TW202029314A - 用於進階封裝應用的精密再分配內連線形成方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭示了一種使用鉬黏著層將聚醯亞胺基板連接至銅晶種層和鍍銅附件的電子部件的製造方法。

Description

用於進階封裝應用的精密再分配內連線形成方法
本揭示內容的實施例總體上涉及電子部件的封裝。更具體地，本揭示內容的態樣涉及用於在封裝應用中的電子部件之間建立內連線的精密再分配技術。
隨著時間的進展，對電子部件的先進封裝的需求增加。微電子等領域的技術不斷增長，其應用範圍廣泛，從智能手機、可穿戴裝置、電腦和其他消耗電子到汽車、交通、能源、航空航天和國防。展望未來，隨著大數據的指數增長，物聯網(Internet of Things; IoT)的發展以及人工智能(Artificial Intelligence; AI)的發展，對提供可產生所需結果同時又具有能源效率和成本效益的更高效微電子件的需求與日俱增。
儘管在這一年內可以接受封裝電子部件的習用方法，但是接下來幾年則要求效率大大提高。作為非限制性實施例，用於電子部件的晶片尺寸基於定義為線/空間(line/space; L/S)的解析度。所需解析度的路線已從嵌入式晶片應用的25/25μm減小到面板級封裝中更小的15/15μm。
嵌入式晶片構造以外的技術的解析度更加受限。對於有機面板中介層(interposer)技術而言，在未來幾年中所需的解析度將從10/10μm進展到2/2μm。當前使用的基於解析度的技術無法生產未來的電子部件。
當前，在封裝行業中，沒有用於亞微米線/空間解析度的划算高密度再分配線技術。儘管確實存在諸如矽中介層的再分配層技術和嵌入式銅跡線技術之類的技術，但是這些類型的技術成本效率極低，並且不適用於大規模製造。
參照圖1，給出了再分配線技術的比較。對於矽中介層技術而言，適用的平臺是晶圓平臺，且最大的佈線/毫米為1300(L/S .4/.4μm)。上述矽中介層技術的成本較高，並且高頻下的射頻插入損耗相對較高。
進一步參照圖1，嵌入式銅跡線使用具有保形晶種材料的聚合物。像矽中介層技術一樣，嵌入式銅跡線技術也可以在晶圓上使用，最大的佈線/毫米可達300(LS 2/1 μm)。儘管嵌入式銅跡線技術的成本可能相對較低，但由於採用了基於雙重鑲嵌的製程流程，因此需要採取其他步驟來移除銅覆蓋層和晶種層。上述增加的步驟數妨礙了生產的總體時間範圍。在封裝行業中使用非標準設備（即化學機械研磨(chemical mechanical polishing; CMP)工具）以去除銅覆蓋層和去除晶種層的必要性也限制了此方法的總體經濟可行性。
對於所示的半加成製程(Semi-Additive Process; SAP)銅跡線技術，上述方法適用於晶圓技術，並且可以低成本實現最大的佈線/毫米為500(L/S 1/1 μm)。然而，SAP銅跡線技術在高頻下具有高RF插入損耗的顯著缺點。每一種主要的高密度再分配線技術都至少具有一個主要缺點，從而阻礙了它們在對高密度封裝的日益增長的需求中的使用。
需要提供將提供未來所需的解析度趨勢（線/空間）的技術。
這些技術對於大規模生產設施應該是有效率的，並且對於未來的生產需求應該是經濟的。
在一個示例實施例中，揭示了一種用於製造電子部件的方法，包括以下步驟：提供聚醯亞胺基板；用包含鉬的黏著層塗覆聚醯亞胺基板的至少一側；用銅晶種層塗覆黏著層；用光阻劑塗層覆蓋銅晶種層的至少一部分；移除光阻劑塗層的一部分以產生表面特徵；執行鍍銅製程，其中表面特徵填充有銅；移除光阻劑以產生銅表面；在銅表面上執行銅晶種層蝕刻以產生銅蝕刻表面；及在銅蝕刻表面上執行黏著層蝕刻。
在另一個示例實施例中，揭示了一種用於製造電子部件的方法，包括以下步驟：提供帶有含鉬的黏著層和銅晶種層的聚醯亞胺基板；用光阻劑塗層覆蓋銅晶種層的至少一部分；透過遮罩將光阻劑塗層暴露於輻射源；移除光阻劑塗層的一部分以產生從遮罩轉移來的表面特徵；執行鍍銅製程，其中表面特徵填充有銅；移除光阻劑以產生銅表面；在銅表面上執行銅蝕刻以產生銅蝕刻表面；及在銅蝕刻表面上執行黏著層蝕刻。
在另一個示例實施例中，揭示了一種配置，包括：具有第一表面的聚醯亞胺基板；連接至第一表面的鉬黏著層；連接至鉬黏著層的銅晶種層；及連接至銅晶種層的銅層。
在下文中，參考本揭示內容的實施例。然而，應當理解本揭示內容不限於具體描述的實施例。相反，可以考慮以下特徵和元素的任何組合，無論是否與不同的實施例相關，以實現和實踐本揭示內容。此外，儘管本揭示內容的實施例可以實現優於其他可能的解決方案和/或相對於先前技術的優勢，但是透過給定的實施例是否實現特定的優勢並不限制本揭示內容。因此，以下態樣、特徵、實施例和優點僅是示例性的，並且不被認為是所附申請專利範圍的要素或限制，除非在申請專利範圍中明確敘述。同樣，對「本揭示內容」的引用不應被解釋為本文所揭示的發明主題的概括，並且除非在申請專利範圍中明確敘述，否則不應被認為是所附申請專利範圍的要素或限制。
現在將參考附圖描述一些實施例。為了一致性，在各個附圖中，相似的元件將用相似的元件符號表示。在以下描述中，闡述了許多細節以提供對各種實施例和/或特徵的理解。然而，本領域技術人員將理解，可以在沒有許多這些細節的情況下實踐一些實施例，並且可以對所描述的實施例進行多種變化或修改。本文使用來指示給定位置或元件上方或下方的相對位置的術語「上方」和「下方」、「上」和「下」、「上」和「下」、「向上」和「向下」以及其他類似的術語用於本說明書中以更清楚地描述某些實施例。
圖2A至2F示出了使用矽中介層技術的先前技術方法。在圖2A中，呈現從頂部側有蝕刻後特徵的矽晶圓。在圖2B中，執行介電質製造步驟，將介電質放置在晶圓的蝕刻特徵的頂部層上。在圖2C中，將阻擋/黏著層與晶種層放置在介電層上。在圖2D中，執行電鍍步驟，填充蝕刻特徵仍存的特徵。電鍍也會產生超填層。在圖2E中，移除過量的超填層。最後在圖2F中，可以使用機械方法（例如研磨或蝕刻）來移除晶圓的底部層，以生產最終產品。如圖1所列出的，除了所需設備的大量資本支出外，採用深反應性離子蝕刻(Deep Reactive Ion Etching; DRIE)的普通Bosch製程的慢速矽蝕刻速率以及將通孔與周圍矽絕緣所涉及的附加步驟的複雜性，導致製造成本高昂。
參考圖3A至3F，示出了使用嵌入式銅跡線技術的先前技術方法。在圖3A中，呈現具有介電層的矽晶圓，介電層的表面特徵是由第一光微影製程產生。在圖3B中，執行第二光微影製程以提供介電層上的進一步表面特徵化。在圖3C中，藉由物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)濺射阻擋/晶種層。在圖3D中，透過電化學電鍍(electrochemical plating; ECP)在特徵中填充銅層。圖3D中提供的銅層有一個覆蓋層，與過量的阻擋/晶種層一起隨後在圖3E中透過化學機械研磨(chemical-mechanical polishing; CMP)去除。如圖3F所示，可以為連續的再分配層(redistribution layer; RDL)堆疊重複此製程。如圖1所示，透過CMP重複消除銅覆蓋層對此方法的總成本產生不利影響。然而，這種基於銅雙重鑲嵌的RDL方案的最大佈線/毫米受到與厚介電質膜的均勻性、CMP平坦化品質以及製造過程中的清潔條件妥協的光微影能力的解析度和焦點深度的限制。
參考圖4，提供了一種在介電層（基板）上使用鍍銅和伴隨有鉬黏著層的晶種層的方法。鉬可以是二硫化鉬的形式。介電層可以是旋塗、沉積或乾式膜或基板的形式，且可包括聚醯亞胺、環氧樹脂、帶填料的環氧樹脂、Kaptrex、Apical、Kapton、UPILEX或其他類似材料。在操作1中，提供介電層400作為基板。為了使配置的其餘部分黏附到聚醯亞胺層上，提供了黏著層402，其中黏著層具有鉬。黏著層402可以濺射到介電層400的頂部，作為提供黏著層402的非限制性方式。在黏著層402上還提供了銅晶種層404。在銅晶種層上設置光阻劑408的表面層。可以透過遮罩410將光阻劑層408圖案化為足夠的量，以形成用於電子製程的期望圖案的模板。
光阻劑層408可以是正的光阻劑層，使得當阻劑暴露於光時，經歷光的部分可溶於光阻劑顯影劑（如稍後在操作3中所述）。作為非限制性實施例，上述圖案化可以透過光微影來執行。如將理解的，光微影可以產生簡單的配置或可以產生明顯複雜的配置。在操作2中，發生鍍銅，從而填充了配置的圖案化表面，從而產生了的配置從底部延伸到頂部為：介電層400；黏著層402；銅晶種層404；以及在銅晶種層404上的光阻劑408和銅結構406的層。操作2可以透過將整個配置放置在浴槽中來執行電解而進行，浴槽具有直流電以從銅金屬棒中溶解銅，從而將銅離子從棒中穿過浴液傳輸到陰極（配置的暴露區域）。
在操作3中，從配置的頂部剝離光阻劑408，使銅的頂部和側面與銅晶種層404一起暴露。在操作4中，在暴露的銅頂部和側面以及銅晶種層404上執行濕式蝕刻，以移除銅的表面層，以暴露黏著層402的未被銅結構406覆蓋的部分。最後，在操作5中，執行進一步的濕式蝕刻以移除黏著層402未被銅結構406覆蓋的部分，從而產生最終產品。
如上所述，濕式蝕刻可使用液相蝕刻劑。作為示例實施例，可以將配置浸入蝕刻劑的浴中。在浸沒期間，可以攪拌或攪動液相蝕刻劑以在所需表面上執行均勻蝕刻。
圖4中提供的方法比圖5A-5F所示的習用技術具有許多優點。參照圖5A-5F，在黏著層中使用鈦時，朝向與介電層的界面去除鈦越來越困難。為此，在圖5A中需要過度蝕刻以確保完全移除鈦黏著層，與之相比，圖5D中可以輕鬆移除含鉬的黏著層而無需過度蝕刻。上述過度蝕刻會導致生產結果與設計特徵不符。參照圖5B，介電質表面上殘留的鈦導致表面洩漏電流，與之相比，圖5E中當使用包含鉬的黏著層時，在阻擋/晶種蝕刻之後沒有金屬殘留物。參考圖5C，鈦的電阻率值為420nΩ•m，與之相比，圖5F中鉬的電阻率值為53.4nΩ•m。本質上，鉬的電阻率比鈦的電阻率低一個數量級，從而改善了裝置的電子效能。
方法允許實現以前無法實現的解析度，而沒有上述習用方法的嚴重缺陷。使用鉬不需要過度蝕刻，因此可以最小化底切。使用習用的鈦層需要大量的過度蝕刻才能完全移除，這會導致銅結構下方的底切，從而引起封裝的電子和可靠性問題。此外，殘留鈦對介電質的接觸會導致表面洩漏電流，從而使設計效率最小化。使用鉬時，不會發生這種表面洩漏。與鈦相比，鉬層的使用還提供了低電阻，從而提供了更好的電接觸。與鈦配置相比，鉬的使用還提供了出色的翹曲調製。
本揭示內容的態樣還允許最小化黏著層底切。上述底切的最小化允許亞微米線/間距和較厚的阻擋晶種沉積來補償底層粗糙度。上述配置可以在大型基板/面板上進行半加成製程。
在本揭示內容的一個非限制性示例實施例中，揭示了一種用於製造電子部件的方法，包括以下步驟：提供聚醯亞胺基板；用包含鉬的黏著層塗覆聚醯亞胺基板的至少一側；用銅晶種層塗覆黏著層；用光阻劑塗層覆蓋銅晶種層的至少一部分；移除光阻劑塗層的一部分以產生表面特徵；執行鍍銅製程，其中表面特徵填充有銅；移除光阻劑以產生銅表面；在銅表面上執行銅蝕刻以產生銅蝕刻表面，並在銅蝕刻表面上執行黏著層蝕刻。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中銅蝕刻是濕式銅蝕刻。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中透過光阻劑顯影劑移除光阻劑塗層的部分。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中聚醯亞胺基板為Kaptrex、Apical、Kapton與UPILEX中的一者。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中透過濺射製程在聚醯亞胺基板的至少一側塗覆包含鉬的黏著層。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中濺射製程是由磁控管產生的。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中鉬為二硫化鉬。
在另一個示例實施例中，揭示了一種用於製造電子部件的方法。在此方法中，製造包括以下步驟：提供帶有含鉬的黏著層和銅晶種層的聚醯亞胺基板；用光阻劑塗層覆蓋銅晶種層的至少一部分；透過遮罩將光阻劑塗層暴露於輻射源；移除光阻劑塗層的一部分以產生從遮罩轉移來的表面特徵；執行鍍銅製程，其中表面特徵填充有銅；移除光阻劑以產生銅表面；在銅表面上執行銅蝕刻以產生銅蝕刻表面；及在銅蝕刻表面上執行黏著層蝕刻。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中銅蝕刻為濕式銅蝕刻。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中透過光阻劑顯影劑移除光阻劑塗層的部分。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中聚醯亞胺基板為Kaptrex、Apical、Kapton與UPILEX中的一者。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中透過濺射製程在聚醯亞胺基板的至少一側塗覆包含鉬的黏著層。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中濺射製程是由磁控管產生的。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中鉬為二硫化鉬。
在另一個示例實施例中，可以執行此方法，其中執行鍍銅製程，其中表面特徵透過電解被銅填充。
在另一個示例實施例中，揭示一種配置，包括：聚醯亞胺基板，具有第一表面；鉬黏著層，連接至第一表面；銅晶種層，連接至鉬黏著層；及銅層，連接至銅晶種層。
在另一個示例實施例中，配置可經設置，其中晶種層為銅晶種層。
在另一個示例實施例中，配置可經設置，其中銅層具有線空間封裝率小於10/10μm的特徵。
在另一個示例實施例中，配置可經設置，其中銅層具有線空間封裝率小於5/5μm的特徵。
在另一個示例實施例中，配置可經設置，其中銅層具有線空間封裝率小於2/2μm的特徵。
儘管這裡已經描述了實施例，但是受益於本揭示的本領域技術人員將理解，設想了不背離本申請案的發明範圍的其他實施例。因此，本案申請專利範圍或任何隨後的相關申請專利範圍的範圍不應受到本文所述實施例的描述的不當限制。
400:介電層 402:黏著層 404:銅晶種層 406:銅結構 408:光阻劑 410:遮罩
為了可以詳細地理解本揭示內容的上述特徵的方式，可以透過參考實施例來對簡要概述於上的本發明進行更詳細的描述，其中一些實施例在附圖中示出。但是，應注意，附圖僅示出了示例實施例，因此不應視為對其範圍的限制，因為揭露內容可允許其他等效的實施例。
圖1是先前技術的高密度再分配線技術以及這種技術的局限性的表。
圖2A、2B、2C、2D、2E與2F為矽中介層技術的先前技術製程。
圖3A、3B、3C、3D、3E與3F是嵌入式銅跡線技術的先前技術製程。
圖4提供了一種使用鉬在黏著層中執行鍍銅和晶種層蝕刻的方法。
圖5A、5B、5C、5D、5E與5F描述鈦和鉬黏著層的優缺點。
為了便於理解，在可能的地方使用了相同的元件符號來標示圖中共有的相同元件。可以預期的是，一個實施例的要素和特徵可以有益地併入其他實施例中，而無需進一步敘述。
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  1. 一種製造一電子部件的方法，包括以下步驟： 提供一聚醯亞胺基板； 用一含鉬黏著層塗覆該聚醯亞胺基板的至少一側； 用一銅晶種層塗覆該黏著層； 用光阻劑的一塗層覆蓋該銅晶種層的至少一部分； 移除該光阻劑的該塗層的一部分以產生一表面特徵； 執行一鍍銅製程，其中該表面特徵填充有銅； 移除該光阻劑以產生一銅表面； 在該銅表面上執行一銅晶種層蝕刻以產生銅蝕刻表面；以及 在該銅蝕刻表面上執行一黏著層蝕刻。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該銅蝕刻為一濕式銅蝕刻。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該移除該光阻劑的該塗層的一部分的步驟透過一光阻劑顯影劑加以執行。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該聚醯亞胺基板為一聚醯亞胺膜。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該用一含鉬黏著層塗覆該聚醯亞胺基板的至少一側的步驟藉由一濺射製程加以執行。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該濺射製程藉由一磁控管加以產生。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該鉬為二硫化鉬。
  8. 一種用於製造一電子部件的方法，包括以下步驟： 提供一帶有一含鉬黏著層和一銅晶種層的聚醯亞胺基板； 用光阻劑的一塗層覆蓋該銅晶種層的至少一部分； 透過一遮罩將該光阻劑的該塗層暴露於一輻射源； 移除該光阻劑的該塗層的一部分以產生從該遮罩轉移來的一表面特徵； 執行一鍍銅製程，其中該表面特徵填充有銅； 移除該光阻劑以產生一銅表面； 在該銅表面上執行一銅晶種層蝕刻以產生一銅蝕刻表面；以及 在該銅蝕刻表面上執行一黏著層蝕刻。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該銅蝕刻為一濕式銅蝕刻。
  10. 如請求項8所述之方法，其中該移除該光阻劑的該塗層的一部分的步驟透過一光阻劑顯影劑加以執行。
  11. 如請求項8所述之方法，其中該聚醯亞胺基板為一聚醯亞胺膜。
  12. 如請求項8所述之方法，其中該用一含鉬黏著層塗覆該聚醯亞胺基板的至少一側的步驟藉由一濺射製程加以執行。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該濺射製程藉由一磁控管加以產生。
  14. 如請求項8所述之方法，其中該鉬為二硫化鉬。
  15. 如請求項8所述之方法，其中該鍍銅製程經執行，其中該表面特徵填充有銅。
  16. 一種配置，包括： 聚醯亞胺基板，具有一第一表面； 一鉬黏著層，連接至該第一表面； 一晶種層，連接至該鉬黏著層；以及 一銅層，連接至該晶種層。
  17. 如請求項16所述之配置，其中該晶種層為一銅晶種層。
  18. 如請求項16所述之配置，其中該銅層具有線空間封裝率小於10/10 μm的數個特徵。
  19. 如請求項16所述之配置，其中該銅層具有線空間封裝率小於5/5 μm的數個特徵。
  20. 如請求項16所述之配置，其中該銅層具有線空間封裝率小於2/2 μm的數個特徵。
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