聚酰亞胺作為鈍化工藝材料的實(shí)現(xiàn)

孫德玉

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

聚酰亞胺作為鈍化工藝材料的實(shí)現(xiàn)

孫德玉

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

重點(diǎn)介紹了以聚酰亞胺作為介質(zhì)層的鈍化工藝流程。聚酰亞胺具有突出的耐熱性能、優(yōu)異的機(jī)械性能和優(yōu)良的電性能，依據(jù)聚酰亞胺的材料特性，制定備片、涂膠、光刻等工藝流程，并在生產(chǎn)線上進(jìn)行工藝流片，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了良好效果，證明了以該材料作為鈍化層可以大幅度縮減工藝流程，降低科研生產(chǎn)成本。

聚酰亞胺；性能；鈍化工藝

1 引 言

隨著航空航天、電子信息、汽車工業(yè)、家用電器等諸多領(lǐng)域日新月異的發(fā)展，對材料提出的要求也越來越高。如耐熱性能、機(jī)械性能和電性能等。鈍化層的主要作用是在半導(dǎo)體電路完成后，覆蓋在晶圓表面，防止外界污染物及電磁輻射對內(nèi)部電路的破壞以至于導(dǎo)致半導(dǎo)體失效。另一方面，由于具有良好的機(jī)械性能，可以防止在晶圓切割時內(nèi)部電路產(chǎn)生裂痕。聚酰亞胺就是綜合性能非常優(yōu)異的材料，用聚酰亞胺代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO2和Si3N4復(fù)合層實(shí)現(xiàn)某些器件的鈍化工藝，把PAD部分留出來，其他地方保護(hù)起來。如圖1所示。

2 聚酰亞胺性能

2.1 耐熱性

全芳香型聚酰亞胺最主要的特征是耐熱性優(yōu)良。如進(jìn)行熱重分析，其開始溫度一般都在500℃左右。由聯(lián)苯二酐和二胺合成的聚酰亞胺，熱分解溫度達(dá)到600℃左右，是迄今聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一。聚酰亞胺不僅耐熱，而且還耐極地溫度，如在－269℃的液態(tài)氮中仍不會脆裂。各種聚酰亞胺的熱性能及電性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 聚酰亞胺的熱性能及電性能

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 機(jī)械性能

PI具有很好的機(jī)械性能，未填充的PI塑料拉伸強(qiáng)度都在100MPa以上，PI具有優(yōu)良的耐磨減摩性。其機(jī)械性能隨溫度波動的變化小，高溫下蠕變小。而且PI耐熱老化性能良好，經(jīng)200℃、1500h老化處理，室溫測得材料的拉伸強(qiáng)度降低很少，如PI薄膜在5×109rad劑量輻照后，強(qiáng)度仍保持86%，PI纖維經(jīng)1×109rad劑量輻照后，其強(qiáng)度保持率為90%以上。本實(shí)驗(yàn)采用ZKPI－305ⅡD－2型號聚酰亞胺。

2.3 電性能

PI的大分子中雖然含有相當(dāng)數(shù)量的極性基（如羰基和醚基），但其電絕緣性優(yōu)良。原因是羰基納入五元環(huán)，醚鍵與相鄰基團(tuán)形成共軛體系，使其極性受到限制，同時由于大分子的剛性和較高的玻璃化溫度，因此在較寬的溫度范圍內(nèi)偶極損耗小，電性能十分優(yōu)良。其介電常數(shù)一般為3.4左右，引入氟或?qū)⒖諝庖约{米尺寸分散在PI中〔當(dāng)空氣以極小尺寸（納米級）均勻分布在PI中（相當(dāng)于泡沫PI），可進(jìn)一步增加PI的電絕緣性〕后，其介電常數(shù)可降到2.5左右。介電損耗大約為10－3，介電強(qiáng)度為100kV/mm～300kV/mm，體積電阻率為1016Ω·cm。同時，PI還具有優(yōu)異的耐電暈性能。

3 鈍化工藝實(shí)現(xiàn)

3.1 表面處理

完成金屬鋁光刻的晶圓硅片（本實(shí)驗(yàn)采用純鋁工藝的單晶硅片），在烘箱內(nèi)以140℃，烘烤硅片一小時，去除金屬表面的水分子，目的是增強(qiáng)硅片上鋁與聚酰亞胺之間的粘附性。烘烤的溫度與時間非常重要。如果烘烤溫度太低或時間太短表面脫水不足就會引起光刻膠的附著問題；如果烘烤時間太長或溫度太高則可能引起底漆層分解，從而形成污染影響光刻膠的附著。

3.2 涂聚酰亞胺Resist coating

硅片表面涂聚酰亞胺采用的是靜態(tài)涂膠，旋轉(zhuǎn)涂膠（PR Coat）成底膜處理后，立即采用旋轉(zhuǎn)涂膠的方法涂上液相聚酰亞胺材料。涂聚酰亞胺主要分四個基本步驟：分滴、旋轉(zhuǎn)鋪開、旋轉(zhuǎn)甩掉和溶劑揮發(fā)。其重要指標(biāo)包括：時間、旋轉(zhuǎn)速度、厚度、均勻性、顆粒沾污以及光刻膠缺陷（針孔等）。DUNA700型號的勻膠機(jī)，由于聚酰亞胺的粘度較高，要采用高轉(zhuǎn)速勻膠，確保勻膠的均勻性和厚度。同時，環(huán)境控制中溫度、濕度、排氣和顆粒沾污也很重要，排氣不良會影響顆粒淀積在硅片上。工藝采用DUNA700勻膠機(jī)，涂聚酰亞胺程序如表2所示。

3.3 高溫?zé)岷婵?/p>

去除聚酰亞胺層大部分的有機(jī)溶劑，使薄膜變的堅硬。堅膜烘箱恒溫140℃，烘烤1小時。

表2 涂聚酰亞胺程序

3.4 涂光刻膠

重復(fù)3.3表面處理劑（HMDS），工藝采用DUNA700涂膠機(jī)進(jìn)行光刻勻膠，光刻膠類型：SPR6818，勻膠程序如表3所示。

3.5 光刻

取本產(chǎn)品的鈍化光刻版安裝在PE340投影式光刻機(jī)上與涂完光刻膠的硅片進(jìn)行對準(zhǔn)曝光，光刻機(jī)采用1∶1比例的投影對準(zhǔn)曝光，光源為普光式汞燈。

表3 勻膠程序

3.6 顯影

采用顯影液對曝光的硅片進(jìn)行手動顯影，顯影液的主要成分為四甲基氫氧化銨，是一種弱堿，與曝光的光刻膠反應(yīng)去除的同時也與裸露的聚酰亞胺產(chǎn)生反應(yīng)并去除。待發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺除去后，顯影完畢（見圖2）。

3.7 去膠

為了能夠很好的去除光刻膠而不損傷未完全固化的聚酰亞胺，工藝采用丙酮浸泡去膠，觀察光刻膠去凈為止，然后顯微鏡下檢查光刻膠去除情況以及顯影后鈍化窗口的線條寬度。

圖2 顯影前后對比

3.8 聚酰亞胺固化

將去膠完成的硅片放入烘箱內(nèi)，設(shè)定烘箱的運(yùn)行程序，固化程序?yàn)?小時升溫到140℃，再采用1小時升溫至300℃，恒溫保持1小時，1小時降溫至140℃，共6小時聚酰亞胺完全固化。

3.9 檢測

對固化后的芯片進(jìn)行鈍化效果檢測，固化后的聚酰亞胺厚度在1μm±0.4μm，片面均勻性較好。沒有顆粒及氣泡等缺陷，形成的固化薄膜起到了對芯片表面的保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)了鈍化功能。

4 結(jié)束語

詳細(xì)介紹了聚酰亞胺的材料特性和鈍化工藝流程，通過實(shí)驗(yàn)證明了聚酰亞胺作為鈍化材料可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化硅和氮化硅復(fù)合層的鈍化工藝，并且該工藝更容易實(shí)現(xiàn)，可以大幅度降低生產(chǎn)成本，具有良好的應(yīng)用前景。

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Im plement of Passivation Process Material by Polyim ide

Sun Deyu
（The47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

This paper introduces the technology of passivation by polyimide which has outstanding properties of heat resistance，machinery and electricity.According to thematerial properties of polyimide，the process flow such aswafer preparing，gluing and lithography，etc.are developed.The experimental results show that the polyimide is a good material of passivation for reducing production procedure and cost.

Polyimide；Property；Technology of passivation

10.3969/j.issn.1002－2279.2015.05.003

TN305

A

1002－2279（2015）05－0009－03

孫德玉（1983－）男，遼寧莊河市人，學(xué)士，工程師，主研方向：微電子工藝制造。

2015－08－01