CN115666002A

CN115666002A - 一种tgv基板表面加工及布线方法

Info

Publication number: CN115666002A
Application number: CN202211299846.0A
Authority: CN
Inventors: 张伟强; 王一丁; 李�浩; 崔凯; 谢迪; 吴晶; 胡永芳; 王从香
Original assignee: CETC 14 Research Institute
Current assignee: CETC 14 Research Institute
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明属于TGV基板制造技术领域，公开了一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、TGV基板通孔实心电镀；步骤二、TGV基板正、反表面铜加工；步骤三、TGV基板正面光刻；步骤四、TGV基板正面刻蚀电镀铜层、粘附层；步骤五、TGV基板正面去除光刻胶；步骤六、TGV基板背面金属布线制作。该方法对TGV基板制造过程进行了工艺步骤简化，同时能够实现表面铜的平坦化的同时提高后续布线的性能及可靠性，能够满足新一代有源子阵/组件高密度封装要求，可靠性高，效率更高、成本更低，工艺兼容性高。

Description

一种TGV基板表面加工及布线方法

技术领域

本发明主要涉及TGV基板制造技术领域，特别是涉及一种TGV基板表面加工及布线方法。

背景技术

面对微波/毫米波组件辐射单元高密度、小型化、高频等发展需求，其核心组成部分天线单元迫切需要采用新型的封装集成方案实现高集成的天线阵面的制造。近年来，玻璃通孔基板(即TGV基板)由于具有低介电常数、高密度集成等优异性能，为下一代天线单元集成提供新的技术方案。

铜是整个半导体行业实现信号互连的主要材料，而电镀铜是实现高深宽比通孔填充的主要方法。TGV基板需实现通孔的实心电镀，电镀时间较长，受结构和图形密度的因素影响，电镀后TGV基板表面铜厚度较厚(＞10μm)，粗糙度较大，为后续基板布线带来难题。

现有技术中，在TGV基板表面加工及布线可采用通过化学机械平坦化(CMP)抛光晶圆表面，完全去除基板表面电镀铜，然后通过光刻、种子层沉积、电镀、刻蚀工艺实现基板表面的布线。但是该方法存在三点弊端：一是现有方法工艺步骤较多，每增加一道工序，会带来成本的提高及良率的下降。二是完全去除基板表面铜后，由于铜抛光液对孔内铜有腐蚀作用，往往会形成金属孔的凹陷现象，即所谓的碟型坑(Dishing)，而碟型坑的出现会降低后续铜互连线的厚度，增大互连电阻，对后续产品电性能、可靠性有很大的影响。三是铜的CMP会对SiO₂材料有腐蚀效果，进而影响表面的平坦化程度，影响后续的光刻工艺效果。

因此，对于TGV基板电镀后，如何能够优化工艺，实现表面铜的平坦化的同时提高后续布线的性能及可靠性，成为TGV基板制造过程中亟需解决的难题。

发明内容

为了克服了上述难题，本发明提供了一种TGV基板表面加工及布线方法，该方法对TGV基板制造过程进行了工艺步骤简化，同时能够实现表面铜的平坦化的同时提高后续布线的性能及可靠性，满足新一代有源子阵/组件高密度封装要求

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、TGV基板通孔实心电镀；

步骤二、TGV基板正面、背面铜加工；

步骤三、TGV基板正面光刻；

步骤四、TGV基板正面刻蚀电镀铜层、粘附层；

步骤五、TGV基板正面去除光刻胶；

步骤六、TGV基板背面金属布线制作。

进一步的，所述步骤一中，TGV基板完成激光改性及湿法刻蚀后，形成TGV通孔，制备钛或钛钨粘附层、以及铜种子层，采用“中间向两端生长”的电镀模式，完成通孔TGV的实心金属化填充。

进一步的，所述步骤二中，分别对TGV基板正面、背面电镀的铜种子层进行化学机械平坦化处理。

进一步的，所述步骤二中，铜种子层化学机械平坦化处理后，铜种子层的高度≤5um以下，铜种子层的表面的粗糙度≤50nm，TGV基板的表面平整度≤5μm。

进一步的，所述步骤三中，在TGV基板的正面旋涂光刻胶，随后对光刻胶进行105℃前烘后进行曝光处理，然后利用四甲基氢氧化铵进行显影，最后对光刻胶进行120℃热板坚膜烘烤。

进一步的，光刻胶的厚度在5-7um，均匀性为±3％。

进一步的，所述步骤四中，在TGV基板的正面通过干法刻蚀工艺，对光刻胶没有覆盖位置的铜种子层、及钛或钛钨粘附层进行去除，同时使得光刻胶保护位置的金属不被刻蚀。

进一步的，所述步骤五中，在TGV基板的正面利用碱性溶液去除TGV表面刻蚀后的光刻胶。

进一步的，所述步骤六中，采用与步骤三至五中对TGV基板的正面相同工艺，在TGV基板的背面进行光刻，然后对电镀的铜种子层、及钛或钛钨粘附层进行干法刻蚀去除，随后去除光刻胶掩膜，完成背面布线制作，最终实现TGV基板正面、背面的布线制作，形成单层玻璃基TGV转接板。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、能够满足新一代有源子阵/组件高密度封装要求：采用本发明的TGV基板表面加工及布线方法，可以实现高密度实心TGV基板的表面加工及金属布线，可满足高精度、高密度、高集成、高频的玻璃基天线单元要求。

2、可靠性高：通过对铜种子层的表面精确部分抛光，保留了TGV基板表面部分铜，避免了铜抛光液对金属孔及石英表面的腐蚀，有效提高了TGV基板表面的平坦度，提高了后续布线的可靠性。

3、效率更高、成本更低：相比现有方法，本发明提供的工艺方法缩短了工步，省去了种子层沉积、电镀两道工步，减少了工时，提高了生产效率，降低了生产成本，有较高的应用价值和经济效益。

4、工艺兼容性高：本发明提供的工艺方法，不仅适用于玻璃基板的制造，在对于TSV基板同样有应用价值，在TSV正面电镀完成后，可采用本发明提供的工艺方法，实现面铜的去除，从而提高TSV基板的可靠性，降低TSV基板的制造成本，指导新一代硅基有源收发(T/R)组件制备工艺。

附图说明

图1为TGV基板表面加工及布线工艺的流程图；

图2为TGV实心电镀后基板示意图；

图3为对TGV基板面铜进行高精度部分CMP处理后的结构示意图；

图4为在TGV基板表面进行光刻后的结构示意图；

图5为对TGV基板表面进行刻蚀后结构示意图；

图6为TGV基板表面去除光刻胶后结构示意图；

图7为TGV基板背面按图4～图6相同工艺，在背面完成布线后的结构示意图；

其中，1-TGV基板；2-钛或钛钨粘附层；3-铜种子层；4-光刻胶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的优选的机构和运动实现的方法做进一步的说明。

如图1所示，一种TGV基板表面加工及布线方法，包括如下步骤：

步骤一、TGV基板通孔实心电镀：首先，TGV基板1完成激光改性及湿法刻蚀后，形成TGV通孔。由于磁控溅射技术可实现于小孔径、高深宽比的通孔侧壁金属化沉积，因此利用磁控溅射技术制备粘附层(即钛或钛钨粘附层2)和电镀种子层(即铜种子层3)，其中粘附层的作用是为了增强后续铜导体与玻璃的附着力，同时选用的钛或钛钨材料可以防止铜向玻璃中的扩散。沉积铜种子层是为了提供铜电镀所需要的阴极电势，并保证电镀铜的质量。随后，采用“中间向两端生长”的电镀模式，以完成通孔TGV的实心金属化填充，从而得到待表面加工及表面布线的TGV基板，此时基板表面铜层较厚，而且有较大起伏，因此必须经过表面加工处理后才能进行后续布线工艺，如图2中铜种子层3所示。

步骤二、TGV基板正面、背面铜加工：对TGV基板正面、背面的电镀铜层进行高精度化学机械平坦化处理，首先，抛光液里的化学成分可以使铜表面形成一层易去除的氧化膜，再利用抛光液里的磨料颗粒与抛光垫的机械作用去除氧化膜，循环往复完成电镀铜层的减薄及平坦化，最终将电镀后的面铜(＞10μm)降低到5μm以下，同时降低面铜表面的粗糙度(≤50nm)，提高基板表面平整度(≤5μm)，以满足后续布线工艺要求。

值得注意的是，本步骤并不是完全去除铜层，而是保留一定厚度的铜层，后面布线工作可直接在保留的铜层上进行，即保留的铜层可直接作为表面线条，节省了重新沉积金属、光刻制作图形的工艺步骤。最终通过CMP完成表面加工后的基板，如图3所示。

步骤三、TGV基板正面光刻：在TGV基板正面旋涂光刻胶4，可采用型号为AZ4620的光刻胶，最高旋涂转速3000rpm/s，以获得均匀的光刻胶，光刻胶厚度在5-7um，均匀性±3％，进而保证光刻线条的精度。随后对光刻胶进行105℃前烘后进行曝光处理，前烘的目的是将光刻胶中的溶剂的残留溶度降至最低，从而增强光刻胶的稳定性，也避免光刻胶粘在掩模版上污染掩模版。根据布线的需求，将后期基板表面不需要金属的位置进行曝光处理，这些位置的光刻胶经过显影液的作用后会被去除。曝光时间可根据胶厚及曝光机光源强度进行调整，显影液可选用2.38％浓度的四甲基氢氧化铵(TMAH)。最后对光刻胶进行120℃热板坚膜烘烤，保障光刻胶在刻蚀过程中的稳定性，得到图形化的刻蚀掩膜，如图4所示。

步骤四、TGV基板正面刻蚀电镀铜层、粘附层：相比湿法刻蚀的方式，干法刻蚀方向性更强，刻蚀精度更高，更加适合精细线条的制备。因此采用离子束刻蚀设备，通过干法刻蚀工艺，对光刻胶没有覆盖位置的铜及粘附层进行去除，控制干法刻蚀速率，保证光刻胶没有覆盖位置的铜及粘附层(钛或钛钨)完全刻蚀，同时光刻胶保护位置的金属不被刻蚀，示意图如图5所示。

步骤五、TGV基板正面去除光刻胶：完成铜层、粘附层刻蚀后，需要对光刻胶进行去除。经过干法刻蚀时的等离子轰击后，光刻胶表面薄层碳化后较难去除，可利用NaOH等碱性溶液进行去除，最终得到TGV基板的正面布线结构，如图6所示。

步骤六、TGV基板背面金属布线制作：采用与步骤三至五中对TGV基板的正面相同工艺，在TGV基板的背面进行光刻，然后对电镀铜层、粘附层进行干法刻蚀去除，随后去除基板表面的光刻胶，完成背面的光刻、刻蚀电镀铜层和粘附层、去除光刻胶等一系列布线制作，最终实现TGV基板1上背面的布线制作，形成单层玻璃基TGV转接板，最终结构如图7所示。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、TGV基板通孔实心电镀；

步骤二、TGV基板正面、背面铜加工；

步骤三、TGV基板正面光刻；

步骤四、TGV基板正面刻蚀电镀铜层、粘附层；

步骤五、TGV基板正面去除光刻胶；

步骤六、TGV基板背面金属布线制作。

2.根据权利要求1所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤一中，TGV基板完成激光改性及湿法刻蚀后，形成TGV通孔，制备钛或钛钨粘附层、以及铜种子层，采用“中间向两端生长”的电镀模式，完成通孔TGV的实心金属化填充。

3.根据权利要求1所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤二中，分别对TGV基板正面、背面电镀的铜种子层进行化学机械平坦化处理。

4.根据权利要求3所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤二中，铜种子层化学机械平坦化处理后，铜种子层的高度≤5μm以下，铜种子层的表面的粗糙度≤50nm，TGV基板的表面平整度≤5μm。

5.根据权利要求1所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤三中，在TGV基板的正面旋涂光刻胶，随后对光刻胶进行105℃前烘后进行曝光处理，然后利用四甲基氢氧化铵进行显影，最后对光刻胶进行120℃热板坚膜烘烤。

6.根据权利要求5所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，光刻胶的厚度在5-7um，均匀性为±3％。

7.根据权利要求1所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤四中，在TGV基板的正面通过干法刻蚀工艺，对光刻胶没有覆盖位置的铜种子层、及钛或钛钨粘附层进行去除，同时使得光刻胶保护位置的金属不被刻蚀。

8.根据权利要求1所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤五中，在TGV基板的正面利用碱性溶液去除TGV表面刻蚀后的光刻胶。

9.根据权利要求1所述的一种TGV基板表面加工及布线方法，其特征在于，所述步骤六中，采用与步骤三至五中对TGV基板的正面相同工艺，在TGV基板的背面进行光刻，然后对电镀的铜种子层、及钛或钛钨粘附层进行干法刻蚀去除，随后去除光刻胶掩膜，完成背面布线制作，最终实现TGV基板正面、背面的布线制作，形成单层玻璃基TGV转接板。