晶圆制造过程中光敏型聚酰亚胺的应用及制程改良

论文摘要

本研究工作主要围绕着光敏型聚酰亚胺(PSPI)这一种新型工程高分子材料在半导体晶圆制造过程中的应用进行展开,具体讨论了其应用机理,商品化后在晶圆制造过程中的应用制程,讨论并研究PSPI膜层成型后发现的缺陷率很高的圆点缺陷产生机理和制程改良。具体来说,主要有以下几个方面:1)对比覆盖了光敏聚酰亚胺和未覆盖聚酰亚胺膜层的晶圆,阐述两者的使用寿命的差异,以及未覆盖聚酰亚胺膜层的晶圆容易出现的一些问题。2)聚酰亚胺不溶于一般溶剂,因此,在应用为光刻胶时,不能像其他光致抗蚀剂一样先将它溶于某一溶剂,再涂布成膜。普遍采用的方法是先涂布“聚酰亚胺前质(Precursor)”,在现今的半导体晶圆制造中,我们一般使用的聚酰亚胺前质是酯型的聚胺类酸酯。聚酰亚胺前质经过紫外线曝光产生交联,然后在热烘烤后形成最终的聚酰亚胺。这就是光敏聚酰亚胺在晶圆制造中的应用机理。3)光敏聚酰亚胺是光敏感物质,若暴露在一般光线下,将使之产生变化,而无法作好定像工作。光刻成像工艺需被限定在特殊环境下,由于光刻胶对于黄色的光最为不敏感,一般都在黄光下进行,所以光刻区也常被叫成黄光室。由于IC线路复杂,宽度皆达微米以下,所以必须在无尘洁净室中制造,并且无尘室中的温湿度必须得到严格控制。对于聚酰亚胺膜层的制程,大致可以分为六个大的步骤,分别是预处理、软烘烤、涂布、对准和曝光、显影、热固化,通过这六个步骤,将光掩膜版上的图形最终复制转移到晶圆上的聚酰亚胺膜层上。对于每一步骤的的机台,制程条件和参数都做了具体的阐述。4)在光敏聚酰亚胺工艺完成后,必须对晶圆进行工艺检查,以确保掩膜版层次的光刻工艺合乎规格的要求,其中包含强光灯下的裸眼检查、显微镜检查等。本章节将对于光敏聚酰亚胺工艺在实践过程中遇到的一些缺陷进行研究,特别是为了降低其中的一种最常见圆点缺陷的缺陷率而进行了失效模式分析(SEM、FIB和EDX)、电性(WAY和CP)和可靠性测试(TC和HTS),发现了该缺陷的机理,并为了消除这一缺陷,通过一系列的实验,进行了制程方面的改良。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚酰亚胺的发展过程
• 1.3 聚酰亚胺的性能
• 1.3.1 耐热性
• 1.3.2 机械性能
• 1.3.3 电性能
• 1.3.4 耐化学药品性
• 1.3.5 其他性能
• 1.3.6 聚酰亚胺材料与其他常用的聚合物材料的性质比较
• 1.4 聚酰亚胺的应用
• 1.5 微电子产品中光敏型聚酰亚胺的作用
• 1.5.1 故障率曲线对比
• 1.5.2 封装结构
• 1.5.3 在封装过程中应力造成的失效模式
• 第二章 光敏型聚酰亚胺在晶圆制造过程中的应用机理
• 2.1 引言
• 2.2 应用机理阐述
• 2.2.1 结构式
• 2.2.2 应用原理综述
• 2.3 聚酰亚胺前质介绍
• 2.3.1 聚酰亚胺前质的主要成份
• 2.3.2 酯型聚酰亚胺前质的合成反应及优点
• 2.4 光敏聚酰亚胺的制程
• 第三章 晶圆制造中光敏型聚酰亚胺的制程
• 3.1 引言
• 3.2 主要制程步骤
• 3.2.1 晶圆预处理
• 3.2.2 聚酰亚胺前质的涂布
• 3.2.3 聚酰亚胺前质的预烘烤
• 3.2.4 对准/曝光
• 3.2.5 显影
• 3.2.6 热固化
• 3.3 工艺条件设定实例
• 第四章 光敏聚酰亚胺膜层常见缺陷
• 4.1 引言
• 4.2 圆点缺陷
• 4.2.1 现象
• 4.2.2 缺陷频率
• 4.2.3 失效模式分析
• 4.2.4 缺陷影响
• 4.2.5 缺陷机理及制程改良方法
• 4.3 光敏聚酰亚胺膜层其他一些常见缺陷
• 4.3.1 残留缺陷
• 4.3.2 膜层缺失
• 4.3.3 EBR错误
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢