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聚酰亞胺(PI)以其獨(dú)特的熱穩(wěn)定性及電學(xué)穩(wěn)定性,作為一種絕緣層、鈍化層已被廣泛應(yīng)用于微電子制造領(lǐng)域,特別是用于先進(jìn)封裝方面。隨著微電子器件的引線線寬及間距日益縮小,引線插入層(FTI)的厚度越來(lái)越薄,對(duì)引線絕緣性的要求更高。引線插入層通常由SiO2或聚合物(主要以PI為主)構(gòu)成,但是相比于SiO2,PI作為引線插入層的成本更低,因此,PI在微電子制造中的應(yīng)用十分廣泛。

在微電子器件制造過(guò)程中,對(duì)于PI層的處理效果決定產(chǎn)品的優(yōu)良率,如何有效處理PI層具有十分重要的意義。目前PI層的處理主要采用等離子體刻蝕的方法,等離子體刻蝕具有很好的選擇性及控制性,不會(huì)對(duì)芯片的其他材料或結(jié)構(gòu)造成損傷。

等離子體刻蝕PI的基本原理

等離子體主要包括離子、電子、自由基等成分,粒子在電場(chǎng)作用下具有較高的能量,但是整體保持電中性。等離子體的特征決定了與物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)主要有高能粒子物理轟擊作用和活性粒子的化學(xué)反應(yīng)兩種方式。PI作為一種聚合物,主要由碳?xì)浣M成。采用不同的氣體的等離子體處理PI就會(huì)有不同的處理效果。Ar、N2等離子體主要通過(guò)物理轟擊對(duì)PI層進(jìn)行處理,而O2、CF4等離子體主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)對(duì)PI層進(jìn)行處理和去除。根據(jù)對(duì)PI層不同的處理目的,選擇合適的氣體就能到達(dá)需要的處理效果。

PI層的等離子刻蝕速率

在整個(gè)電子器件封裝過(guò)程中,去除PI的工序較多,所以更快的刻蝕速率能夠提高電子器件的產(chǎn)能。如何在不提高功率的基礎(chǔ)上,提高等離子體對(duì)PI層的刻蝕速率是一個(gè)具有實(shí)際意義的問(wèn)題。早期的研究表明,純O2等離子體刻蝕聚合物的刻蝕速率有限,特別是在低溫條件下(溫度低于30℃)刻蝕速率較難達(dá)到1μm/min。提高溫度雖然能夠提高刻蝕速率,但是會(huì)對(duì)微電子器件的性能造成損傷。因此,在微電子器件封裝中,提高PI刻蝕速率通常方法是在O2等離子體加入適量的CF4。O2中CF4的含量對(duì)刻蝕速率影響如圖1所示(O2流量保持在1000sccm不變,微波功率2000W、壓力0.4Torr、溫度25℃)。由圖1可以看出,純O2刻蝕速率要大于純CF4的刻蝕速率;隨著O2中CF4的含量增加,PI的刻蝕速率逐漸增大,并在CF4含量達(dá)到20%時(shí),刻蝕速率達(dá)到最大(1.492μm/min),隨后刻蝕速率逐漸降低。

圖1 O2中CF4含量與PI等離子刻蝕速率的關(guān)系

由以上分析可知,在O2中添加適當(dāng)含量的CF4可以有效提高PI的刻蝕速率。添加CF4后,F原子與PI反應(yīng),提取PI表面的H,在表面形成高活性的反應(yīng)活性位點(diǎn),這些活性位點(diǎn)容易與O自由基結(jié)合,進(jìn)而提高PI的刻蝕速率。但是,由于PI表面能夠產(chǎn)生的活性位點(diǎn)數(shù)是一定的,當(dāng)CF4超過(guò)一定數(shù)量后,多余的F原子就會(huì)占據(jù)活性位點(diǎn),阻礙O自由基與PI的反應(yīng),進(jìn)而造成刻蝕速率降低。