JP2016534222A - ポリマー表面への銅の接着性を高めるための方法 - Google Patents

ポリマー表面への銅の接着性を高めるための方法 Download PDF

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Abstract

本書に開示される技術は、金属層とポリマー層との接着を可能にするため、基板上のポリマー層をコンディショニングするための方法及びシステムである。当該技術は、ポリマー層の表面上に窒化物層を生成するため、前記ポリマー層を窒素含有プラズマでコンディショニングすることを包含し得る。別の実施形態において、コンディショニングステップは、窒素リッチな環境において低パワー銅スパッタリングプロセスを使用して、ＣｕＮ層を堆積するステップを包含してよい。コンディショニングプロセスの後、良好な接着特性でポリマー層上に銅を堆積するため、高パワー銅堆積もしくはスパッタリングプロセスを使用してよい。

Description

３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７８（ａ）（４）に従い、本願は、参照により本明細書に明示的に援用される、先に出願された同時係属仮出願番号６１／８６２７３５の利益及び優先権を主張する。
本書に開示される技術は、半導体製造に関し、より具体的には、露出されたポリマー表面を有してよいワークピースもしくは基板の表面上に金属を堆積することに関する。
半導体製造において、金属膜は、種々の表面、例えばケイ素、パッシベーションコーティング、他の金属、及びポリマーコーティング等、上に物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスによってスパッタされてもよい。一般に、ポリマー表面へのほとんどの金属の接着性(adhesion)が悪い。特殊な表面処理、又はポリマー表面への金属の接着性を改善するために使用することができる特定の処理条件を開発することが望ましい場合がある。
一般的に、ポリマー層は、金属層の接着(adhering)に対して導電性(conductive)ではない。しかしながら、金属層の接着性を改善するために、ポリマー層は、処理もしくは調整(コンディショニング、conditioned)されてもよい。処理もしくはコンディショニングは、ポリマー層及び上に重なる金属層に接着する接着層を生成すること、及び／又は上に重なる金属層の接着性を高めるためにポリマー層の表面を処理することを包含し得る。１つの特定の用途は、電磁干渉（ＥＭＩ）遮蔽を提供するため、成形された(molded)集積回路（ＩＣ）パッケージの表面への金属層、例えば銅（Ｃｕ）の堆積(deposition)を包含し得る。従来の物理蒸着（ＰＶＤ）技術を使用して堆積された(deposited)Ｃｕは、下側層(underlying layer)（例えば、ＩＣパッケージ表面）に対して不十分な接着性を示すかもしれない。そして接着性を改善するため、前処理プロセスを使用してよい。
窒素を含有する気体環境へのポリマー層の曝露(exposure)は、様々な金属の接着性を向上させ得る。一実施形態では、二段階の金属堆積プロセスは、ポリマー層上に金属層を堆積させるために使用され得る。第１のステップにおいて、窒素及びアルゴンガスの混合物は、ポリマー層と金属層との間の接着を促進するために低パワー堆積ステップの間に使用されてもよい。金属の接着性を改善するように表面状態もしくはエネルギーを変更するために、原子状(atomic)窒素（Ｎ）、二原子状(diatomic)窒素（Ｎ２）、原子状窒素イオン（Ｎ＋）、二原子状窒素イオン（Ｎ２ ＋）、又は準安定(metastable)窒素（Ｎ＊、Ｎ２ ＊）等を包含するが、これらに限定されない窒素含有化学種(species)は、衝撃を与え(impact)、相互作用し、及び／又はポリマー層内に包埋される(embed)。別の一実施形態では、上に堆積される(deposited on)金属膜のために改質界面(modified interface)を生成するため、金属の薄い層が、窒素アルゴンプラズマの存在下、低堆積速度で堆積されてもよい。第２のステップにおいて、高パワー堆積ステップし使用して、コンディショニングされたポリマー層の最上部に金属層を堆積してよい。この場合、ガス混合物は、アルゴン及びとにかく(if at all)第１のステップよりも実質的に少ない窒素を含んでよい。その結果、この金属層の金属濃度は、窒素アルゴンプラズマの存在下堆積されたかもしれないいずれの金属よりも高くてよい。
一実施形態では、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバは、ポリマー層上に接着(adhesion)層、次いでオーバーレイする(overlaying)金属層を生成するのに、使用されることができる。しかし、別の一実施形態では、プラズマエッチチャンバが、接着層を生成するのに使用されてよく、そしてＰＶＤチャンバを、オーバーレイする金属層を生成するのに使用されてよい。ＰＶＤチャンバ及びプラズマエッチチャンバは、同じツールの上に共に配置されていてよく(co-located)、別々のツールの上でそれぞれ使用されてもよい。
第１のステップの間、ＰＶＤチャンバは、窒素をイオン化するために低マグネトロン又は無線周波数（ＲＦ）パワーに結合された(coupled)窒素ガスの混合物を使用してよい。中性及びイオン化された窒素成分(constitutents)は、ポリマー層に接触もしくは中に包埋されるようになり、そしてポリマー層の金属接着性を向上させ得る。一実施形態では、窒素ガスの混合物は、最大(up to)５０％のアルゴンを含むことができる。マグネトロンもしくは電極に印加される電力（power）は、２Ｗ／ｃｍ２以下であってよい。特定の一実施形態では、印加される電力は、約０．１Ｗ／ｃｍ２であり得る。別の一実施形態では、ＰＶＤチャンバは、また、窒素ガスの混合物イオン化の間、少量の銅を堆積してもよい。プロセス圧力は、１乃至２０ｍＴｏｒｒの範囲、及びより具体的には２乃至１５ｍＴｏｒｒの範囲であり得る。これは、ポリマー層上に窒化銅の１０乃至５００Ａの堆積層になり得る。
プラズマエッチチャンバの実施形態において、イオン化又は一実施形態では、低エネルギープラズマ源は、分子状窒素ガスをイオン化もしくは解離することができる。一実施形態において、ポリマー基板は、金属堆積のためのＰＶＤチャンバにその場で(in-situ)移送され得る(transferred)。この場合、ポリマー基板は、周囲の大気に曝露されることなくＰＶＤチャンバに移送される(transferred)。
第２のステップの間、ＰＶＤチャンバは、アルゴン優勢な(dominant)ガス混合物及び２Ｗ／ｃｍ２より大で、最大２０Ｗ／ｃｍ２である電力設定を使用して、接着層の上に銅を堆積し続けてよい。特定の一実施形態では、第２のステップ銅層は、約１μｍを超えてもよい。
さらなる利点と一緒になった、上述した技術の利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによってより良く理解することができる。図面において、類似(like)参照符号は、各種図(different views)全体を通して同じ部分を一般的に意味する。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、その代わり、技術の原理を説明することに強調が置かれている。
図１は、ポリマー基板上に接着層と金属層とを生成するために使用されるＰＶＤチャンバの概略図を示す。 図２は、金属層を接着させるためのポリマー基板をコンディショニング(condition)するのに使用してよいプラズマエッチチャンバの概略図を示す。 図３は、ポリマー基板上に金属層を堆積させるための方法のフロー図を示す。図３は、当該方法の実施中のポリマー基材の代表的な断面を包含する。 図４は、ポリマー層上に金属層を堆積させるための方法の別のフロー図を示す。図４は、当該方法の実施中のポリマー基板の代表的な断面を包含する。 図５は、ポリマー層上に金属層を堆積するステップの前、ポリマー層を処理するための方法のフロー図を示す。図５は、当該方法の実施中のポリマー基板の代表的な断面を包含する。
詳細な説明
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明されるが、本発明は、実施形態の多くの代替形態で具体化することができることを理解すべきである。さらに、要素又は材料のいずれの適切なサイズ、形状、又はタイプを使用することができる。例えば、ポリマー−金属構造が説明されている一方で、本明細書に記載された方法及び装置は、他のマイクロスケールのフィーチャ(features)に適用してよい。
図１は、処理ツール１００の概略図を示す。処理ツール１００は、接着層（図示せず）と、基板チャック１０６に結合されたポリマー基板１０４上の金属層（図示せず）と生成するのに使用されてよいＰＶＤチャンバ１０２を包含してよい。ＰＶＤチャンバ１０２は、電源１０８、ガス配送システム１１０、真空システム１１２に結合されてよい。
電源１０８は、ポリマー基板１０６上に堆積もしくはスパッタリングされ得る金属を提供し得る金属源(source)もしくはターゲット１１４に接続され得る。一実施形態において、金属源１１４は、１以上のバリエーション及び濃度において銅を包含し得る。図１におけるＣｕ矢印によって示されるように、ポリマー基板１０６に向かって銅イオンを堆積もしくはスパッタリング可能にするため、電源１０８は、金属源１１４に電力（power）（例えば、２０Ｗ／ｃｍ２から１Ｗ／ｃｍ２まで(up to)）を印加し得る。電源１０８と併せて、真空システム１１２は、スパッタリングプロセスの際、２乃至１５ｍＴのプロセス圧力を維持し得る。そしてスパッタリングプロセスの際のアルゴン環境を維持するため、ガス配送システム１１０は、アルゴンガス１１６をも提供し得る。スパッタリングプロセスに加えて、ＰＶＤチャンバ１０２はまた、ポリマー基板１０４上の接着層をコンディショニングする(condition)、及び／又は堆積するのにも使用され得る。
一般に、窒素ガス混合物及びすぐ上に記載されるスパッタリングプロセスと比べて、金属源１１４に印加される低い電力(power)を使用して、接着層は、コンディショニングもしくは堆積されてよい(the conditioning or the adhesion layer)。一実施形態において、窒素ガス１１８は、５０％までアルゴンガス１１６と混合されてよい。電源１０８は、コンディショニングプロセスの間、２０Ｗ／ｃｍ２まで金属源１１４に電力を印加してよい。プロセス圧力は、１ｍＴｏｒｒと２０ｍＴｏｒｒとの間で変化してよい。接着層内の窒素及び／又は銅の濃度は、種々の(different)ガス流、電力、及び圧力と共に変化してよい。一実施形態において、窒素及びアルゴンガスの濃度は、チャンバ内へのガス流量によって制御される（例えば、アルゴン１１６、Ｎ２１１８）。ガス流量は、マスフローコントローラを介して制御されてよい。しかしながら、ガスの濃度は、その他の手段によって制御されてもよい。その他の手段は、存在するＮ２及びＡｒの量を決定するため、処理ツール１００に結合されるサンプリングＰＶＤチャンバ１０２を包含してよい。
別の一実施形態において、ポリマー基板１０４コンディショニングは、図２に示されるように、処理ツール１００に結合されてよい処理プラズマエッチチャンバ２００を使用することにより達成される。ポリマー基板１０４は、プラズマ基板チャック２０２の上に置かれても、又はプラズマ基板チャック２０２に結合されてもよい。プラズマエッチチャンバ２００は、無線周波数（ＲＦ）電源２０４、ガス配送システム２０６、及び真空システム２０８に結合されてよい。
一実施形態において、コンディショニングプロセスは、窒素リッチ処理環境を可能にする、窒素２１２及びアルゴン２１４ガス混合物を含んでもよい。真空システム２０８は、プロセス圧力を、０．５と１０ｍＴｏｒｒとの間の設定ポイントに制御し得る。ＲＦ電源２０４は、電極２１０にパワーを印加し得る。電極２１０は、ポリマー基板１０４の上に配置され得る。
原子状(atomic)窒素（Ｎ）、二原子状(diatomic)窒素（Ｎ２）、原子状窒素イオン（Ｎ＋）、二原子状窒素イオン（Ｎ２ ＋）、又は準安定(metastable)窒素（Ｎ＊、Ｎ２ ＊）等を包含するが、これらに限定されないプラズマを生成するため、窒素アルゴンガス混合物を十分にイオン化するため、ＲＦ電源２０６は、パワーを電極２１０に供給し得る。コンディショニングプロセスに続いて、ポリマー基板１０４は、図１の説明で前述したように、金属層を堆積させるため、ＰＶＤチャンバ１０２にその場で(in-situ)移動されてよい。
プラズマチャンバ２００は、容量結合、誘導結合、マイクロ波源、電子サイクロトロン共鳴、及び／又はラジアルラインスロットアンテナ源を包含するが、これらに限定されない複数の異なるやり方で実装されてよい。これにより、プラズマチャンバ２００は、当技術分野で公知の技術を使用するように構成することができる。例えば、電極２１０は、容量結合のための平行平板電極、誘導結合のためのループもしくはヘリカルアンテナ、等を包含してよいが、これらに限定されない。
別の一実施形態において、プラズマエッチチャンバ２００もしくはガスクラスターイオンビームツール（図示せず）、窒素プラズマを生成し得る。窒素プラズマは、原子状(atomic)窒素（Ｎ）、二原子状(diatomic)窒素（Ｎ２）、原子状窒素イオン（Ｎ＋）、二原子状窒素イオン（Ｎ２ ＋）、又は準安定(metastable)窒素（Ｎ＊、Ｎ２ ＊）等を包含するが、これらに限定されない。この窒素プラズマは、修正されたプラズマチャンバ（図示せず）によって生成することができる。その変更されたプラズマチャンバは、基板に近いシース境界層電位を制御できるかもしれない。このやり方において、シース電位が調節されると、修正されたプラズマチャンバ内の窒素イオンは、ポリマー層に向けられてよい。別の一実施形態において、上に特定された化学種(species)を含有するが、これらに限定されない窒素イオンビームが製造されてよい。イオンビームは、バケット型（Ｋａｕｆｍａｎ型）イオン源により、又はガスクラスターイオンビームツール（図示せず）により生成されてよい。ビームは、ナノスケールレベルで、イオンのエネルギーフラックスによりポリマー層を変性する（modify）のに使用されてよい。
図３は、ポリマー層３１２を含むことができる基板３１０上に金属層３１８を堆積させるための方法のフロー図３００を示している。当該方法のフロー図３００の右側には、当該方法により実施され得る１以上のステップの代表的な図がある。概して、当該方法は、ポリマー層３１２の金属接着性(adhesion)を高めるために使用されてよい。当該方法は、金属接着性を高めるため、ポリマー層をコンディショニングし得る第１のステップと、コンディショニングされた(conditioned)ポリマー層３１２の上に、金属（例えば銅）を堆積し得る第２のステップとを包含し得る。方法のフロー図３００は、いかに当該方法を実施し得るかについての一例である。その他の実施形態において、当該方法のステップは、異なる順序で実行されてもよく、及び／又はステップの１つ以上が省略されてもよい。特定の一実施形態において、経時的に(over time)ＰＶＤチャンバ１０２内の窒素及び銅の濃度を調整するやり方において、コンディショニング及び金属堆積は、並行して(concurrently)発生する可能性がある。
方法３００を参照すると、ブロック３０２において、基板チャック１０６は基板３１０を受け取ってよい。基板３１０は、露出された（exposed）ポリマー層３１２もしくは表面であり得る。一実施形態において、基板は、ケイ素基板、ガリウム砒素基板、又はいずれのその他の半導体基板を含有し得るが、これらに限定されない。特定の一実施形態において、基板は、電磁干渉（ＥＭＩ）に対する保護層としてのポリマー層３１２を使用することができる電子デバイス（図示せず）を包含し得る。電子デバイスは、鋳型(molding)内でパッケージ化（packaged）されてよい。鋳型は、環境から電子デバイスを、又はその逆に電子デバイスから環境を、電気的に絶縁する(isolate)。但し、電子デバイスへ、もしくは電子デバイスから電流を運ぶことが意図され得る経路沿いを除く。電気的絶縁(isolation)は、電子機器の動作に統合されることを意図していないその他のデバイスもしくはコンポーネントよって生成された電磁信号を包含するが、これらに限定されない。電子デバイスの遮蔽は、パッケージ化電子デバイスを、金属層で少なくとも部分的にカプセル化される（encapsulated）ことにより達成され得る。金属層は、アース(electrical ground)に結合されてもよい。遮蔽(shielding)はまた、その他のデバイスもしくはコンポーネントから、遮蔽デバイスにより生成したノイズを遮蔽してもよい。
一実施形態において、複数のパッケージ化された電子デバイスは、トレイによって運ばれ、及び／又はトレイ内で処理されてよい（例えば、ＪＥＤＥＣ（電子機器技術評議会、Joint Electron Device Engineering Council）標準トレイ）。同時での、複数のパッケージ化された電子デバイスのバッチ処理は、サイクル時間及び製造コストを低減し得る。
ポリマー層３１２は、ポリマー又は半ポリマー(semi-polymeric)であり得るエポキシ樹脂を包含し得るが、これらに限定されない。エポキシは、樹脂成分及び硬化剤成分を包含してよい。両性分が一緒に混合されると、両性分は結合して固体材料を形成する。特定の一実施形態において、ポリマー層は、シリコーン含浸エポキシ樹脂を含んでよい。一般的には、ポリマー層３１２は、不十分な固有金属接着特性を有し得る。それにより、適用された金属層は、ポリマー層３１２からの剥離もしくは分離を起こし得る。従って、ポリマー３１２は、その金属の接着性(adhesion capability)を高めるためにコンディショニングプロセスを使用してよい。
ブロック３０４において、ＰＶＤチャンバ１０２又はプラズマエッチチャンバ２００は、アルゴン窒素プラズマ３１４で露出されたポリマー層３１２を処理することにより、露出されたポリマー層３１２をアクティベートし得る。アクティベーションは、ポリマー層３１２に対して金属もしくは銅の接着を作成する可能性が高いやり方でポリマー層の表面エネルギーもしくは表面状態を変化させることを包含し得るが、これに限定されない。一例において、ポリマー層３１２の表面は、変性した(altered)もしくは追加の結合を包含し得る。そのような結合は、未コンディショニングポリマー(unconditioned)層３１２よりも、銅とより強く接着し得る。
コンディショニングは、等方性及び/又は異方性の方法で、ポリマー層３１２に衝突する(bombarding)窒素イオンもしくは原子に起因して発生し得る。窒素イオンは、表面を変性(alter)もしくはアクティベートし得る。いずれにしても、衝撃を与えた又は埋め込まれた表面は、金属層の接着を促進することができる接着層３１６の少なくとも一部を作成し得る。上に重なる(overlying)銅層は少なくとも０．２μｍであり得る。特定の一実施形態において、接着層３１６は、３００Ａと８００Ａとの間の範囲である。当該範囲は、ターゲット厚さ０．２μｍ乃至１２μｍを有する、上に重なる銅層を収容し得る。
ブロック３０６において、ＰＶＤチャンバ１０２は、窒素含有プラズマ３１４を使用してアクティベートされた後の、露出されたポリマー層３１２の上の銅の接着層３１６として第１の銅含有層を堆積し得る。例えば、当該方法は、
希ガスと窒素含有ガスとを含有する第１のプロセスガスを導入するステップと、
２Ｗ／ｃｍ２以下の第１の電力条件において作動される銅ターゲット（例えば金属源１１４）から銅をスパッタリングするステップと
を包含してよい。窒素含有ガスは、窒素の濃度は１％乃至５０％の範囲である窒素アルゴン混合物を包含し得る。特定の一実施形態において、最大(up to)３μｍの銅層に接着するため、窒素混合物は約５％であり得る。他の実施形態において、窒素濃度は、より厚い(thicker)金属スタックのために、より高い百分率でありえる。窒素濃度はまた、これらの金属スタックの上に堆積されてもよい他の材料のために最適化されてもよい。一実施形態において、少なくとも図１に示されるように、窒素及びアルゴンガスの濃度は、チャンバ内へのガス流量によって制御される（例えば、アルゴン １１６、Ｎ２ １１８）。ガス流量は、マスフローコントローラを介して制御されてよい。しかしながら、ガスの濃度は、その他の手段によって制御されてもよい。その他の手段は、存在するＮ２及びＡｒの量を決定するため、サンプリングＰＶＤチャンバ１０２を包含してよいが、それに限定されない。
一実施形態において、露出されたポリマー層３１２のアクティベートは、第１の処理チャンバ（例えば、プラズマエッチチャンバ２００）内で発生し、及び第１の銅含有層の堆積は、第２の処理チャンバ（例えば、ＰＶＤチャンバ１０２）内で発生する。この場合、基板１０２は、第２の銅含有層（例えば、金属層３１８）の堆積を可能にするために、周囲大気条件に暴露されることなく、プラズマエッチチャンバ２００からＰＶＤチャンバ１０２へと移動されてよい。しかしながら、別の実施形態では、ＰＶＤチャンバ１０２は、ポリマー層３１２をアクティベートし、且つ第１の銅含有層３１６を堆積させてよい。
ブロック３０８において、ＰＶＤチャンバ１０２は、物理蒸着プロセスを介して、第１の銅含有層（例えば、接着層３１６）の上に、第２の銅含有層（例えば、金属層３１８）を堆積してよい。第２の銅含有層は、第１の銅含有層よりも高濃度の銅を含んでよい。別の言い方をすれば、第１の銅含有層は、第２の銅含有層よりも高い窒素濃度を有してよい。第２の銅含有層はまた、第１の銅含有層よりも厚く(thicker)てよい。
特定の一実施形態において、第１の銅含有層と第２の銅含有層とは、単一の連続的な堆積プロセスとして発生する。例えば、基板３１０上に堆積される膜の銅濃度を変更するため、プロセス条件（例えばガスフロー、パワー、等）を調整することにより、両方の層は、同一ＰＶＤチャンバ１０２内で堆積されてよい。一例において、プロセスの変更は、窒素濃度を低下させること、及びターゲット１１４に印加されるパワーを増加することを包含してよい。これにより、増加する厚さ(thickness)と共に、比較的高い濃度から、低い又はゼロ濃度に遷移する窒素濃度(concentration)をもたらし得る。ポリマー層３１２からの距離が増加するにつれ、金属スタック内の窒素濃度は減少し得る。このやり方において、ポリマー層３１２のアクティベートもしくは曝露と、銅の堆積とは、並行して(concurrently)もしくは同時に(simultaneously)行われてよい。
ポリマー層３１２と、第１の及び／又は第２の銅含有層３１６、３１８との接着は、銅層内の応力を制御もしくは変更することによって調整され得る。ＰＶＤスパッタリングシステムにおいて、ガス圧力が低下し、且つイオン衝撃が増加されると、一般に傾向は、引張応力(tensile)から圧縮膜応力に遷移しているプロセスの間、ガス圧力を変化させることにより、これを調整することができる。この効果は、不均衡マグネトロンが使用される場合、又は印加された基板バイアスが可能である場合においても達成可能である。応力(stress)(及びおそらく金属−ポリマー界面における接着性)に影響を与える外部要因、例えばデバイスのインサービス温度範囲、ポリマーの特性（熱硬化性と、熱可塑性との対比）及び、サービス中の機械的応力（引張、圧縮、ねじり、等．．．）を、適用(application)のための適切な固有膜応力をテーラリング(tailoring)する際に考慮すべきである。
図４は、ポリマー基板４０８の上に金属層（例えば、銅層４１６）を堆積するための別の方法４００を示し、且つ当該方法４００の実施中のポリマー基板４０８の代表的な断面を包含する。その他の実施形態において、当該方法のステップは、異なる順序で実行されてもよく、及び／又はステップの１つ以上が省略されてもよい。特定の一実施形態において、経時的に(over time)ＰＶＤチャンバ１０２内の窒素及び銅の濃度を調整するやり方において、コンディショニング及び金属堆積は、並行して(concurrently)発生する可能性がある。
ブロック４０２で、ＰＶＤチャンバ１０２は、露出されたポリマー表面（４１０）を有する基板４０８を受け取ることができる。ＰＶＤチャンバ１０２は、真空を生成し、且つ基板を大気圧未満の(sub-atmospheric)条件に曝露してよい。例えば、圧力は約１ｍＴｏｒｒ乃至約２０ｍＴｏｒｒの範囲であり得る。特定の一実施形態において、圧力は２ｍＴｏｒｒ乃至約１５ｍＴｏｒｒの設定ポイントを包含してよい。
ブロック４０４において、ＰＶＤチャンバ１０２は、窒素プラズマ４１４を包含し得る第１の窒素含有環境内で、露出されたポリマー表面４０８の上に直接第１の銅含有層４１２を堆積してよい。堆積プロセスは、希ガスと窒素含有ガスとを含有する第１のプロセスガス混合物を導入するステップを包含してよいが、これに限定されない。特定の一実施形態において、希ガスは、アルゴンであり得、そしてガス混合物の少なくとも５０％までを構成し得る。ＰＶＤチャンバ１０２は、また、第１の電力条件で作動される銅ターゲット１１４から銅をスパッタしてもよい。第１の電力条件は、基板の単位面積当たりのスパッタ電力２Ｗ／ｃｍ２以下を包含する。第１の銅含有層のターゲット厚さは、約１０オングストロームから約５００オングストロームの範囲である。第１の銅含有層４１２はＣｕＮｘである。式中、ｘはゼロ以外の実数である。
ブロック４０６において、ＰＶＤチャンバ１０２は、第１の銅含有層４１２の上に第２の銅含有層４１６を堆積させ得る。堆積プロセスは、希ガスを含有する第２のプロセスガスを導入するステップを包含してよいが、これに限定されない。特定の一実施形態において、希ガスはアルゴンを包含してよい。ＰＶＤチャンバ１０２は、また、第２の電力条件で作動される銅ターゲット１１４から銅をスパッタしてもよい。第２の電力条件は、基板の単位面積当たりのスパッタ電力２Ｗ／ｃｍ２より大を包含する。第２の銅含有層の厚さは約１ミクロンを超えてもよい。特定の一実施形態において、第２の銅含有層４１６は、実質的に銅である。
図５は、ポリマー層上に金属層を堆積するステップの前、ポリマー層で基板を処理するための方法のフロー図５００を示す。図５は、当該方法の実施中のポリマー基板の代表的な断面を包含する。パッケージ化電子デバイス５０８は、電気リード線（図示せず）又はボールはんだ接合部（図示せず）を有してよい。電気リード線又はボールはんだ接合部は、パッケージ化電子デバイス５０８をプリント回路基板もしくは別の電子デバイスに、電気的に結合可能にする。パッケージ化された電子デバイス５０８の上に堆積される銅層５１２は、ＥＭＩ遮蔽を提供してもよく、且つアース（図示せず）に結合されてもよい。パッケージ化された電子デバイスによってインターセプト時、電気的干渉を引き起こす可能性がある電磁エネルギーは、銅層５１２により、地面に向けられてよい。
ブロック５０２において、ポリマー層５１０又は材料を含むパッケージ化電子デバイス５０８は、エッチチャンバ２００に供給され得る。一実施形態において、ポリマー材料５１０は、パッケージ化電子デバイス５０８を実質的に覆う、エポキシ樹脂又はシリコーンを含浸させたエポキシを有する。ポリマー層５１０は、パッケージ化電子デバイス５０８の上に堆積される次の相のための接着層として使用されてよい。特定の場合において、接着層を条件付けしてもよいし、ポリマー層５１０と次の堆積層との間の接着性を高めるため、接着層はコンディショニング又は前処理されてよい。
ブロック５０４において、ポリマー層５１０は、エッチチャンバ２００により生成された窒素含有化学種を有するプラズマに曝露されてよい。は、原子状(atomic)窒素（Ｎ）、二原子状(diatomic)窒素（Ｎ２）、原子状窒素イオン（Ｎ＋）、二原子状窒素イオン（Ｎ２ ＋）、又は準安定(metastable)窒素（Ｎ＊、Ｎ２ ＊）等を包含してよいが、これらに限定されない。プラズマは、大気圧未満の圧力でエッチチャンバ２００内に窒素（Ｎ２）ガスを導入するステップと、ＲＦ電源２０４によって供給される電力を使用してガスにエネルギー付与する(energizing)ステップとによって、生成されてよい。窒素イオンもしくは原子は、ポリマー層５１０に向けられてもよく、及び表面を粗面化されてよく、及び／又はポリマー層５１０の化学組成を変化させてよい。得られる表面粗さ及び／又は化学組成は、次の層（例えば銅層５１２）との接着の親和性を増大させ得る。
一実施形態において、プラズマは、０．５と１０ｍＴｏｒｒとの間の大気圧未満の(sub-atmospheric)プロセス条件を使用して生成され得る。窒素又は窒素ともう一つの希ガス（例えば、＞２５％ Ａｒ）との組み合わせ物を、圧力でエッチチャンバ２００に導入してよい。エッチチャンバ２００は、ＲＦ電極を包含し得る。ＲＦ電極はエッチチャンバ２００を横切って電力を分配し得る。Ｎ２分子を分割し、且つ単原子状(monoatomic)窒素から電子を除去する（displacing）ことにより単原子状窒素イオン（Ｎ＋）を形成するため、電力(power)は、ガスと相互作用し得る。プラズマは、等方性又は異方性の方法でポリマー層５１０に衝突し得る(bombard)。
ブロック５０６において、銅層５１２を、スパッタリング技術を使用して露出されたポリマー層５１０の上に堆積させることができる。一実施形態において、銅層５１２を、図１の説明に記載されているように、スパッタチャンバー１０２を使用して物理的蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して堆積することができる。
一実施形態において、スパッタリングプロセスは、希ガス（例えばＡｒ）と窒素とのガス混合物をスパッタチャンバ１０２内へ供給するステップを包含してよい。ポリマー層５１０の上にスパッタチャンバ１０２内部の金属ターゲット１１４からの金属をスパッタするため、マグネトロン（例えば電源１０８）は、スパッタチャンバー１０２内に電力を供給してよい。特定の一実施形態において、マグネトロンにより供給される電力は、１Ｗ／ｃｍ２より大きくてよい。銅層５１２は、厚さ(thickness)１乃至１５μｍの範囲であり得る。
なお、上述の説明は、本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。様々な代替及び修正は、本発明から逸脱することなく当業者によって考案され得る。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入るそのような全ての代替、修正及び変形を包含することが意図される。

Claims (20)

  1. ポリマー材料に銅を接着させる方法であって、
    基板に対する銅含有層の接着性を高めるために、窒素含有環境に基板を曝露するステップであって、前記基板は、少なくとも部分的にポリマー材料で被覆されている半導体デバイスのトレイを有するステップと、
    基板の上に存在するポリマー材料の表面上に銅含有層を堆積するステップと
    を有する、方法。
  2. 前記堆積するステップと曝露するステップとは、並行して行われる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記曝露するステップは、前記堆積するステップに先立って行われる、請求項１に記載の方法。
  4. ターゲット層厚さを達成するため、前記銅含有層が堆積されるとき、前記銅含有層は、実質的にＣｕに遷移するポリマー表面に近接したＣｕＮｘを有する、
    請求項１に記載の方法。
  5. 前記銅含有層はＣｕＮｘを有し、且つ前記銅含有層の窒素含有量は、ポリマー表面からの距離と共に減少する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記基板は、プリント回路基板又は別の電子デバイスに結合することができるカプセル化電子デバイスを有する、請求項1に記載の方法。
  7. 前記堆積するステップは、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを実行することを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記曝露するステップは、ポリマー表面を窒素含有プラズマに曝露することを含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記曝露するステップは、ポリマー表面を窒素もしくは窒素含有イオンビームに曝露することを含む、請求項１に記載の方法。
  10. パッケージ化された電子デバイス上に金属層を堆積させる方法であって、当該方法は、
    露出されたポリマー表面を有する前記パッケージ化された電子デバイスを受け取るステップと、
    前記露出されたポリマー表面に窒素含有プラズマを適用するステップと、
    前記窒素含有プラズマを使用してアクティベートされた後の前記露出されたポリマー表面上に銅含有層を堆積するステップと
    を有する、方法。
  11. パッケージ化された電子デバイス上に金属層を堆積する方法であって、当該方法は、
    露出されたポリマー材料を有する前記パッケージ化された電子デバイスを受け取るステップと、
    窒素含有プラズマで露出されたポリマー材料を処理することにより、前記露出されたポリマー材料をアクティベートするステップと、
    物理蒸着プロセスを介して露出されたポリマー材料上に銅層を堆積させるステップであって、前記銅層は、前記パッケージ化された電子デバイスのための電磁遮蔽を提供する提供するステップと
    を有する、方法。
  12. 前記露出されたポリマー材料をアクティベートするステップは、第１の処理チャンバ内で生じ、且つ
    前記銅層を堆積させるステップは、第２の処理チャンバ内で生じる、
    請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第１の処理チャンバは、電極又はアンテナを含むエッチングチャンバを有し、且つ第２の処理チャンバは、マグネトロンを含む物理蒸着チャンバを有する、請求項１２に記載の方法。
  14. 窒素含有プラズマで露出されたポリマー材料を処理するステップは、原子状窒素（Ｎ）、二原子状窒素（Ｎ２）、原子状窒素イオン（Ｎ＋）、二原子状窒素イオン（Ｎ２ ＋）、又は準安定窒素（Ｎ＊、Ｎ２ ＊）を包含するが、それらに限定されない、窒素含有化学種を有する窒素プラズマで前記露出されたポリマー材料を等方性衝突させることを含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 窒素含有プラズマで(to with)露出されたポリマー材料を処理するステップは、原子状窒素（Ｎ）、二原子窒素（Ｎ２）、原子状窒素イオン（Ｎ＋）、二原子窒素イオン（Ｎ２ ＋）、又は準安定窒素（Ｎ＊、Ｎ２ ＊）を包含するが、それらに限定されない、窒素含有化学種を有する窒素プラズマで前記露出されたポリマー材料を異方性衝突させることを含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記銅層を堆積させるステップは、
    希ガスと窒素含有ガスとを含有する第１のプロセスガスを導入するステップと、
    単位面積当たりのスパッタ電力１Ｗ／ｃｍ２以上を包含する電力条件において作動される銅ターゲットから銅をスパッタリングするステップと
    を含む、請求項１１に記載の方法。
  17. 前記露出されたポリマー材料をアクティベートするステップは、アルゴンと窒素プラズマとを混合するステップをさらに有し、混合物は、少なくとも２５％のアルゴンを有する、請求項１１に記載の方法。
  18. カプセル化された半導体デバイスは、前記パッケージ化された電子デバイスの外部にある回路に結合することができる金属接点を含む、請求項１１に記載の方法。
  19. 前記ポリマー材料は、エポキシ樹脂又はシリコーンを含浸させたエポキシを有する、請求項１１に記載の方法。
  20. 前記パッケージ化された電子デバイスは、電気リード又はボール接点を有する、請求項１１に記載の方法。
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