CN112687548A - 可转移的柔性互联结构的制备方法以及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可转移的柔性互联结构的制备方法，包括如下步骤：提供一转移衬底，所述转移衬底表面具有均苯型聚酰亚胺薄膜层、连续的金属导电层、图形化的聚酰亚胺薄膜层；提供一器件衬底，所述器件衬底表面具有图形化金属电极；以所述图形化金属电极和所述图形化聚酰亚胺薄膜层为中间层，将所述器件衬底与所述支撑衬底键合；去除转移衬底和部分的均苯型聚酰亚胺薄膜层，至暴露出所述连续的金属导电层。
Description
技术领域
本发明涉及柔性电子学领域，尤其涉及一种可转移的柔性互联结构的制备方法以及结构。
背景技术
随着半导体产业的快速发展，电子封装正在扮演着越来越重要的角色。对集成电路制造商而言，保持其在更小尺寸、更低成本和更高性能等多方面的领先优势，需要将更先进的芯片封装技术整合到整个制造流程中，通常称为系统级封装(SIP)。这也对电子封装材料的可延展性和可转移技术提出了新的要求和挑战，所谓可延展性是指使得电子封装器件无论面临着拉、压、弯、扭转等一系列可能出现的变形下仍然能维持自身良好性能，大大提高电子器件的易携带性和较高的环境适应性，可转移技术降低了封装工艺的难度，增加了其灵活性。随着半导体技术发展，通过传统的缩小晶体管尺寸的方式来提高集成度已经变得非常困难。异质集成系统成为一种可以超越摩尔定律发展的重要途径。同时，它的发展也推动了可转移技术和微纳柔性互连集成的进步。
异质集成技术的发展可以提高系统的性能。降低加工、封装的成本。但是目前对于异质集成技术来说，集成度高，技术难度大，节省封装所带来的成本优势却可能被增加的工艺复杂度和难度所抵消
现有柔性封装的问题。随着系统工作频率的增加，信号通道的设计变得困难。在高频通道中，信号衰减，通道之间的耦合以及电磁干扰(EMI)会变成十分关键的问题。此外，对于柔性芯片，通道的电特性可以由于重复弯曲而由于机械应力和疲劳而改变。进而影响整体的性能。
H.Sharifi在2007年报告了SAWLIT先前的工作。这项工作中的柔性互连是直接在具有嵌入式组件的晶圆上制造的。但是，PDMS将其封装温度限制为200℃。因此，如何提高柔性互联的耐温性能是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可转移的柔性互联结构的制备方法以及结构，提高柔性互联的耐温性能。
为了解决上述问题，本发明提供了一种可转移的柔性互联结构的制备方法，包括如下步骤：提供一转移衬底，所述转移衬底表面具有表面呈现起伏状的均苯型聚酰亚胺薄膜层，所述均苯型聚酰亚胺薄膜层的表面具有连续的金属导电层，所述金属导电层继承所述均苯型聚酰亚胺薄膜层表面的起伏状形貌，在所述金属导电层表面具有图形化的聚酰亚胺薄膜层，所述图形化的聚酰亚胺薄膜层部分的覆盖具有起伏状形貌的所述金属导电层的凸起部；提供一器件衬底，所述器件衬底表面具有图形化金属电极，所述图形化金属电极的图形与所述图形化聚酰亚胺薄膜层的图形为互补图形；以所述图形化金属电极和所述图形化聚酰亚胺薄膜层为中间层，将所述器件衬底与所述支撑衬底键合，键合后所述图形化金属电极与通过图形化聚酰亚胺薄膜层暴露出的连续的金属导电层相互贴合；去除转移衬底和部分的均苯型聚酰亚胺薄膜层，至暴露出所述连续的金属导电层。
为了解决上述问题，本发明提供了一种可转移的柔性互联结构，包括：一器件衬底；设置在所述器件衬底表面的图形化金属电极；与所述金属电极贴合的连续的金属导电层，所述金属导电层在平行于所述器件衬底表面的方向具有起伏状形貌，所述起伏状形貌通过均苯型聚酰亚胺薄膜填平而形成连续的平坦的薄膜导电层。
上述技术方案在牺牲层之上制造柔性互连。使用旋涂，溅射和光刻技术制造嵌入图案化聚酰亚胺中的铝互连。证明了聚酰亚胺前体与PPC牺牲材料不相容。无法克服收缩和对不准问题。但是，
膜与PPC材料具有更好的兼容性，并且已通过接触电阻测量验证了转移互连理论。最终的转移互连通过接触电阻结构与器件晶圆上的金属层相结合进行测试，并在转移晶圆上制造了转移的柔性互连。
附图说明
附图1所示是本发明一具体实施方式所述步骤的示意图。
附图2A至附图2F、附图3A至附图3C，附图4以及附图5所示为本发明一具体实施方式所述工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种可转移的柔性互联结构的制备方法以及结构的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是上述具体实施方式所述步骤的示意图，包括：步骤S101，提供一转移衬底；步骤S102，在所述转移衬底表面形成聚碳酸亚丙酯薄膜层；步骤S103，将所述聚碳酸亚丙酯薄膜裁切成预设形状，并贴敷在所述聚碳酸亚丙酯薄膜层的表面，形成均苯型聚酰亚胺薄膜层；步骤S104，图形化所述均苯型聚酰亚胺薄膜层，在所述均苯型聚酰亚胺薄膜层表面形成起伏；步骤S105，在图形化的所述均苯型聚酰亚胺薄膜表面形成连续的金属导电层，所述金属导电层继承所述均苯型聚酰亚胺薄膜层表面的起伏状形貌；步骤S106，在所述金属导电层表面形成图形化的聚酰亚胺薄膜层，所述图形化的聚酰亚胺薄膜层部分的覆盖具有起伏状形貌的所述金属导电层的凸起部；步骤S111，提供一器件衬底；步骤S112，在所述器件衬底表面采用溅射工艺形成连续的Al/Si层；步骤S113，采用刻蚀工艺，用Cl2和HBr进行干法蚀刻，形成图形化金属电极；步骤S120，以所述图形化金属电极和所述图形化聚酰亚胺薄膜层为中间层，将所述器件衬底与所述支撑衬底键合，键合后所述图形化金属电极与通过图形化聚酰亚胺薄膜层暴露出的连续的金属导电层相互贴合；步骤S130，去除转移衬底和部分的均苯型聚酰亚胺薄膜层，至暴露出所述连续的金属导电层。
附图2A所示，参考步骤S101，提供一转移衬底200。所述转移衬底200的材料可以是任何一种常见的半导体衬底材料，包括但不限于单晶硅。
附图2B所示，参考步骤S102，在所述转移衬底200表面形成聚碳酸亚丙酯薄膜层201。将聚碳酸亚丙酯(PPC)溶液旋涂在转移衬底200上作为牺牲层。在真空中于180℃烘烤2小时后，大部分溶剂被去除，并获得3μm厚的聚碳酸亚丙酯薄膜层201。在这种情况下，聚碳酸亚丙酯薄膜层201不仅用作牺牲材料，而且用作粘合材料。
附图2C所示，参考步骤S103，将聚碳酸亚丙酯薄膜裁切成预设形状，并贴敷在所述聚碳酸亚丙酯薄膜层201的表面，形成均苯型聚酰亚胺薄膜层202。在本具体实施方式中，所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202可以采用美国杜邦公司生产的Kapton薄膜。将其切成合适的形状，并将PPC放在转移晶圆上。粘接剂用于薄膜附着。作为一种具体实施方式，将转移衬底200在粘接剂上以500N的压力在真空环境下从室温升至70℃持续10分钟。然后在聚碳酸亚丙酯薄膜层201的帮助下将Kapton膜牢固地附着在晶片上。由于膜的厚度仍然太厚而不能用于涂覆，因此首先对膜进行均匀的干法蚀刻。在干法蚀刻机中以每3分钟3.5μm的蚀刻速率进行蚀刻。这种等离子蚀刻还可以去除未被均苯型聚酰亚胺薄膜层202薄膜覆盖的聚碳酸亚丙酯薄膜层201。均匀蚀刻6分钟后，在晶圆上保留了5.7μm的薄膜层。
上述步骤实施完毕后，即在所述转移衬底200表面布置了均苯型聚酰亚胺薄膜层202。在其他的具体实施方式中，也可以采用不同的方式获得上述结构。
附图2D所示，参考步骤S104，图形化所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202，在所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202表面形成起伏。本步骤具体可以采用金属铝作为刻蚀阻挡层，采用刻蚀工艺对均苯型聚酰亚胺薄膜层202的暴露部分进行部分刻蚀，形成起伏状的表面。具体的说，选择铝作为构图
膜的硬掩模。使用该铝质硬掩模在干法蚀刻下对
膜进行图案化处理。将3.5μm的
膜被蚀刻，剩下2.2μm的膜作为PPC的保护层。这是由于无法精确控制
膜的蚀刻速率，因此保留该薄层可保护PPC免受等离子体腐蚀，并避免铝互连层降落在硅衬底上。
附图2E所示，参考步骤S105，在图形化的所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202表面形成连续的金属导电层203，所述金属导电层203继承所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202表面的起伏状形貌。所述连续的金属导电层203采用金属铝材料。
附图2F所示，参考步骤S106，在所述金属导电层203表面形成图形化的聚酰亚胺薄膜层204，所述图形化的聚酰亚胺薄膜层204部分的覆盖具有起伏状形貌的所述金属导电层203的凸起部。具体的说，上述步骤可以是涂覆一层2.6μm的聚酰亚胺，然后以与之前介绍的相同的方式使用铝质硬掩模在干法蚀刻下对聚酰亚胺进行图案化处理进行图案化。
上述步骤实施完毕后，即获得转移衬底200，所述转移衬底200表面具有表面呈现起伏状的均苯型聚酰亚胺薄膜层202，所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202的表面具有连续的金属导电层203，所述金属导电层203继承所述均苯型聚酰亚胺薄膜层202表面的起伏状形貌，在所述金属导电层203表面具有图形化的聚酰亚胺薄膜层204，所述图形化的聚酰亚胺薄膜层204部分的覆盖具有起伏状形貌的所述金属导电层203的凸起部；
附图3A所示，参考步骤S111，提供一器件衬底310。所示器件衬底310的材料可以是任何一种常见的半导体衬底材料，包括但不限于单晶硅。
附图3B所示，参考步骤S112，在所述器件衬底310表面采用溅射工艺形成连续的Al/Si层311。为了确保可以进行接触，接触垫的厚度应大于最后一层聚酰亚胺的2.6μm厚度。因此，在百级洁净室中将4μm的Al/Si层溅射在基板上。
附图3C所示，参考步骤S113，采用刻蚀工艺，用Cl2和HBr进行干法蚀刻，形成图形化金属电极312。采用4μm的光致抗蚀剂用作图案化的掩模。然后用Cl2和HBr进行干法蚀刻。最后将掩膜光刻胶剥离。
上述步骤实施完毕后，可以获得器件衬底310，所述器件衬底310表面具有图形化金属电极312，所述图形化金属电极312的图形与所述图形化聚酰亚胺薄膜层204的图形为互补图形。
附图4所示，参考步骤S120，以所述图形化金属电极312和所述图形化聚酰亚胺薄膜层204为中间层，将所述器件衬底310与所述支撑衬底200键合，键合后所述图形化金属电极212与通过图形化聚酰亚胺薄膜层204暴露出的连续的金属导电层203相互贴合。对齐两个晶片，并在8000N、180℃的温度下在真空中粘合2小时。
附图5所示，参考步骤S130，去除转移衬底200和部分的均苯型聚酰亚胺薄膜层202，至暴露出所述连续的金属导电层203。具体的说，对于具有聚碳酸亚丙酯薄膜层201的结构，将结合的两个晶片置于250℃的环境中保持2小时。在此过程之后，聚碳酸亚丙酯薄膜层201会作为牺牲层而挥发去除，将转移衬底200和器件衬底310分离两个晶片。整个均苯型聚酰亚胺薄膜层202从转移衬底200转移至器件衬底310。在转移之后再对均苯型聚酰亚胺薄膜层202进行干法蚀刻，以暴露出连续的金属导电层203。
上述步骤实施完毕后，即获得一种可转移的柔性互联结构，包括：一器件衬底310；设置在所述器件衬底310表面的图形化金属电极312；与所述金属电极贴合的连续的金属导电层203，所述金属导电层203在平行于所述器件衬底310表面的方向具有起伏状形貌，所述起伏状形貌通过均苯型聚酰亚胺薄膜202填平而形成连续平坦的薄膜导电层。
上述技术方案在牺牲层之上制造柔性互连。使用旋涂，溅射和光刻技术制造嵌入图案化聚酰亚胺中的铝互连。证明了聚酰亚胺前体与PPC牺牲材料不相容。无法克服收缩和对不准问题。但是，
膜与PPC材料具有更好的兼容性，并且已通过接触电阻测量验证了转移互连理论。最终的转移互连通过接触电阻结构与器件晶圆上的金属层相结合进行测试，并在转移晶圆上制造了转移的柔性互连。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可转移的柔性互联结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一转移衬底，所述转移衬底表面具有表面呈现起伏状的均苯型聚酰亚胺薄膜层，所述均苯型聚酰亚胺薄膜层的表面具有连续的金属导电层，所述金属导电层继承所述均苯型聚酰亚胺薄膜层表面的起伏状形貌，在所述金属导电层表面具有图形化的聚酰亚胺薄膜层，所述图形化的聚酰亚胺薄膜层部分的覆盖具有起伏状形貌的所述金属导电层的凸起部；
提供一器件衬底，所述器件衬底表面具有图形化金属电极，所述图形化金属电极的图形与所述图形化聚酰亚胺薄膜层的图形为互补图形；
以所述图形化金属电极和所述图形化聚酰亚胺薄膜层为中间层，将所述器件衬底与所述支撑衬底键合，键合后所述图形化金属电极与通过图形化聚酰亚胺薄膜层暴露出的连续的金属导电层相互贴合；
去除转移衬底和部分的均苯型聚酰亚胺薄膜层，至暴露出所述连续的金属导电层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转移衬底表面的结构采用如下步骤形成：
在所述转移衬底表面布置均苯型聚酰亚胺薄膜层；
图形化所述均苯型聚酰亚胺薄膜层，在所述均苯型聚酰亚胺薄膜层表面形成起伏；
在图形化的所述均苯型聚酰亚胺薄膜表面形成连续的金属导电层，所述金属导电层继承所述均苯型聚酰亚胺薄膜层表面的起伏状形貌；
在所述金属导电层表面形成图形化的聚酰亚胺薄膜层，所述图形化的聚酰亚胺薄膜层部分的覆盖具有起伏状形貌的所述金属导电层的凸起部。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述转移衬底表面布置均苯型聚酰亚胺薄膜层的步骤，进一步是：
在所述转移衬底表面形成聚碳酸亚丙酯薄膜层；
将聚碳酸亚丙酯薄膜裁切成预设形状，并贴敷在所述聚碳酸亚丙酯薄膜层的表面，形成均苯型聚酰亚胺薄膜层。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述图形化所述均苯型聚酰亚胺薄膜层的步骤，进一步是：
采用金属铝作为刻蚀阻挡层，采用刻蚀工艺对均苯型聚酰亚胺薄膜层的暴露部分进行部分刻蚀，形成起伏状的表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续的金属导电层采用金属铝材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述器件衬底表面的图形化金属电极进一步采用如下步骤形成：
在所述器件衬底表面采用溅射工艺形成连续的Al/Si层；
采用刻蚀工艺，用Cl2和HBr进行干法蚀刻，形成图形化金属电极。
7.一种可转移的柔性互联结构，其特征在于，包括：
一器件衬底；
设置在所述器件衬底表面的图形化金属电极；
与所述金属电极贴合的连续的金属导电层，所述金属导电层在平行于所述器件衬底表面的方向具有起伏状形貌，所述起伏状形貌通过均苯型聚酰亚胺薄膜填平而形成连续的平坦的薄膜导电层。
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