CN102655125A

CN102655125A - 一种双面溅射金属层减小硅圆片翘曲的结构

Info

Publication number: CN102655125A
Application number: CN2012100128542A
Authority: CN
Inventors: 宁文果; 罗乐; 徐高卫
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2012-09-05

Abstract

本发明涉及一种双面溅射金属层减小硅圆片翘曲的结构，应用于圆片级芯片尺寸封装技术领域。其特征在于：溅射于硅圆片(1)正面的用于将来制作图形的金属层(2)、在硅圆片(1)的背面溅射用于减小硅圆片翘曲的金属层(3)；所溅射的背面金属的热膨胀系数大于正面溅射金属的热膨胀系数，则背面溅射的金属层的厚度小于正面溅射金属层的厚度，反之亦然；当正面和背面溅射的金属膨胀系数相同时则正面和反面溅射的金属层厚度相同。本发明的特点是通过在正面溅射金属层的硅圆片背面溅射金属层来减小圆片翘曲。

Description

一种双面溅射金属层减小硅圆片翘曲的结构

技术领域

本发明涉及一种双面溅射金属层减小硅圆片翘曲的结构，应用于圆片级芯片尺寸封装技术领域。

背景技术

近年来，电子器件向多功能和小型化方向发展，为了适应这种要求，发展出了圆片级芯片尺寸封装，它能够在满足这些需要的同时降低生产成本，很有潜力成为下一代封装技术的主流。

圆片级芯片尺寸封装的一个技术特点是，它在圆片上完成封装。封装过程中，以圆片为载体在工艺过程中传送，切成单个芯片的工序设在组装过程的最后。由于整个过程是在圆片状态下实施的，因而可以批处理来降低组装成本。圆片级封装取代了过去封装中的芯片与封装之间的连接技术，如线焊、TAB、倒装片焊接等，其特点是在切成单个芯片之前，采用与倒装片相同原理的半导体前道工序配线技术，芯片焊盘与外部端子结线的方法是最基本的，随后的锡球焊接和电气测试则是在圆片状态下进行的。

这种封装中常用的工艺有在圆片上溅射金属层作为种子层，进行下一步的电镀焊球等工艺。为了保证金属层的导电性，金属层往往是溅射在整个圆片上，在电镀焊球等工艺结束后才去除。

这里面的问题是，硅圆片上溅射金属层导致的残余应力会引起翘曲。残余应力包括溅射金属层过程中形成的本征应力，热膨胀系数失配引起的热应力。残余应力引起的翘曲会严重引起后续光刻工艺的对准问题，尤其在硅圆片尺寸越来越大的趋势下，相同大小的残余应力会引起更大的翘曲，继而引发更严重的光刻对准问题。

已经有一些研究人员发展了减小应力从而减小圆片翘曲的方法；主要方法有，在金属层和圆片之间溅射一层热膨胀系数合适的缓冲金属层；溅射多层金属，通过材料属性渐变来减小热膨胀系数失配等等方法，如Julfikar Haider的文献Simulation of thermal stress in magnetron sputtered thin coating by finiteelement analysis中提到，Ti金属层可以缓冲TiN材料和铁圆片之间的应力。但是这些方法不能有效地减小硅圆片的翘曲问题，翘曲问题依然存在。因而，引导出本申请的发明构思。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能有效减小硅圆片翘曲问题的方法，本发明可以完全消除结构中存在的翘曲问题，大大提高了光刻等后续工艺的精度等。

本发明的目的是这样实现的：一种圆片双面溅射金属层的结构，在硅圆片正面溅射金属层，用于制作图形实现后续电镀工艺等功能；在硅圆片背面溅射金属层，用于减小翘曲。其特征在于：硅圆片双面溅射金属层来减小硅圆片翘曲，提高后续工艺的光刻精度。

本发明硅圆片双面溅射金属层，所述的背面金属层可以与正面金属相同，与正面金属相同的情况时，或更确切地说正面和背面溅射的金属层的热膨胀系数相同时，则背面金属厚度应当于正面金属厚度相同才能起到最好的减小翘曲的作用。

本发明硅圆片双面溅射金属层，所述的背面金属层也可以选用其它金属，包含并且不限于Ti、TiW、Cu、Cr、Ni。背面金属层厚度与所选金属层的热膨胀系数有关，如果背面金属的热膨胀系数大于正面金属的热膨胀系数，则背面金属层的厚度应当小于正面金属层的厚度，反之，则应大于正面金属层的厚度。具体的厚度可以使用有限元软件计算或者在背面溅射不同厚度的金属层，选取圆片翘曲最小时候的厚度。

本发明所述的硅圆片双面溅射金属层，背面金属层可以是一种金属层，也可以是多种金属层。具体使用的层数可以在实际应用中根据需要选取，起到缓冲作用即可。

本发明所述的硅圆片双面溅射金属层，背面金属层可以一直完全保留直到正面所有后续光刻工艺完成，也可以与正面金属层同步进行光刻腐蚀等工艺，保持与正面金属层的图形一致，从而更好的减小硅圆片翘曲。

本发明所述的正面制作图形的金属层，通常情况下会包括Ti/W或TiW/Cu等极薄的金属层制作作为粘附层。

本发明的特点是硅圆片正面溅射金属层时，背面也溅射金属层，从而有效减小硅圆片翘曲，理想情况下，硅片正面和背面的金属层引起的应力完全相同，应力抵消，从而可以完全消除圆片的翘曲。

附图说明

图1(a)为本发明在硅圆片初始状态示意图。

(b)为本发明在硅圆片正面溅射金属层示意图

(c)为本发明在硅圆片背面溅射金属层示意图

(d)为本发明在硅圆片正面金属层做光刻腐蚀后示意图

(e)为本发明在硅圆片背面金属层做光刻腐蚀后示意图

图2为本发明在硅圆片背面溅射与正面相同金属层示意图

图3为本发明在硅圆片背面溅射多层金属层示意图

图4为本发明在硅圆片正面光刻工艺完成后去除背面金属层后示意图。

图中，1、硅圆片；2、正面溅射金属层；3、背面溅射第一层金属层；4、背面溅射第二层金属层；5、背面溅射的第三层金属层。

具体实施方式

图2为本发明提供的一种圆片级应力缓冲结构，主要由硅圆片(1)、硅圆片(1)正面溅射的金属层(2)、背面溅射防止翘曲的金属层(3)组成。

如图1(a)所示，在硅圆片1的正面溅射金属层2(图1(b))；然后在背面溅射用于减小翘曲的金属层3(如图1(c))；接着在正面溅射的金属层2光刻腐蚀金属层制作所需要图形(如图1(d))；最后在背面金属层3光刻腐蚀出同样图形(如图1(e))。

在背面溅射用于减小翘曲的金属层3时，可溅射与正面金属不同的金属，包括并不限于Ti、TiW、Cu、Cr或Ni；也可溅射与正面相同的金属(如图2所示)。

在背面溅射分别为第一层、第二层和第三层的金属层用于减小翘曲的金属层时，可溅射热膨胀系数不同的多层金属3、4、5(如图3所示)，此图仅限于说明多层金属情况，多层可以是三层，但多层金属并不特指为三层，可以大于三层，具体使用的层数可以在实际应用中根据需要选取，起到缓冲作用即可。

背面溅射的金属层在正面完成光刻工艺后，可以去除，如图4所示。

溅射工艺可以使用磁控溅射等溅射方法，通常情况下，正面金属与背面金属应当使用相同的工艺参数，制作出尽可能相同的金属层结构以产生相同的应力，从而正面背面金属应力相互抵消从而消除圆片翘曲。

Claims

1.一种双面溅射金属层减小硅圆片翘曲的结构，其特征在于溅射于硅圆片(1)正面的用于将来制作图形的金属层(2)、在硅圆片(1)的背面溅射用于减小硅圆片翘曲的金属层(3)；所溅射的背面金属的热膨胀系数大于正面溅射金属的热膨胀系数，则背面溅射的金属层的厚度小于正面溅射金属层的厚度，反之亦然；当正面和背面溅射的金属膨胀系数相同时则正面和反面溅射的金属层厚度相同。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，背面金属层金属可与正面金属层金属相同，也可与正面金属层的金属不同，所述的金属层的金属包括但并不限于Ti、TiW、Cu、Cr或Ni。

3.根据权利要求1、2所述的结构，其特征在于：背面金属层是一层金属或多层金属。

4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于：多层金属层为三层，但不限于三层。

5.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于：背面金属层可做出与正面金属层完全相同的图形来进一步减小翘曲。

6.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于：背面金属层在正面所有后续光刻工艺完成后去除；或与正面金属层同步进行光刻腐蚀工艺。

7.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于：制作图形的金属层(2)包括Ti/W层或TiW/Cu层起粘附作用的金属层。

8.根据权利要求3所述的结构，其特征在于：背面金属层可做出与正面金属层完全相同的图形来进一步减小翘曲。

9.根据权利要求3所述的结构，其特征在于：背面金属层在正面所有后续光刻工艺完成后去除；或与正面金属层同步进行光刻腐蚀工艺。

10.根据权利要求3所述的结构，其特征在于：制作图形的金属层(2)包括Ti/W层或TiW/Cu层起粘附作用的金属层。