态显影一段时间，去离子水冲洗甩干，烘烤固化得到膜孔。2.如权利要求1所述的负性高分子膜的圆环形曝光开孔方法，其特征在于，所述同心圆环状图案的阴影区在实际曝光中为遮光区，空白区在实际曝光中为透光区。3.如权利要求1所述的负性高分子膜的圆环形曝光开孔方法，其特征在于，所述同心圆环状图案中内圆3设置的阴影区为圆环状光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛法熙，姚书其，施旭霞，邱云峰，褚顺杰，候康旭，姚怡鑫，丰王健，李忠宇，
申请(专利权)人：中电科技德清华莹电子有限公司，
类型：发明
国别省市：