CN116435191A - 一种深孔金属化转接板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深孔金属化转接板的制备方法,包括:在基板上加工通孔;采用磁控溅射的方法,形成连续全覆盖基板上下表面的第一种子层;采用化学镀的方法,形成连续全覆盖通孔内壁的第二种子层;采用电镀的方法,使电镀金属填充于通孔内部;去除位于基板上下表面的第一种子层以及上述步骤中在基板上下表面形成的多余电镀金属;对上一步所得样品进行金属图形化及多重布线,得到深孔金属化转接板。本发明制备方法作用温度低,成本低,更适用于大规模批量生产。
Description
技术领域
本发明属于集成电路技术领域,具体涉及一种深孔金属化转接板的制备方法。
背景技术
随着集成电路小型化的发展,二维集成技术已无法满足未来应用需求,正逐步转向三维集成技术。三维集成转接板技术是实现垂直互连解决三维集成的最佳选择。随着互连密度需求的提高,孔径减小和深径比提高,对深孔金属化要求越来越高。现有传统的加工手段磁控溅射仅能实现孔径≥100μm,深径比≤3:1的金属孔填实,大于3:1后,由于尖端屏蔽效应,容易出现中空,导致寄生效应显著。主流的高深径比三维集成转接板技术采用高能PVD溅射种子层,可以实现表面与孔内金属全覆盖,设备价值高、一次仅能加工1片大晶圆,产能有限,成本高,不利于大批量规模化生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种深孔金属化转接板的制备方法,解决了现有深孔金属化转接板由于设备限制导致的成本高、产能不足等技术问题,本发明制备方法作用温度低,成本低,更适用于大规模批量生产。
为实现上述发明目的,本发明提供如下技术方案:
一种深孔金属化转接板的制备方法,包括:
S1在基板上加工通孔;
S2采用磁控溅射的方法,形成连续全覆盖基板上下表面的第一种子层;
S3采用化学镀的方法,形成连续全覆盖通孔内壁的第二种子层;
S4采用电镀的方法,使电镀金属填充于通孔内部;
S5去除位于基板上下表面的第一种子层以及步骤S4中在基板上下表面形成的多余电镀金属;
S6对步骤S5所得样品进行金属图形化及多重布线,得到深孔金属化转接板。
进一步的,步骤S1中,基板包括玻璃基板或陶瓷基板;
玻璃基板所用材料包括石英玻璃、硼硅玻璃或锂硅玻璃;
陶瓷基板所用材料包括95瓷氧化铝、96瓷氧化铝、99瓷氧化铝、氮化铝、软磁铁氧体或石英陶瓷。
进一步的,步骤S1中,加工通孔的方法为高能脉冲激光刻蚀或机械钻孔。
进一步的,步骤S2中,第一种子层的厚度为10nm~2μm;
步骤S3中,第二种子层的厚度为10nm~10μm。
进一步的,步骤S2中,第一种子层的材料包括钛、钛钨、镍铬、铝等常用的附着层;
步骤S3中,第二种子层的材料包括镍、铜等常用化学镀金属;
步骤S4中,电镀金属为铜。
进一步的,步骤S3中,首先利用化学敏化的方法在通孔内壁形成金属粘附层,再采用化学镀的方法形成连续的第二种子层。
进一步的,步骤S4中,电镀的方式为正向脉冲、直流或双向脉冲,电镀的条件为0.1ASD~4ASD。
进一步的,步骤S4中,填充于通孔内部的电镀金属为金属柱结构;
步骤S5中,采用机械磨抛的方法去除位于基板上下表面的第一种子层以及步骤S4中在基板上下表面形成的多余电镀金属,使金属柱结构的上下两端面与基板的上下表面齐平。
进一步的,机械磨抛后表面的粗糙度<10nm,TTV<3μm。
进一步的,步骤S2进行之前,对基板进行等离子活化;
步骤S3和S4进行之前,分别对样品进行清洗和真空脱泡处理。
本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果:
(1)本发明创造性的提出一种深孔金属化转接板的制备方法,采用常规磁控溅射和化学镀的方式制备金属种子层,比现有高能PVD溅射批产能力强,作用温度低,成本低,更适用于大规模批量生产;
(2)本发明制备方法具有较强的通用性,不仅可以实现陶瓷通孔的金属化,还适用于玻璃、硅、蓝宝石等其他基板材料的深孔金属化;
(3)本发明工艺技术路线简单,在不用反应离子刻蚀、高能PVD等高值设备的条件下,采用常规成熟的磁控溅射设备即可实现金属化,能够实现全国产化且自主可控。
附图说明
图1为本发明一种深孔金属化转接板的制备方法的流程图;
图2为本发明一种深孔金属化转接板的制备方法中各阶段的示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
本发明提供一种深孔金属化转接板的制备方法,具体为一种低成本深孔金属化陶瓷/玻璃转接板的制备方法,以陶瓷/玻璃材料作为基板材料,采用激光刻蚀或湿法腐蚀的方法打孔,在通孔转接板基础上采用二步金属种子层方法,即首先进行等离子表面活化,然后通过磁控溅射镀膜,实现表面金属连续全覆盖(此时孔内壁有部分金属),然后进行真空湿法活化、利用化学镀反应原理实现孔内侧壁金属种子层连续全覆盖,同时实现表面与孔内侧壁金属种子层连续全覆盖。最后通过脉冲电镀填实。本发明采用了二步金属种子层的制备方法,降低了表面电阻与侧壁电阻的比值,提升孔内电镀效率,降低气孔率。本发明具有大批量、自动化程度高、成本低等方面的优点,特别适用于制备垂直互连用转接板,可为后续三维集成堆叠技术提供重要技术支撑。
如图1和图2,本发明的具体步骤如下:
(1)以陶瓷或玻璃材料作为基板材料,采用高能脉冲激光刻蚀或机械钻孔的方法打孔,清洗后备用,陶瓷转接板可以是95瓷氧化铝、96瓷氧化铝、99瓷氧化铝、氮化铝、软磁铁氧体、石英陶瓷;玻璃转接板的材料包括石英玻璃、硼硅玻璃、锂硅玻璃等;
(2)通常,深孔金属化采用高能溅射PVD的方法,但是加工温度高,且每次只能加工一张晶圆,产能较低,成本较高。本发明采用二步金属化法,首先在通孔转接板上下两面进行等离子清洗活化,随后进行双面磁控溅射第一种子层,使得表面连续覆盖,第一金属层厚度10nm~2μm,成本低,适用于大规模生产,但孔内侧壁无法连续覆盖;
(3)本发明为了解决常规磁控溅射无法实现深孔侧壁金属连续覆盖的问题,将步骤(2)样品进行清洗,然后进行真空脱泡处理,真空脱泡处理的目的是脱除清洗过程中清洗溶剂在通孔中形成的气泡。随后进行化学敏化一层金属粘附层,敏化剂可用钯活化、镍活化等,最后进行化学镀实现深孔内壁种子层连续全覆盖,该层为第二种子层;基板表面包括通孔边缘均被第一种子层覆盖,同时,内孔侧壁也形成了一部分覆盖,第一种子层和第二种子层连续导通。
(4)将步骤(3)样品进行清洗去除金属离子,并脱泡处理,随后安装夹具,放入深孔电镀槽内;
(5)将步骤(4)样品采用正向脉冲/直流/双向脉冲等方式进行电镀,电镀条件为0.1ASD~4ASD;该电镀条件有利于深孔金属生长,抑制表面金属生长;
(6)将步骤(5)样品进行机械磨抛去除表面生长的多余金属,使铜柱与基板在同一平面上,抛光粗糙度<10nm,TTV<3μm;
(7)根据设计的图形结构,将步骤(6)样品进行常规的真空镀膜,并采用涂胶-烤胶-曝光-显影-刻蚀工艺实现金属图形化;
(8)将步骤(7)样品进行多层重布线,具体流程:涂胶-烤胶-曝光-显影-刻蚀-孔内金属填充-CMP化学机械抛光-真空镀金属膜,重复多次,即得到多重布线转接板。
综上所述,本发明采用常规磁控溅射和化学镀的方式制备金属种子层,工艺温度不超过100℃,比现有高能PVD溅射批产能力强,作用温度低,成本低,更适用于大规模批量生产。
本发明制备方法适用性强,不仅可以实现陶瓷通孔的金属化,还适用于玻璃、硅、蓝宝石等其他基板材料的深孔金属化,具有通用性。
本发明工艺技术路线简单,在不用反应离子刻蚀、高能PVD等高值设备的条件下,采用常规成熟的磁控溅射设备即可实现金属化,能够实现全国产化且自主可控。
实施例1:
本实施例中,深孔金属化转接板的制备方法如下:
(1)以99氧化铝陶瓷作为基板材料,采用高能脉冲激光的方法打孔,清洗后备用;
(2)在通孔转接板上下两面进行等离子清洗活化,随后进行双面磁控溅射第一种子层镍铬,使得表面连续覆盖,第一金属层厚度为1μm;
(3)将步骤(2)样品进行水清洗,然后进行真空脱泡处理,随后进行化学敏化一层金属粘附层,敏化剂为ZS-885敏化剂,最后进行化学镀,化学镀的条件为30℃温度下,均匀流动,所用试剂为化学沉铜ZS-600,实现深孔内壁种子层连续全覆盖,该层厚度为1.5μm-2μm。
(4)将步骤(3)样品进行清洗去除金属离子,并脱泡处理,随后安装夹具,放入深孔电镀槽内;
(5)将步骤(4)样品采用直流方式进行电镀,电镀条件为2ASD;
(6)将步骤(5)样品进行机械磨抛去除电镀生长的多余面铜,使铜柱与基板在同一平面上,抛光粗糙度<10nm,TTV<3μm;
(7)根据设计的图形结构,将步骤(6)样品进行常规的真空镀膜,并采用涂胶-烤胶-曝光-显影-刻蚀工艺实现金属图形化;
(8)将步骤(7)样品进行多层重布线,具体流程:涂胶-烤胶-曝光-显影-刻蚀-孔内金属填充-CMP化学机械抛光-真空镀金属膜,重复多次,即得到多重布线转接板。
实施例2:
本实施例中,深孔金属化转接板的制备方法如下:
(1)以石英玻璃作为基板材料,采用高能脉冲激光刻蚀的方法打孔,清洗后备用;
(2)在通孔转接板上下两面进行等离子清洗活化,随后进行双面磁控溅射第一种子层钛钨,使得表面连续覆盖,第一金属层厚度为2μm;
(3)将步骤(2)样品进行水清洗,然后进行真空脱泡处理,随后进行化学敏化一层金属粘附层,敏化剂为ZS-885敏化剂,最后进行化学镀,化学镀的条件为30℃温度下,均匀流动,所用试剂为化学沉铜ZS-600,实现深孔内壁种子层连续全覆盖,该层厚度为1.6μm-2.2μm。
(4)将步骤(3)样品进行清洗去除金属离子,并脱泡处理,随后安装夹具,放入深孔电镀槽内;
(5)将步骤(4)样品采用直流方式进行电镀,电镀条件为1.5ASD;
(6)将步骤(5)样品进行机械磨抛去除电镀生长的多余面铜,使铜柱与基板在同一平面上,抛光粗糙度<10nm,TTV<3μm;
(7)根据设计的图形结构,将步骤(6)样品进行常规的真空镀膜,并采用涂胶-烤胶-曝光-显影-刻蚀工艺实现金属图形化;
(8)将步骤(7)样品进行多层重布线,具体流程:涂胶-烤胶-曝光-显影-刻蚀-孔内金属填充-CMP化学机械抛光-真空镀金属膜,重复多次,即得到多重布线转接板。
对实施例1和2,以及常规高能PVD溅射方法制成的深孔金属化转接板进行切片分析、电镀完后表面金属厚度和翘曲度测试,测试结果如表1。
表1测试结果表
数据结果表明,磁控溅射+化学镀二步金属种子层制备方法,比传统的高能PVD方法在产能、翘曲度、深孔电镀气孔率方面更优。磁控溅射的方法,能够在镜面抛光的基板材料表面实现较好的附着力,但由于微孔处有较强的尖端放电效应的屏蔽影响,无法实现深孔侧壁的金属化,仅靠近表面的孔壁有金属,金属离子无法进入深孔内部,基板中间处几乎没有金属覆盖,导致金属化不连续,无法实现电镀。化学镀虽然溶液浸润性较强,可实现深孔内壁金属全覆盖,且内壁因激光或机械法打孔,侧壁较粗糙,附着力好,然而化学镀的前提是需要将材料进行粗化处理,提升金属附着力,但针对镜面抛光的基板化学镀后表面附着力极差,表面金属与孔内金属极易剥离不连续,无法实现电镀。本发明针对常规PVD高能溅射的方法进行双面金属化的过程中容易出现金属屏蔽现象导致金属不连续,且一次只能加工数片样品,产能低的缺陷,采用二步金属化的方式实现深孔+表面金属的连续全覆盖,确保深孔电镀的可靠性。另外,电镀填实后表面金属厚度为需要去除的金属厚度,该部分厚度越大,去除越困难,本发明与传统方法相比,有效降低了该部分金属的厚度,有利于降低成本,简化工艺。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明,不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解,在不偏离本发明精神和范围的情况下,可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进,这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,包括:
S1在基板上加工通孔;
S2采用磁控溅射的方法,形成连续全覆盖基板上下表面的第一种子层;
S3采用化学镀的方法,形成连续全覆盖通孔内壁的第二种子层;
S4采用电镀的方法,使电镀金属填充于通孔内部;
S5去除位于基板上下表面的第一种子层以及步骤S4中在基板上下表面形成的多余电镀金属;
S6对步骤S5所得样品进行金属图形化及多重布线,得到深孔金属化转接板。
2.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S1中,基板包括玻璃基板或陶瓷基板;
玻璃基板所用材料包括石英玻璃、硼硅玻璃或锂硅玻璃;
陶瓷基板所用材料包括95瓷氧化铝、96瓷氧化铝、99瓷氧化铝、氮化铝、软磁铁氧体或石英陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S1中,加工通孔的方法为高能脉冲激光刻蚀或机械钻孔。
4.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S2中,第一种子层的厚度为10nm~2μm;
步骤S3中,第二种子层的厚度为10nm~10μm。
5.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S2中,第一种子层的材料包括钛、钛钨、镍铬或铝中的一种以上;
步骤S3中,第二种子层的材料包括镍或铜中的一种以上;
步骤S4中,电镀金属为铜。
6.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S3中,首先利用化学敏化的方法在通孔内壁形成金属粘附层,再采用化学镀的方法形成连续的第二种子层。
7.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S4中,电镀的方式为正向脉冲、直流或双向脉冲,电镀的条件为0.1ASD~4ASD。
8.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S4中,填充于通孔内部的电镀金属为金属柱结构;
步骤S5中,采用机械磨抛的方法去除位于基板上下表面的第一种子层以及步骤S4中在基板上下表面形成的多余电镀金属,使金属柱结构的上下两端面与基板的上下表面齐平。
9.根据权利要求8所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,机械磨抛后表面的粗糙度<10nm,TTV<3μm。
10.根据权利要求1所述的一种深孔金属化转接板的制备方法,其特征在于,步骤S2进行之前,对基板进行等离子活化;
步骤S3和S4进行之前,分别对样品进行清洗和真空脱泡处理。
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