在现代半导体芯片的精密制造中,高分子材料扮演着不可或缺的角色。它们不仅是工艺实现的媒介,更是推动制程技术持续微缩的关键驱动力。

以下是在核心制程环节中发挥重要作用的高分子材料如有不足或遗漏,欢迎大家加群补充。

  一、 光刻工艺 - 图形转移的基石

1.光刻胶 (光阻剂)

光刻胶可分为EUV 光刻胶ArF 干式及漫没式光刻胶KrF 光刻胶i/G 线光刻胶主体成像材料,具有在特定光波长下感光功能。

作为图形载体及图形向衬底转移时的掩膜材料,是最关键的光刻材料。

图摄于恒坤

2.正性光刻胶:

曝光区域溶解于显影液(如DNQ-酚醛树脂体系)。线条边缘清晰,占据主流地位。

3.负性光刻胶:

曝光区域交联固化(如环化橡胶-双叠氮体系),未曝光区域溶解。成本较低但分辨率受限。

4.化学放大光刻胶:

核心材料为 PHS(聚对羟基苯乙烯) 及其衍生物。利用光酸催化剂实现化学放大,大幅提升感光度与分辨率,是 KrFArF 浸没式光刻主流。

EUV 光刻胶则需特殊设计(金属氧化物或分子玻璃)。

5.抗反射涂层:

  • 底部抗反射涂层:常用聚酰亚胺或旋涂碳材料,吸收/消除入射光反射,减少驻波效应。

  • 顶部抗反射涂层:多为含光吸收基团的丙烯酸酯类聚合物,涂覆于光刻胶表面。

  二、 

蚀刻工艺 - 图形精确复制的保障

1.硬掩模材料:

  • 旋涂碳层:高分子前驱体(如酚醛树脂)经高温处理转化为无定形碳,具有优异蚀刻选择性。

  • 旋涂二氧化硅:含硅高分子(如硅倍半氧烷)经烘烤形成 SiO₂ 状薄膜。

2.蚀刻阻挡层/剥离工艺牺牲层:

  • 聚酰亚胺:兼具耐高温、优异绝缘性和化学稳定性。

  • PMMA常用作剥离工艺中的牺牲层材料,易溶于特定溶剂。

  三、

 

化学机械研磨 - 全局平坦化的关键


抛光垫:通常由改性聚氨酯发泡制成,其硬度、孔隙率和弹性直接影响抛光速率和晶圆表面均匀性。

抛光垫图摄于2025SEMICON 彤程新材展台

研磨环图摄于2025SEMICON恩欣格展台

  四、

薄膜沉积与平坦化 - 层间结构的构建

 

旋涂介电材料

  • 聚酰亚胺前驱体:旋涂后亚胺化,形成绝缘层。

  • 苯并环丁烯:低介电常数、优异平坦化能力、低吸湿性。

  • 多孔低κ材料:常在 SiLK(聚芳醚)等骨架中引入纳米孔隙,降低介电常数。

  五、

 

先进封装与芯片保护

 

封装树脂:

环氧模塑料图摄于semicon2025道宜半导体材料展台

环氧树脂:主流材料,成本低、工艺性好、机械与绝缘性能可靠。

SiP技术趋势对环氧树脂塑封料(EMC)的要求包括:适用于狭缝间隙/狭窄间距的出色的填充能力;翘曲的控制;耐分层/耐焊料挤出等。

聚酰亚胺:用于高端封装中的应力缓冲层、钝化层、柔性基板。

底部填充胶:环氧树脂体系,填充芯片与基板间隙,缓解热应力。

临时键合胶:特殊聚酰亚胺或环氧树脂,在薄晶圆加工中提供支撑,完成后易于剥离。

柔性基板:聚酰亚胺薄膜 是核心材料,耐高温、柔韧、尺寸稳定。

光敏绝缘介电材料:光敏聚酰亚胺或BCB,用于扇出型封装中的重布线层。

  六、

其他辅助应用

 

电镀模具:厚光刻胶(如 SU-8 环氧树脂)用于制造电镀所需的深沟槽结构。

清洗与保护:可剥离丙烯酸酯类保护涂层。

核心要求与挑战

1.超高纯度:金属离子杂质需控制在 ppb 甚至 ppt 级,避免污染和器件失效。

2.精确可控的物理化学性质:分子量、分子量分布、官能团、玻璃化转变温度等需高度均一。

3.极端工艺耐受性:耐高温、耐等离子体、耐强酸强碱及各种溶剂腐蚀。

4.纳米级加工性能:分辨率、线边缘粗糙度、图案保真度要求极高。

5.低介电常数与损耗:互连层材料需降低信号延迟和串扰。

总结

从光刻胶在硅片上绘制最初的蓝图,到封装树脂为芯片穿上坚固的盔甲,高分子材料贯穿了半导体制造的全链条。

随着制程节点不断突破(如 EUV 光刻)和先进封装技术(如 3D 集成、Chiplet)的兴起,对高分子材料提出了更严苛的要求:更高分辨率、更低介电常数、更优热机械性能和更高纯度。

新型高分子(如更先进的聚酰亚胺、自组装材料、分子玻璃)和纳米复合材料(如聚合物/无机杂化材料)的研发,将持续推动半导体技术向更小、更快、更强、更节能的方向发展。

在这个微观世界的精密舞台上,高分子材料正扮演着越来越耀眼的角色。

活动推荐:

【邀请函】艾邦首届半导体高分子材料应用发展论坛2025年10月30日,无锡

演讲议题(持续更新中)

 

序号

拟定议题

演讲单位

1

PEEK材料在半导体不同制程中的应用

邀请中

2

PPS材料在半导体领域的应用

邀请中

3

半导体级PP材料应用与研究

邀请中

4

特种工程塑料型材在半导体设备领域应用

邀请中

5

氟塑料在酸碱制程中的耐腐蚀性能极限测试方法论

邀请中

6

半导体级氟塑料国产化进展

邀请中

7

半导体级氟塑料(PFA)管材挤出工艺

邀请中

8

氟橡胶在半导体设备密封领域的应用

邀请中

9

高性能橡胶在半导体制造热管理中的创新应用:耐高温密封与高效散热技术

邀请中

10

半导体晶圆传输系统橡胶缓冲材料的抗损伤与抗静电协同优化技术

邀请中

11

塑料晶圆载具中的应用

邀请中

12

IC托盘材料选型

邀请中

13

CMP保持环材料耐磨性提升

邀请中

14

晶圆清洗花篮的材料介绍

邀请中

15

先进封装光罩盒的新需求

邀请中

16

半导体微污染控制:析出物检测与工艺适配

邀请中

17

抗静电ABS在半导体制程中的应用

邀请中

18

抗静电PC/PVC洁净室板材表面处理技术

邀请中

19

全球PFAS法规收紧对含氟高分子供应链的影响与替代材料开发进展

邀请中

20

终端对半导体材料的需求及应用趋势

邀请中

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作者 808, ab