黏附層

黏附層是半導體製造工藝中為提高金屬薄膜與晶圓基底結合性能而設定的功能性沉積層。常用材料包括鈦（Ti）、鉻（Cr）、鈦鎢合金（TiW）等，通過化學鍵合與晶格匹配原理增強界面附著力。在銅大馬士革工藝中，四乙氧基矽烷（TEOS）黏附層被用於介質層與抗反射塗層的結合，通過單鑲嵌和雙鑲嵌工藝路徑實現多層結構的穩固連線。晶圓級封裝工藝中，鈦材料作為凸點下金屬層的關鍵黏附層，在濺射工藝中提升重新分配層與基底的結合可靠性。材料選擇需綜合考慮抗腐蝕性、熱穩定性及工藝兼容性，避免使用鋁等易產生遷移缺陷的金屬。

基本介紹

• 材料：鈦、鈦鎢合金、鉻等
• 套用工藝：銅大馬士革、晶圓級封裝
• 核心功能：增強界面附著力
• 沉積技術：物理氣相沉積 
• 結構類型：單層/多層複合結構
• 失效模式：電遷移、界面剝離

材料選擇與性能要求

黏附層材料需滿足以下特性：

• 鈦鎢合金（TiW）對矽基材料具有強粘附力，其氧化膜穩定性使其在CMOS工藝中兼具阻擋層功能
• 鈦（Ti）通過氧橋鍵與二氧化矽基底形成共價鍵，但對含氟腐蝕液耐受性較差
• 鉻（Cr）在玻璃/石英襯底上表現優異，但在矽基工藝中套用較少
• 禁用材料包括鋁（Al），因其存在電遷移和腐蝕風險

材料選擇需平衡工藝條件與性能需求，例如鈦鎢合金在需要耐高溫（>400℃）和抗銅擴散的場景更具優勢。

銅大馬士革工藝套用

在2025年技術文檔記載的工藝中：

• 單鑲嵌工藝採用TEOS黏附層覆蓋低介電常數介質層（如Black Diamond），確保底部抗反射塗層（BARC）與介質層的界面結合強度
• 雙鑲嵌工藝中，TEOS層作為關鍵粘接層嵌入NDC/TEOS/IMD/TEOS多層結構，在先通孔和先溝槽兩種技術路徑中均發揮防剝離作用
• TiN硬掩模與SiO2隔離層間插入TEOS黏附層，提升刻蝕工藝中的結構穩定性

晶圓級封裝功能實現

在凸點下金屬層（UBM）構造中：

• 鈦層作為黏附層套用於三層金屬薄膜（鈦/銅/鎳）體系，直接接觸晶圓基底提升結合力
• 濺射工藝通過物理氣相沉積定向生成金屬顆粒，確保黏附層厚度控制在50-200nm範圍
• 扇入型WLCSP封裝中，黏附層與載流層、擴散阻擋層形成複合結構，降低熱應力導致的界面失效

在重新分配層（RDL）工藝中：

• 黏附層承擔雙重功能：增強銅線路與聚合物介質的結合強度，同時作為電鍍工藝的導電種子層
• 倒片封裝技術要求黏附層具備納米級表面粗糙度（），以保證後續金屬層沉積均勻性

沉積工藝與質量控制

主流沉積技術包括：

• 磁控濺射：用於鈦、鈦鎢合金等金屬黏附層製備，沉積速率可達10-50nm/min
• 化學氣相沉積（CVD）：套用於TEOS類介質黏附層，可實現高台階覆蓋率（>95%）
• 原子層沉積（ALD）：用於超薄黏附層（）製備，控制精度達原子層級

工藝參數直接影響粘附性能：

• 基底預處理溫度需控制在200-300℃，過高會導致界面氧化層增厚
• 濺射氣壓維持在1-5mTorr範圍，保障薄膜緻密度與殘餘應力平衡
• 沉積後快速退火（RTA）處理可增強界面擴散，提升結合強度30%以上