CN116153858A - 一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层交叉结构的硅转接板的制备方法，通过进行硅基表面分步制作大规模的金属走线及其凸点的布局；选择的介质层如二氧化硅层和氮化硅、光敏性聚酰亚胺胶、BCB胶等介质层，作为绝缘分布于不同层间的金属走线的的绝缘介质层；金属层布线及介质层的交替布局，可以布大量金属走线，分布布局更多凸点，形成多层交错互连，凸点处于同一水平面；本发明通过在硅片表面上制备出不同膜层的硅转接板，使硅片尽可能增大线宽间距，减小工艺难度，增大线条的排布面积，增大密集度，使的在后续键合工艺中能方便容易，极大的降低了转接板的制作难度，也提高了硅转接板的利用率。

Description

一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法。

背景技术

硅转接板是电子封装中电学封装技术中用到的关键点之一，特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展，更是极大的增加了硅转接板在集成程制备过程中的的难度。硅转接板在电子封装中的应用广泛，随之集成化进步，制作高度的集成化，高密度，超高集成度，小型化的趋势，导致现有单层的硅转接板金属布线很难完成硅转接板的制作，即使完成，优良率低，布线有限，导线电阻大等缺陷问题导致了硅转接板的应用受到阻碍。本发明是提出并通过工艺实施了一种在硅基上多层布线的硅转接板的制备及其方法。解决了凸点过多排列制备难的问题，方便了后续植球焊接打线等工艺，并且本发明中制备超高厚度导线，减小导线的电阻，提高硅转接板制备的优良率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，包括如下步骤：

S1、 第一层金属布线的排布：完成导线上的金属沉积生长；

S2、生长完成介质层： 第一层金属布线结束后，完成实施下述两种介质层工艺中的一种：

A：生长氧化硅层、氮化硅层作为介质层，进行平坦化工艺并刻蚀介质层，外露出第一层的凸点；

B：生长光敏性光刻胶作为介质层，图形化第一层的凸点于下表层金属，进行平坦化工艺并实现第一层的凸点的外露；

S3、保护标记点，生长种籽层；

S4、进行光刻工艺，图形化第一层的凸点和第二层导线及凸点；

S5、对其进行电化学沉积工艺，沉积生长第一层的凸点和第二层导线及凸点，设计第一层的凸点面积和第二层线宽面积不等比例，第一层凸点的面积小于第二层凸点的面积，保证电化学沉积过程中两层的凸点厚度在同一水平高度；

S6、再次生长种籽层；

S7、通过光刻工艺做出所有凸点的图形；

S8、利用热蒸发或电子束生成凸点层金属；

S9、进行剥离工艺，剥离去除凸点图形外的所有金属层。

作为优选的，所述步骤S1具体子步骤如下：

S1.1：在硅基晶圆硅片上生长绝缘层；

S1.2：在绝缘层上进一步生长种籽层；

S1.3：进行匀胶、光刻、显影，并通过电化学沉积进行第一层部分布线；

S1.4：进行IBE刻蚀，刻蚀去除图形外的种籽层， 第一次层金属布线的排布完成。

作为优选的，所述步骤S2的A方案中，所述的氧化硅层通过PECVD或者热氧化在硅片表面生长；所述的氮化硅层通过PECVD在氧化硅表面生长；利用ICP刻蚀氧化硅和氮化硅，刻蚀至第一层的凸点层，使凸点层金属外露。

作为优选的，所述步骤S2的B方案中，将光敏性光刻胶通过匀胶、光刻、显影图形化第一层的凸点于下表层金属，再进行加热固化并平坦化介质层，使凸点层金属外露。

作为优选的，所述步骤S2中，所述平坦化工艺包括进行CMP化学机械抛光工艺，对介质层表面抛光。

作为优选的，所述光敏性光刻胶包括：聚酰亚胺胶或BCB光刻胶。

作为优选的，所述步骤S3和步骤S6中，所述种籽层通过磁控溅射或者电子束蒸发氮化硅表面生长。

作为优选的，所述步骤S3和步骤S6生长种籽层前进行光刻胶的清洗去除；所述步骤7进行光刻工艺前进行晶圆表面洁净度清洗处理。

作为优选的，所述步骤S7具体为，通过匀胶，光刻，显影工艺，利用负胶，做出所有凸点的图形。

作为优选的，所述步骤S9的剥离工艺完成后，利用PECVD生长一层二氧化硅作为保护层，再通过刻蚀外露所有凸点。

本发明的有益效果：本发明涉及一种多层交叉结构的硅转接板的制备方法，通过进行硅基表面分步制作大规模的金属走线及其凸点的布局；选择的介质层如二氧化硅层和氮化硅、光敏性聚酰亚胺胶、 BCB胶等介质层，作为绝缘分布于不同层间的金属走线的的绝缘介质层；金属层布线及介质层的交替布局，可以布大量金属走线，分布布局更多凸点，形成多层交错互连，凸点处于同一水平面；利用电化学沉积金属布线对其所述所有布线进行金属增厚；为后续工艺的植球焊接等工艺提供更多间距，优化工艺；后续电镀提高凸点处的高度，是所有凸点处于同一水平高度。本发明通过在硅片表面上制备出不同膜层的硅转接板，使硅片尽可能增大线宽间距，减小工艺难度，增大线条的排布面积，增大密集度，使的在后续键合工艺中能方便容易，极大的降低了转接板的制作难度，也提高了硅转接板的利用率。

附图说明

图1本发明实施例的硅转接板截面总示意图；

图2本发明实施例的硅转接板制备中氧化硅和氮化硅作为介质层的工艺流程示意图；

图3本发明实施例的硅转接板制备中光敏性胶作为介质层的工艺流程示意图；

图4本发明实施例的硅转接板制备第一层部分金属布线完成后的结构示意图；

图5本发明实施例的硅转接板制备氧化层或者光敏胶作为介质层抛光后的结构示意图；

图6本发明实施例的硅转接板制备去除第一层凸点上方的介质层材料后示意图；

图7本发明实施例的硅转接板制备中清洗第一层表面凸点的结构示意图；

图8本发明实施例的硅转接板制备中的第二次生长种籽层结构示意图；

图9本发明实施例的硅转接板制备中图像化第一层的凸点和第二层的图形示意图；

图10本发明实施例的硅转接板制备中电化学沉积生长后的结构示意图；

图11本发明实施例的硅转接板制备中清洗去除光刻胶后结构示意图；

图12本发明实施例的硅转接板制备中刻蚀第一层凸点和第二层所有图形之外种籽层后的结构示意图；

图13本发明实施例的硅转接板制备中图形表面生长一层外包层并且刻蚀除去凸点上方 至下层金属结构示意图；

图14本发明实施例的硅转接板制备中凸点结构金属生长后的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明实施例提供一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，目的是实现并提供一种多层交叉硅转接板的制备及其方法，对此，整体布线来说一次性布线困难大，线宽小，工艺难度大，将其拆结为多次布线，其保证整体布线凸点的位置不变，将导线部分等多次布线工艺，这样可以增大导线宽宽度，降低到层布线工艺难度，提高工艺优良率。

在其整体布局，诸如用AAAAAA表示一次布线形式，其AAAAAA布线难度大，而且要求导线线宽小，甚至更本无法布线；在此通过采取AAABBB或者ABABAB，也可以是其AABBCC等等，这种布线方式种分次的的每层布线只和凸点位置有关，导线的布线区域不受其限制，相邻层间的导线交叉排列，其中间存在介质层，保证了其工作的不受影响，其上所述中，考虑到的工艺原因其ABABAB的布线方式的整体平整度优于AAABBB的平整度（翘曲率）。

在此利用化学机械抛光，对其进行平整度进行修正，如上所述的工艺考虑的缺陷既可以修补将可以接受。

其次，在设计的第一层通于后续层的通道面积远远小于下层面积，在电化学沉积过程可以完善此工艺过程造成多层凸点不在同一高度的问题。综合上面几点：这样即可以解决单层布线方式将的超高集成度，高密度，超高厚度金属布线于硅基上完成制备，形成的多层交叉硅转接板，可以解决了硅转接板单层面布线的局限，解决了导线线宽及间距的限制，解决了两层导线与导线之间交叉问题，同时也增大导线的布线数量，也增大了线宽间距，易于形成超高厚度导线的硅转接板，也提高了集成化的数量。

参考图1-图3，为了完成上述目的，本发明的具体步骤如下：

步骤1、 第一层金属布线的排布；第一层布线完成部分工艺，即完成导线上的金属沉积生长，后续不再进行工艺实施；

步骤2、生长完成介质层；在第一层金属布线结束后，完成介质层的工艺实施，具体涉及：生长氧化硅层、氮化硅层作为介质层的选择，进行CMP化学机械抛光工艺，对其表面抛光，匀胶光刻显影和刻蚀介质层，外露出第一层的凸点；或者另一种是利用光敏性光刻胶作为介质层；

步骤3、第二层金属走线的布局；其第二层金属布线和第一层金属布线的导线无关，但是和其第一层的凸点的工艺紧紧相连；

同样的，先于介质层抛光后，清洗干净，保护其标记位置，于其表面上生长一层薄薄金属作为种籽层；再次，对其进行光刻工艺，得到第一层凸点的图形和第一层导线凸点的所有图形；并对其进行电化学沉积工艺，再次，设计了第一层的凸点面积和第二层线宽面积的不等比例，第一层凸点在此时的面积是小于第二层凸点的面积的，保证了电化学沉积过程中第一层凸点的高度和其第二层凸点的高度处于同一水平状态，消除凸点不平的缺陷；

步骤4、再次生长种籽层；

步骤5、通过光刻工艺做出所有凸点的图形；

步骤6、利用热蒸发或电子束生成凸点层金属；

步骤7、进行剥离工艺，剥离去除凸点图形外的所有金属层。

在本发明的上述步骤实施过程中：所述的氧化硅层通过PECVD或者热氧化在硅片表面生长；所述其厚度范围在1um-6um;

所述的氮化硅层通过PECVD在氧化硅表面生长；所述其厚度范围在0.5um-3um;

在此优选取其二者组合作为一介质层；

此外，介质选择光敏性光刻胶通过光刻显影图形化，加热固化，优选作为一介质层；所述介质层包括可以是，聚酰亚胺胶，BCB光刻胶等聚合物。

所述的种籽层通过磁控溅射或者电子束蒸发氮化硅表面生长；所述材料包括黏附层材料Ti，Cr等，其厚度范围在10nm-30nm；所述导电层材料包括可以是钛、铜、铝、银、钯、金、铊、锡、镍等等；其厚度范围在20nm-50nm；在此选择黏附层和导电层材料各一种；

所述的导线加厚通过电化学沉积或者化学沉积在种籽层图形化后的表面生长；所述其厚度范围在3um-10um； 所述导电层材料包括可以是铜、金、铂、作为优选选其中一种；

本发明通过在晶圆表面利用介质层，使晶圆上可以实现多层布线，能使得导线在不同层面交叉排布，所完成硅转接板中凸点之多，导线宽度限制小，极大的增加了硅转接板凸点的数量，减小了单层布线工艺的难度，也为后续植球焊接等降低了工艺难度，具有试用广泛的应用前景。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

实施例一：

以六寸晶圆制备硅转接板实施案例为例一，参考图2的工艺流程，利用二氧化硅和氮化硅作为介质层进行的工艺实施；

具体实施步骤如下:

首先提供一六寸硅基晶圆硅片1；

为其表面热氧化生长一层2um厚的氧化硅层2;

利用PECVD生长300nm厚的氮化硅3，主要是阻挡的作用；

第一层布线工艺的实施，首先生长作为种籽层的4-1 30nm Ti和5-1 50nm Cu；

工艺实施如图4所示，为上述步骤在匀胶，光刻，显影，通过电化学沉积为其图形生长了4um的金属铜，之后清洗去除光刻胶，并且是直接的进行IBE刻蚀，刻蚀去除图形外的种籽层4-1、5-1，由于种籽层的厚度远远小于图形的膜层厚度，在其整个晶圆刻蚀过程的损伤是可以接受的，减少了工艺光刻步骤，第一次层部分金属布线的完成；

工艺实施如图5所示，是利用PECVD在其上述表面生长了3um二氧化硅和500nm 氮化硅作为介质层，并利用化学机械抛光CMP对其表面进行平坦化工艺；

首先，利用ICP刻蚀SiO2和SiN，刻蚀至第一层的bump层，使bump层金属外露，清洗去除光刻胶，利用磁控溅射生长一层种籽层4-2 30nm Ti和5-2 50nm Cu；

然后，匀胶曝光显影，光刻做出第一层的bump层和第二层的所有图形，即这次光刻主要是完成第二层的图形化和第一层中bump层的图形化；利用电化学沉积，沉积生长6-1-3、6-1-4和6-2-1、6-2-2、6-2-3；此过程中，设计的由6-1-3、6-1-4和6-2-2、6-2-3的尺寸不一样，其中6-2-2、6-2-3大于6-1-3、6-1-4的尺寸，故而在相同条件第一层bump和第二层的bump的厚度是一致的，即会在同一水平。

清洗去除光刻胶；利用离子束IBE刻蚀第二层金属种籽层，即图外所有的4-2、5-2去除；进一步，对晶圆表面洁净度进一步清洗处理；匀胶，光刻，显影工艺，利用负胶，做出所有bump的图形；利用热蒸发沉积生长一层8-1-1、8-1-2和8-2-1、8-2-2 300nm 镍；同样利用热蒸发沉积生长一层9-1-1、9-1-2和9-2-1、9-2-2 200nm Au，然后进行剥离工艺；剥离出去掉8-1-1、8-1-2、8-2-1、8-2-2和9-1-1、9-1-2、9-2-1、9-2-2图形外的所有的金属镍和金。

其中如图6所示，为一种多层交叉结构的硅转接板制备去除第一层凸点上方的介质层材料后示意图；图7所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中清洗第一层表面凸点的结构示意图；图8所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中的第二次生长种籽层结构示意图；图9所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中图像化第一层的凸点和第二层的图形示意图；图10所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中电化学沉积生长后的结构示意图；图11所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中清洗去除光刻胶后结构示意图；图12所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中刻蚀第一层凸点和第二层所有图形之外种籽层后的结构示意图；图13所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中图形表面生长一层外包层并且刻蚀除去凸点上方 至下层金属结构示意图；图14所示为一种多层交叉结构的硅转接板制备中凸点金属剥离后结构示意图；至此，最后清洗结束完成最后工艺。

实施例二：

以六寸晶圆制备硅转接板实施案例二；

参考如图3的工艺流程；光敏性聚酰亚胶作为介质层进行工艺的实施；

具体实施步骤如下：

首先提供一六寸硅基晶圆硅片1；

为其表面热氧化生长一层2um厚的氧化硅层2；

利用PECVD生长300nm厚的氮化硅3，主要是阻挡的作用；

如图3工艺流程所示，第一层布线工艺的实施，

首先生长作为种籽层的4-1 30nm Ti和5-1 50nm Cu；

工艺实施如图4所示，为上述步骤在匀胶，光刻，显影；

通过电化学沉积为其图形生长了4um的金属铜，之后清洗去除光刻胶；

并且是直接的进行IBE刻蚀，刻蚀去除图形外的种籽层4-1、5-1，由于种籽层的厚度远远小于图形的膜层厚度，在其整个晶圆刻蚀过程的损伤是可以接受的，减少了工艺光刻步骤，第一次层部分金属布线的完成；

工艺实施如图3工艺流程及图5所示：将光敏性聚酰亚胺胶通过匀胶、光刻、显影；得到如图6的结构，其凸点直至下层的金属层；将其放入烘箱180℃，固化小时；利用化学机械抛光CMP对其表面进行平坦化工艺；得到如图7多层交叉结构的硅转接板制备中的第一层凸点上方的介质层材料去除后并且平坦化的结构示意图；

再次有上述所述的凸点层金属外露，利用磁控溅射生长一层种籽层4-2 30nm Ti和5-2 50nm Cu；

然后，匀胶曝光显影，光刻做出第一层的凸点层和第二层的所有图形，即这次光刻主要是完成第二层的图形化和第一层中凸点层的图形化；利用电化学沉积，沉积生长6-1-3、6-1-4和6-2-1、6-2-2、6-2-3；此过程中，设计的由6-1-3、6-1-4和6-2-2、6-2-3的尺寸不一样，其中6-2-2、6-2-3大于6-1-3、6-1-4的尺寸，故而在相同条件第一层凸点和第二层的凸点的厚度是一致的，即会在同一水平。

清洗去除光刻胶；利用离子束IBE刻蚀第二层金属种籽层，即图外所有的4-2、5-2去除；进一步，对晶圆表面洁净度进一步清洗处理；匀胶，光刻，显影工艺，利用负胶，做出所有凸点的图形；利用热蒸发沉积生长一层8-1-1、8-1-2和8-2-1、8-2-2 300nm 镍；同样利用热蒸发沉积生长一层9-1-1、9-1-2和9-2-1、9-2-2 200nm Au，然后进行剥离工艺；剥离出去掉8-1-1、8-1-2、8-2-1、8-2-2和9-1-1、9-1-2、9-2-1、9-2-2图形外的所有的金属镍和金。

对本领域而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、 第一层金属布线的排布：完成导线上的金属沉积生长；

S2、生长完成介质层： 第一层金属布线结束后，完成实施下述两种介质层工艺中的一种：

A：生长氧化硅层、氮化硅层作为介质层，进行平坦化工艺并刻蚀介质层，外露出第一层的凸点；

B：生长光敏性光刻胶作为介质层，图形化第一层的凸点于下表层金属，进行平坦化工艺并实现第一层的凸点的外露；

S3、保护标记点，生长种籽层；

S4、进行光刻工艺，图形化第一层的凸点和第二层导线及凸点；

S5、对其进行电化学沉积工艺，沉积生长第一层的凸点和第二层导线及凸点，设计第一层的凸点面积和第二层线宽面积不等比例，第一层凸点的面积小于第二层凸点的面积，保证电化学沉积过程中两层的凸点厚度在同一水平高度；

S6、再次生长种籽层；

S7、通过光刻工艺做出所有凸点的图形；

S8、利用热蒸发或电子束生成凸点层金属；

S9、进行剥离工艺，剥离去除凸点图形外的所有金属层。

2.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S1具体子步骤如下：

S1.1：在硅基晶圆硅片上生长绝缘层；

S1.2：在绝缘层上进一步生长种籽层；

S1.3：进行匀胶、光刻、显影，并通过电化学沉积进行第一层部分布线；

S1.4：进行IBE刻蚀，刻蚀去除图形外的种籽层， 第一次层金属布线的排布完成。

3.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S2的A方案中，所述的氧化硅层通过PECVD或者热氧化在硅片表面生长；所述的氮化硅层通过PECVD在氧化硅表面生长；利用ICP刻蚀氧化硅和氮化硅，刻蚀至第一层的凸点层，使凸点层金属外露。

4.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S2的B方案中，将光敏性光刻胶通过匀胶、光刻、显影图形化第一层的凸点于下表层金属，再进行加热固化并平坦化介质层，使凸点层金属外露。

5.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述平坦化工艺包括进行CMP化学机械抛光工艺，对介质层表面抛光。

6.如权利要求4所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述光敏性光刻胶包括：聚酰亚胺胶或BCB光刻胶。

7.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S6中，所述种籽层通过磁控溅射或者电子束蒸发氮化硅表面生长。

8.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S3和步骤S6生长种籽层前进行光刻胶的清洗去除；所述步骤7进行光刻工艺前进行晶圆表面洁净度清洗处理。

9.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S7具体为，通过匀胶，光刻，显影工艺，利用负胶，做出所有凸点的图形。

10.如权利要求1所述的一种多层交叉布线结构的硅转接板的制备方法，其特征在于：所述步骤S9的剥离工艺完成后，利用PECVD生长一层二氧化硅作为保护层，再通过刻蚀外露所有凸点。

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