CN112289688B - 一种重新布线层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种重新布线层的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：1)提供一衬底；2)于所述衬底上表面形成扩散阻挡层；3)采用化学镀法于所述扩散阻挡层上表面形成金属种子层；4)通过涂胶、曝光、显影工艺，于所述金属种子层上表面形成图形化的光刻胶层；5)于所述光刻胶层未覆盖的所述金属种子层的上表面形成金属线层；6)去除所述光刻胶层；7)去除所述金属线层未覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层。采用化学镀法代替传统的溅射法，可以获得侧边与平面的厚度一致的金属种子层，有利于提高后续电镀金属线层的厚度均匀性及结合力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术封装领域，尤其涉及一种重新布线层制备方法。
背景技术
晶圆级封装技术将整个晶圆作为封装和测试对象，然后切割成单个成品芯片，该工艺顺序不同于传统的芯片封装。晶圆级填料的模具尺寸比传统填料小约20％。因此，晶圆级封装芯片的体积与裸芯片的尺寸几乎相同，这可以大大减小封装芯片尺寸。
对于多层堆叠的封装结构，涉及到多次塑封和多次重新布线层的制备，于塑封层上再次制备重新布线时，往往晶圆上已形成了较厚的塑封层，而采用传统方法如溅射法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等制备种子层时，因不能直接在侧边进行沉积，从而会在塑封层的侧边形成厚度非常不均匀或不连续的种子层，而且这种种子层与衬底的结合性差，在后续的电镀金属线层中，不连续的铜薄膜在电镀的时候载流性能大大降低，会造成电镀的电流分布不均，在电镀过程中形成缺陷，有时甚至会造成种子层剥离，从而影响电镀层的厚度均匀性和结合力，对重新布线层的稳定性造成不良影响。
因此，如何提高多层堆叠的封装结构中重新布线层的电镀金属层厚度均匀性和结合力是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种重新布线层的制备方法，用于解决现有技术中塑封晶圆的金属种子层厚度均匀性不好，从而影响重新布线层的制备的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种重新布线层的制备方法，所述方法至少包括以下步骤：
1)提供一衬底；
2)于所述衬底上表面形成扩散阻挡层；
3)采用化学镀法于所述扩散阻挡层上表面形成金属种子层；
4)通过涂胶、曝光、显影工艺，于所述金属种子层上表面形成图形化的光刻胶层；
5)于未被所述光刻胶层覆盖的所述金属种子层的上表面形成金属线层；
6)去除所述光刻胶层；
7)去除未被所述金属线层覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层。
可选地，所述衬底为塑封晶圆。
可选地，所述扩散阻挡层的材料包括Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种。
可选地，所述金属种子层的材料包括铜。
可选地，所述金属层的材料包括铝、铝合金、铜或铜合金。
可选地，所述扩散阻挡层的制备方法包括溅射法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、电化学镀法。
可选地，步骤3)中采用化学镀法制备所述金属种子层的工艺参数包括：硫酸铜2～5g/L、酒石酸钾钠20～30g/L、甲醛(质量分数为36％～40％)5～15g/L、氢氧化钠5～10g/L，以及镀液温度为30～50℃，镀液pH＝11～12，施镀时间为10～50min。
可选地，所述金属线的制备方法包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法或电化学镀法。
可选地，步骤7)中去除所述金属线层未覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层的方法包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
可选地，所述图形化光刻胶层的厚度大于等于所述金属线的厚度。
如上所述，本发明在重新布线层的制备过程中，采用化学镀法代替传统的溅射法，可以获得侧边与平面的厚度一致的金属种子层，有利于后续电镀金属线层的均匀性和结合力，提高重新布线层的良率。
附图说明
图1显示为现有技术中形成金属种子层后的塑封晶圆。
图2显示为实施例一中重新布线层制备方法的流程图
图3显示为实施例一中衬底的示意图。
图4显示为实施例一中于衬底上表面形成扩散阻挡层的示意图。
图5显示为实施例一中于扩散阻挡层上表面形成金属种子层的示意图。
图6显示为实施例一中于金属种子层上表面形成光刻胶层的示意图。
图7显示为实施例一中形成金属线层的示意图。
图8显示为实施例一中去除光刻胶层的示意图。
图9显示为实施例一中去除金属种子层和扩散阻挡层的示意图
图10显示为实施例二中形成扩散阻挡层的示意图。
图11显示为实施例二中形成金属种子层的示意图。
元件标号说明
10’ 衬底
11’ 晶圆
12’ 塑封层
13’ 扩散阻挡层
14’ 金属种子层
10 衬底
11 晶圆
12 塑封层
13 扩散阻挡层
14 金属种子层
15 光刻胶层
16 金属线层
20 衬底
21 晶圆
22 塑封层
23 扩散阻挡层
24 金属种子层
具体实施方式
在现有技术中，在制备多层堆叠的封装结构时，重新布线层往往需要制备于塑封层之上，如图1所示。由于晶圆11’之上的塑封层12’较厚，在其上制备金属种子层14’时，采用传统的镀膜方法如溅射法、物理气相沉积法、化学气相沉积法制备时，因不能直接在侧边沉积而在侧边形成尖峰状毛刺以及不连续膜层，如图1中的所圈部分的侧边。这对后续电镀金属线层14，会造成电镀的电流分布不均以及尖部放电现象，甚至会造成金属种子层14’的脱落，从而对金属线层的厚度均匀性和结合力造成严重影响，致使重新布线层的制备失败。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
如图2～9所示，本实施例提供一种重新布线层的制备方法。
请参阅图2，所述半导体封装结构的制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底；
2)于所述衬底上表面形成扩散阻挡层；
3)采用化学镀法于所述扩散阻挡层上表面形成金属种子层；
4)通过涂胶、曝光、显影工艺，于所述金属种子层上表面形成图形化的光刻胶层；
5)于未被所述光刻胶层覆盖的所述金属种子层的上表面形成金属线层；
6)去除所述光刻胶层；
7)去除所述金属线层未覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层。
下面结合附图进一步详细说明本实施例的技术方案。
本实施例是基于多层封装结构的重新布线层的制备方法，
如图3所示，进行步骤1)，本实施例提供的衬底10为已形成塑封层的塑封晶圆，塑封晶圆至少包括晶圆11和位于晶圆11上表面的塑封层12。
在另外的实施例中，衬底10还可以为单一材料的晶圆或复合材料的晶圆或晶圆与粘结层等形成的复合结构。
如图4所示，进行步骤2)，于衬底10上表面形成扩散阻挡层13。
扩散阻挡层13的材料可以为Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种。由于重新布线层中的金属线层大都是由Cu材料制成，而由于Cu在硅基底或低介电常数介质中具有很高的扩散系数。所以，为了避免Cu的扩散，需要首先在衬底制备一扩散阻挡层以阻止Cu向衬底扩散，以及增加Cu与衬底的粘附力。
扩散阻挡层13的制备方法可以为溅射法、电化学镀法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等物理或化学方法。在本实施例中，选用Ti作为扩散阻挡层，选用常规的溅射法沉积扩散阻挡层13。
如图5所示，进行步骤3)，采用化学镀法于扩散阻挡层13表面形成金属种子层14。
沉积金属种子层的原因在于一般采用电镀法制备器件的重新布线层，而电镀形成的关键是通过表面的金属层产生电流使金属沉积，对于大多数衬底来说，一般是由半导体材料或半导体与聚合物的复合材料制成，是不导电的，所以不能进行重新布线层的电镀，因此需要在不导电的衬底表面再形成一层金属层，以作为电镀的金属种子层。
化学镀法是依靠金属表面所发生的自催化反应，与电镀法相比，不要加增加额外的电流和阳极。而且，化学镀法得到的镀层极为均匀，只要镀液能浸得到，溶质交换充分，镀层就会非常均匀。同时，化学镀层的结合力也普遍高于电镀层。使用化学镀法沉积金属种子层，能够克服溅射法或其他气相沉积方法引起的衬底侧边厚度不均的现象，获得厚度均匀性好的金属种子层，可以为后续电镀金属线层提供一均匀的电流分布，从而可以获得高质量的金属线层。
金属种子层14的材料可以为金属铜或铜合金、也可以为铝或铝合金。在本实施例中，选用金属铜作为金属种子层的材料。
化学镀铜工艺中铜离子的浓度、络合剂、还原剂和PH调整剂等成分，以及镀液的温度是决定镀层质量的关键。在本实施例中，采用正交实验法获得了比较适于化学镀法的工艺参数：硫酸铜2～5g/L、酒石酸钾钠20～30g/L、甲醛(质量分数为36％～40％)5～15g/L、氢氧化钠5～10g/L，以及最佳的镀液温度为30～50℃，pH＝11～12，施镀时间10～50min，从而得到了厚度均匀、与基体结合力好的金属种子层。
如图6所示，进行步骤4)，通过涂胶、曝光、显影，形成图形化的光刻胶层15。
将光刻胶均匀涂布于种子层表面，然后，将覆盖有光刻胶的基板从涂胶机上转移至烘箱中进行涂胶后烘，以蒸发光刻胶中的水分，固定光刻胶。将紫外光透过光罩板上的图形照射到涂有光刻胶的基板表面，受紫外光照射后光刻胶变形，光刻胶被显影液腐蚀，经过清洗后，留下和光罩板上一致或互补的图形，从而形成了图形化的光刻胶。
如图7所示，进行步骤5)，于光刻胶层16未覆盖的金属种子层14的上表面形成金属线层16。
金属线层16的厚度优选的要小于或等于光刻胶层15的厚度，这样，可以精确控制金属线层16的线宽。
金属线层16的材料包括金属铜或铜合金、也可以为铝或铝合金。可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、溅射法或电化学镀法等工艺形成金属层。在本实施例中，采用电镀法沉积金属线层16，金属线层16的材料为铜。
如图8所示，进行步骤6)，去除图形化光刻胶层15。
在实际生产中，一般采用高于200℃的工艺温度，在氧、氟混合工艺气体进行灰化处理，以去除光刻胶层。
如图9所示，进行步骤7)，去除没有被金属线层16覆盖的金属种子层14和扩散阻挡层13。
在实施例中，采用湿法刻蚀工艺去除没有被金属线层16覆盖的金属种子层14和扩散阻挡层13，湿法刻蚀因刻蚀速率快、成本低而成为常用的刻蚀手段。由于金属种子层和扩散阻挡层所采用的材料不同，即刻蚀比不同，所以需要选用不同的刻蚀溶液。本领域的技术人员可以实际需要根据需要进行。当然，在其他实施例中，也可以采用其他工艺去除金属种子层14和扩散阻挡层13。
经过上述步骤S1～S7,最终完整实现了重新布线层的制备。
在本实施例中，采用化学镀法形成金属种子层，化学镀法形成的金属种子层侧边与平面的厚度较为一致，从而可以形成较好的电镀提供均匀的电流分布，提高了镀铜厚度均匀性以及结合力，从而提高了重新布线层的良率。
实施例二
本实施例提供一种重新布线层的制备方法。
本实施例采用与实施例一相似的技术手段，与实施例一不同的是，在步骤2)中，本实施例采用化学镀法形成扩散阻挡层。
如图10所示，采用化学镀法于衬底20上表面形成扩散阻挡层23。
扩散阻挡层23的材料可以为Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种。
由图10可以看出，化学法形成的扩散阻挡层，其衬底20侧边的膜层厚度均匀性较好，更有利于形成厚度均匀性一致的金属种子层。
如图11所示，步骤3)中，采用化学镀法于扩散阻挡层23表面形成金属种子层24。
金属种子层24的材料可以为金属铜或铜合金。在本实施例中，选用金属铜作为金属种子层。
由图11中可以看出，金属种子层24厚度均匀性较好，侧边与平面厚度均匀一致，可以为后续的电镀工艺提供良好的电流分布。
后续的其他步骤与实施例一相同，为避免重复，在此不再赘述。
在本实施中，采用化学镀法形成扩散阻挡层和金属种子层，所获得的化学镀法形成的金属种子层侧边与平面的厚度较为一致，从而可以形成较好的电镀提供均匀的电流分布，提高了镀铜厚度均匀性以及结合力，从而提高了重新布线层的良率。
综上所述，本发明的半导体芯片封装结构及其制备方法，所述方法包括1)提供一衬底；2)于所述衬底上表面，形成扩散阻挡层；3)采用化学镀法于所述扩散阻挡层上表面形成金属种子层；4)通过涂胶、曝光、显影工艺，于所述金属种子层上表面形成图形化的光刻胶层；5)于所述光刻胶层未覆盖的所述金属种子层的上表面形成金属线层；6)去除所述光刻胶层；7)去除所述金属线层未覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层。通过采用化学镀法代替传统的溅射法，可以获得侧边与平面的厚度一致，提高了镀铜厚度均匀性以及结合力，从而提高了重新布线层的良率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种重新布线层的制备方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
1）提供一衬底，所述衬底包括晶圆及塑封层，所述塑封层位于所述晶圆的上方且显露所述晶圆上表面的一部分；
2）于所述衬底上表面形成扩散阻挡层；
3）采用化学镀法于所述扩散阻挡层上表面形成金属种子层，所述金属种子层包括位于所述塑封层上方的第一部分及位于所述塑封层侧面的第二部分，所述第一部分与所述第二部分连接且厚度一致；
4）通过涂胶、曝光、显影工艺，于所述金属种子层上表面形成图形化的光刻胶层；
5）于未被所述光刻胶层覆盖的所述金属种子层的上表面形成金属线层；
6）去除所述光刻胶层；
7）去除未被所述金属线层覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层。
2.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，所述扩散阻挡层的材料包括Ti、 TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，所述金属种子层的材料包括铜。
4.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，所述金属线层的材料包括铝、铝合金、铜或铜合金。
5.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，所述扩散阻挡层的制备方法包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、电化学镀法。
6.根据权利要求3所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，步骤3）中采用化学镀法制备所述金属种子层的工艺参数包括：硫酸铜2~5 g/L、酒石酸钾钠20~30 g/L、质量分数为36%～40%的甲醛5~15 g/L、氢氧化钠5~10 g/L，以及镀液温度为30~50℃，镀液pH=11~12，施镀时间为10～50 min。
7.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，所述金属线层的制备方法包括物理气相沉积法、化学气相沉积法或电化学镀法。
8.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，步骤7）中去除所述金属线层未覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层的方法包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
9.根据权利要求1所述的重新布线层的制备方法，其特征在于，所述图形化光刻胶层的厚度大于等于所述金属线层的厚度。
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