TW449887B - Deposited thin film build-up layer dimensions as a method of relieving stress in high density interconnect printed wiring board substrates - Google Patents
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4498BT A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明( 發明背景 本發明係關於使用薄膜沉積技術以在傳統印刷接線板基 材上產生高密度互連,特別而言,本發明係屬於—種改良 方法,以盡量減少在印刷接線板基材與其之上沉積薄膜層 間累積應力的效應。本發明的方法可與傳統的堆積層以及 (或)初始傳統的堆積層併用或不併用,並且對於高密度積 體電路單晶片、多晶片封裝亦有助益,並支援像電阻器與 電容器之類的元件a本發明的方法對於在攜帶封裝裝置的 南密度子板上建立互連亦有用。 半導體產業繼續產生複雜度與密度漸增的積體電路,某 些這種積體電路複雜度的增加依次造成在電路晶片上輸入 輸出板數目的增加,同時該晶片密度的増加使輸入輸出板 間距往下降,此兩趨勢的相乘作用已造成連接器封裝脚接 線密度顯著的增加,該針需將晶片連接至與外部世界相交 界的封裝’以及互連晶片至其他積體電路裝置。 對於互連一或複數個積體電路與相關元件,已經開發了 很多不同的.技術,纟中—個這種的技術是基於傳統印刷接 線板(PWB)技術,而在積體電路被封裝於表面黏著裝置如 四邊扁平封裝(QFPs)中的時期該技術有著廣泛的用途。當 使用再多積體電路互連時,該PWB技術通稱爲]^(:1^1^或層 板多晶片模组(MCM)技術,典型的PWB技術使用銅與絕緣 電介質材料作爲構件以產生所需的互連結構,在典型的 B技術中,在子層板上形成銅導電圖型化的過程包括在 銅層之上形成抗光蚀乾薄膜,加圖型化與開發抗光蚀以形 I -----------"裝--------訂----- I--線 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 449887 A7 B7 五、發明說明(2 ) 成一適當的遮罩並淘汰地蝕掉不要的銅而留下想要有形樣 的導電層。 使用於PWB技術中的基板可能在大面積面板中製造,因 爲有效率而降低製造成本。一般使用此技術的互連解決方 案有相當優良的性能特徵,此乃因使用銅與低介電常數之 故(例如,小於或等於4.0 ),然而此印刷接線板產業從焊盤 密度與數量的半導體製造角度看已經落後,結果,在半導 體製造與互連印刷接線板製造之間形成能力落差。 在某些應用上’兩或多片層板製成有精細結構的積層板 ’在層板各層之間的互連可能透過機械式鑽孔,接著電鍍 而冗成。鑽孔過程相當緩慢而昂貴,且可能需要大量的隔 板更間,當互連板數增加時’随之增加的訊號層數目通常 作爲形成互連結構之用’因爲這些限制,傳統印刷接線板 技術在某些應用於高密度積體電路封裝與子板裝配中必需 含有很多的金屬層(例如大於8層),一般在利用大量金屬 層會增加成本與降低電氣效能,而且,板尺寸限制在任何 給定層上的接線密度’因此,:PWB雖然可用於某些應用中 ’但其無法提供在其他應用中所需的連接密度。欲改良 PWB技術的互連密度,已經開發—種稱爲堆積多層方法的 先進印刷接線板技術。在此技術中,由傳統的印刷接線板 核心出發,使用標準的鑽孔與電鍍以形成核心中的電鍍孔 ,由此基礎核心,該堆積法有很多的變化,典型上,在傳 統製造的印刷接線板基材的上下主表面形成大約5〇公分厚 的電介質層薄板’在堆積層中利用雷射削磨、光罩/電衆 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (锖先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449887 A7 B7 五、發明說明(3 ) 蚀刻,或其他已知的方法進行造孔,然後再實施面板電鍍 步驟以將上下兩面金屬化,随後接著進行無電種晶技術步 驟,稍後的遮軍與濕法蚀刻步驟在層板狀電介質層上界定 想要的導電圖型化。 此技術對標準無堆積的PWB技術提供很多的密度改良, 然而’這樣的堆積板需要很多層以便符合開發高密度封裝 與子板的需求,因此此技術仍有其極限。 另一種用於封裝高密度互連應用的傳統方法利用同火式 陶竟基板且在多晶片模组中一般稱爲多層陶瓷或MLC技術 或MCM- C,同火陶瓷MCM與厚膜MCM技術。基本上, MLC技術包括將陶瓷混合物滚輾成薄片、薄片乾燥化、罐 孔、以代表在陶瓷表面上軌跡圖型化的金屬膠將滾輾成的 薄片予以屏蔽、將所有層一起堆積並切成薄片,然後在高 溫上共火(例如850eC以上)以達到預期的互連。 MLC建構已擴充其在高密度與高可靠度產品中的用途, 在此中高密度互連封裝的健全比成本的考量更有價値,在 陶瓷中產生密封的能力改進傳統印刷接線板技術無法抵抗 環境的能力,然而此技術能夠使用於高密度封裝時(例如 大於1000個隔板),它亦非常昂貴。此外,性能特徵諸如訊 號傳播時間亦因陶瓷材料相當高的介電常數(介於5〇與9.〇 之間)而受到影響a MLC技術提供的連接密度高於Pwb技術,但無法提供某 些現今高密度互連應用所需的連接密度。 向密度互連與封裝產業已將這些高密度互連應用集中於 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公楚) {請先閱讀背面之注意事項再填寫本!) 裝i I -----訂·--------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 49887 A7 ______B7__ 五、發明說明(4) 第三種方法’即是薄膜沉積技術且有時稱為層板沉積或以 板觀點的DONL技術或在多晶片模组觀點的mcm_d或mcm 沉積技術,在某些應用中’ DONL技術包括在大基材上諸 如上述的成層印刷接線板形成薄膜導電層並加上導電軌跡 圖型化,這樣大的基材可能的表面積達4〇公分見方或以上 ,因而可有效地降低產品成.本。 DONL技術利用一種低成本印刷接線板結構以及在印刷 接線板上使用或不使用堆積多層的組合作為出發點,以符 合高密度與低成本互連的需求,比較先前討論的PWB技術 與MLC技術’該現用的傳統大容量印刷接線板技術與先進 的薄膜沉積技術的組合代表一種重要的經濟優勢與密度改 良。 DONL技術的其中一個重要的特徵為在僅有一面印刷接 線板上利用薄膜程序產生高互連密度基材,此高密度互連 是利用沉積交錯的導電輿絕緣薄膜層而形成的,這數個沉 積層的總厚度小於單一傳統堆積層的厚度,如此消除上下 堆積層之間的平衡以防止基材板翹的需要。 DONL製程包括首先在印刷接線板基材的頂表面上鋪下 一層絕緣電介質’在電介質層上沉積一層導電材料,在導 電層上產生一電路圖型化,然後沉積下一層絕緣與導電層 。這產生的各層之間是透過利用各種已知技術諸如濕化學 蝕刻’光曝置與開發或雷射削磨等產生的孔進行連接。在 此方法中’達成三維沉積的層板結構使得在小實體區域中 可製成高密度互連圖型化。不論DONL技術確定的優勢如 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A.·!規格 (21〇 X 297公jg ) .1 I I I I I Iag-i.·^. n I -i-r-6JI I n 1 n n 1 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 44988 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(5 ) 何’若其上的沉積的薄膜層施行不當,其潛在的問題可能 造成故障的模組與性能的限制,在印刷接線板基材表面上 施行薄膜層沉積的一個重要狀況是藉由程序與操作所產生 的機械應力控制,這些應力控制的重點在了解其來源並提 供方法與構造以使其盡量降低。 在円金度互連結構中來自數種來源的應力包括在電介質 與金屬材料之間熱膨脹係數的差異,實體處理與在印刷接 線板基材及沉積的薄膜堆積層中電介質材料聚合物的水汽 吸收,這每一種應力都可能是故障的來源如電介質材料破 裂與(或)導電層的瓦解β在此中的每一個情況,開口與短 路可能破壞整個高密度互連結構的功能,該伴隨實體處理 的應力實際上可能透過適當的程序設計、操作員訓練與適 當的夾具設計而予以消除,然而有關熱變化的應力必須透 過適當的高密度互連結構設計而降至最低。 與熱變化有關應力的發生有數種原因,但其結果是在高 密度互連結構的金屬導電特徵與其周園的電介質將累積應 力,若累積足夠的應力將會導致破裂,若是連續性,則會 向其上的沉積薄膜層傳播而產生故障。當藉由適當的薄膜 結構設計而無法消除全部的應力時,重要的是在控制此應 力以消除或至少盡量降低任何可能由此應力所產生的不利 效應。 發明概述 本發明提供在高密度互連印刷接線基材中金屬與電介質 介面間應力控制問題的解決方案,該發明使得因這些應力 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐 ------------'裝--------訂---------線. <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 449887 A7 ----------B7______ 五、發明說明(6 ) 而導致的破裂能夠盡量降低,在經濟上是一種謗人的方法 並符合現今高密度互連應用的需求。 依照本發明的方法,使用某種設計程序以在印刷接線板 基材相當稀疏的上方金屬特徵與易脆的下方沉積薄膜層之 間提供應力緩衝層,該應力緩衝層是20- 35微米厚的電介質 層’其作用有如是在基材與其上薄膜層之間的物體障礙, 可增強整個結構’增加抗裂力與阻止起源於層間任何破裂 的傳播。 在具體實施例中,本發明的方法減少在高密度互連印刷 接線板基材中機械式應力,該基材形成第一有圖型化導電 層在其上表面,圖型化導電層包括複數個導電線路,每個 都有界線以訂定導電線路的範圍。本發明的具體實施例在 第一圖型化導電層之上與導電層之間形成一合成電介質層 ’並作爲應力緩衝層之用,此合成電介質層包括懸浮於層 中的粒子以便減少破裂的可能性並防止任何破裂傳到整個 層面中,在較佳具體實施例中,合成電介質層是從幕狀塗 層程序沉積的Ciba Probimer™層。 在本發明方法的另一具體實施例中,是利用一均勾的電 介質層當作應力緩衝層,該層緩衝並擴散其下PWB基材與 其上薄膜互連層之間所產生的應力,以致該應力不會產生 斷裂或裂縫°對於均勻電介質層而言,爲適當地將在典型 的熱變化期間基板所受到而產生的應力予以擴散,該層至 少必須延長10%且最好至少達13 %左右,在此具體實施例 中,應力緩衝均勻電介質層形成在圖型化導電層之上,而 -9 - ^紙張尺度適用十國國家標準<CNS)A4規格(210 X 297公* ) ------------裝- ------訂---------線. (請先閱讀背面之ίί-t事項再填寫本頁) 449887 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7^__ 五、發明說明(7 ) 且是位於印刷接線板基材之上並佔有該基材的上表面。該 圖型化導電層包括複數個導電線路,每個都有界線以訂定 導電線路的範圍。然後薄膜導電層與電介質層之間形成在 合成電介質層之上,該均勻電介質層相當高的延長比例讓 此層能夠吸收與擴散在導電線路邊緣上所產生的應力,因 此防止在孩層中形成裂縫與或裂口而破壞其上的薄膜互連 結構。在較佳具體實施例中,此合成電介質層爲—在pwB 基板中形成薄板的保護膠材料。 本發明以上與其他的具體實施例與其優點和特徵將在以 下與附圖中詳細討論。 圖示之簡要説明 圖1A爲傳統單層印刷接線板基材的剖面簡圖。 圖1B爲引腳插入型的傳統四層印刷接線板基材剖面簡 圖。 圖2爲有單金屬堆積層的傳統四層印刷接線板基材剖面 簡圖。 圖3爲薄膜互連結構形成在接線板上之前,四層印刷接 線板基材上表面的剖面詳圖。 圖4爲圖3基材在薄膜互連製造初期階段,其上表面的剖 面詳圖。 圖5依照本發明方法的具體實施例,圖*基材在薄膜互連 製造稍後階段,其上表面的剖面詳圖。 圖6A爲高密度印刷接線板基材的剖面圖,該基材在其上 表面有傳統堆積層而在堆積層上方有薄膜互連層。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公釐) -----mil —--( > --I I 1^-^111111 I I I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 44988 7 A7 B7 五、發明說明(8) 圖6B爲爲高密度印刷接線板基材的剖面圖,該基材在其 上表面有傳統堆積層而在堆積層上方有薄膜互連層,而在 该%下表面形成第二堆積層 流程圖’説明本發明方法的具體實施例。 較佳具體實施例之詳細説明 爲高密度單層板印刷接線板基材10的剖面簡圖,該 層板基材由單層絕緣材料14諸如NEMA FR44打^銀膠樹脂 形成且有銅片12與16將其下與上表面分別切成薄板,例如 利用光刻將要求的導體圖型化18轉至銅片上,然後將該基 材置於濕化學蝕刻中以去除不想要的銅片,留下想要的電 路圖樣。數個具有電路圖樣的這些予層板可以一起切成層 板以形成一多層印刷接線基板如圖1B所示。 圖1B爲能夠利用本發明的四層印刷接線板基材〗5的剖面 簡圖’基材15包括三層子層板基材14a、14b與14c,層]^有 下與上導電層7與7_,而層14a則包括一上導電層6以及層 14c包括一下導電層6,,内導電層7與7,用於供電與接地平 面並提供勁度。透孔電鍍(典型填充材料26,例如絕緣性 或導電性銀膠)連接基材15的上下表面之間,而透孔埋藏( 典圖示)則連接内層7與7’ ’四層基材如恰與導電層7、7_ 、6與y—起説明的基材15可從基材製造商如國際事務機 器公司(IBM)與Micro Via公司處買到。 圖2顯示一典型的鬲密度互連結構20,其利用d〇NL技術 形成在四層印刷接線基材上,而此基材類似於圖中的基 材15,此高密度互連結構包括一電介質平面化層2,一薄 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製
d4988T 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 五、發明說明(9 膜金屬化層(例如鉻/銅堆疊層)4血— J抖潯膜電介質鈍化層5 ,重要的是要注意顯示在圖2中各層的厚度是以不同比例 所畫的。在典型的範例應用中,金屬畫層7與7_大约有^ 微米厚且金屬化層6與6,大約有2〇微米厚,對昭在同一範 例應用中,薄膜沉積金屬化層4大約爲5微米厚,而薄㈣ 積鈍化層5是10- 12微米厚,且有—般皆 ^ 奴是景技術的人應該可 理解到上述各層的實際厚度可能會有所變動。 在金屬特性6與4之間形成互連或孔12,,其所利用的方 法是所使用的電介質而定,如光曝置與開發循環,雷射削 磨或電聚姓刻或其他類似的方法。在純化層5頂端的接觸 板12提供高密度焊料連接板,以便積體電路裝置能約藉由 例如打線接合或覆晶接合技術進行電子連接至基材2〇,就 像具有背景技術的人所理解的一般。電子連接透過塡充電 鍍孔3而達成,其可能是或不是金屬覆蓋且其連接至下表 面板(無圖示),以提供與四層基材2〇下表面上次—層交界 面低密度焊料連接板。 如上所述之發明背景,在層板接線板基材上的薄膜層受 到機械式應力,該應力來源有很多種,包括物理處理、或 在操作期間或在製造時期所產生的熱變化,與除去該印刷 接線板基材絕緣電介質聚合物己經吸收的水汽,與本發明 特別有關的是來自熱變化所累積的應力。 回想在高密度互連結構絕緣與導電材料之間熱膨脹係數 的差異是累積應力的主要來源,圖3顯示一印刷接線板基 材40的上表面詳圖,在圖3中,基材表面有半盎司(大約17 _ -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------------ 裝------——訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 449887 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(1〇) 微米)金屬薄片在鑽電鍍孔3之前切成薄板如層6a所示,層 6a的厚度大小爲A,在電鍍孔鑽孔完畢後,該基材進行電 鍍以將透孔3連接至内平面7與7,並至適當的基材底面。電 鐘程序額外增加大約半I司(約17微米)的金屬導體,如層 6b所π,層6b必須進行拋光,此爲一般具有背景技術的人 所能夠了解的,在此之前其厚度大約爲ββ 然後電鍍透孔3填充材料26並進行抛光以產生平坦表面 ,填充的目的有數個,首先,爲了能夠利用眞空以處理需 被填塞的基材孔,第二,將孔填滿協助盡量減少表面地勢 以利隨後而來各層的平面化,而第三,藉由孔洞的填充, 使隨後而來的電介質塗層避免在孔的開口處造成凹陷,材 料26或可能是導電性的例如導電銀膠或不導電的。 在抛光堆疊層6a與6b後,例如利用光刻法在基材表面製 成具有導體特徵的圖型化,然後該基材進行蝕刻以產生最 後的電路圖樣,電鍍薄片、抛光與蝕刻過程的結果是一個 表面垂直大小約20土 6微米的導體。 圖4爲依照本發明的方法’在圖3所示階段之後的製造時 期上’印刷接線板基材的剖面圖,在圖4中,在基材4〇的 表面上有一電介質層2的塗層,塗層2使基材40的上表面平 面化,以作爲其上沉積薄膜金屬化層之用並在相當稀疏的 下方金屬層6a與稍後的易脆沉積薄膜金屬與電介質層之間 提供應力緩衝層’因此,電介質層2稍後將稱爲"應力缓衝 層 2,,。 依照本發明,應力緩衝層2不是合成電介質材料就是均 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 * 297公釐) — — — — — — — — — —— — ' I i 1 I I I I ^ · I I I - ---- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 44988 7 A7 B7 五、發明說明(11) 勻% J負材料,其大約延長10 _ 15%,最好達到爲佳。 應力緩衝層2沉積至其下稀疏金屬層上方的厚度至少2〇微 米且最^ 35微米,並以距離z表示,層2比較理想的厚度是 大,.9 25- 30微米。在厚度小於2〇爲米時,應力緩衝層2無法 對在基材與其下薄膜層之間所產生的應力提供適當的緩衝 ,且不能將圖樣線路18a與上金屬化層隔絕。在厚度超過35 微米時’則因不符成本效益而難以製成輿^眞充層2中的孔 。在20- 35微米的範園内,較厚的應力緩衝層2有另外的益 處,亦即増強整個高密度互連結構並減少任何破裂傳進整 層的機會。在此尺寸上,層2步驟的涵蓋面應該提供小於3 :1方向比(在圖型化特性183之間缝隙的高寬比)。 經過對照,稍後的沉積薄膜電介質層(例如在圖从與6B 中的層5 )與稍後的沉積薄膜金屬化層(例如在圖从與6B中 的層4與4,)都較薄得多,例如,在較佳具體實施例中,在 薄膜金屬化區域上稍後沉積薄膜金屬化層厚度介於2 _ 5微 米且稍後的沉積薄膜電介質層介於1〇_ 16微米之間。 在本發明具體實施例中,其應力緩衝層2是一合成電介 質層並有粒子懸浮在合成材料中,防止或減少任何形成在 層間的破裂傳進整層中,因爲粒子的性質與層2所需的架 構,比較理想的是層2内粒子的直徑需小於z微米,在一較 佳具體實施例中,應力緩衝層2是一由幕狀塗層法所沉積 的 Ciba Probimer™合成電介質材料,Clba Pr〇bimei^ ^“公 司的產品,除了其合成物性質之外,Ciba Pr〇bimer合成電 介質材料典型的熱膨脹係數爲〇.000〇6_ 〇 〇〇〇〇7,這與典型 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44988 7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(12) 的銅導體與印刷接線基材的絕緣電介質14的熱膨脹係數 〇.〇〇0015-0‘〇00017互相比較得知’其非常接近曰產鋼鐵化學 薄膜電介質材料14典型的熱膨脹係數〇 〇〇〇〇5_ 〇 〇〇〇〇〇6,因 此’在應力緩衝層之間的邊界上所產生應力小很多且稍後 能夠順利沉積薄膜電介質層^因爲應力有集中於印刷接線 板表面上大型導體角落的傾向,而應力緩衡層2的加入可 擴散孩應力’因此傳進上述平面化電介質層的應力減少。 理想上’應力緩衝層2的CTE應該儘可能接近其下基材 材料的CTE。 在本發明具體實施例中,其中該應力緩衝層2是均勻的 電介質材料’該材料至少必須延長1〇%,並以丨3%更加。 如此的延長特徵讓層2能夠吸收某些由累積應力所產生的 機械式應力。在其他具體實施例中,應力緩衝層2是均句 保瘦膠層,其將PWB基材切成四層層板,經過對照,適用 於稍後的沉積薄膜電介質層中的一均勻光可限定電介質材 料,即日產鋼鐵化學物品V-259PA(在下文中稱爲日產鋼鐵 )用在層2中並不妥當,因爲依照本發明具體實施例其延長 比例僅約2.3 %。 不論電介質層2是否爲合成層或均勻層,用以製造該層 的材料所需的介電常數要介於3.5與5.0之間,此乃爲了將 該粗糙金屬線路與在該20- 35微米厚層上的薄膜金屬線路適 當地予以隔絕,而且該層2是光可限定或雷射可減弱的材 料比較理想,以便可以在其他阻抗料層不需沉積以形成開 口 12·下進行圖樣鑲嵌。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2〗0 X 297公釐) C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} · 1------訂·----1---. 449887 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 ----------- B7___ 五、發明說明(η) 在某些具體實施例中,應力缓衝層2可能由四層印刷接 線板製造者沉積’這些具體實施例的好處在於買得該印刷 接線板基材’其表面已處理好而可立即進行薄膜微影步驟 以便镶嵌金屬化層圖樣。因此該基材取得平面化表面並完 成種晶金屬化準備,此減少内薄膜程序步驟的次數且導致 製造成本的改進。 依照本發明使用適當大小的應力緩衝層2可獲得很多益 處’首先應力緩衝層的作用有如一個物體隔離障礙物,將 印刷接線板與其上的沉積薄膜層隔絕,厚應力缓衝層可擴 散應力以及應力緩衝層本身的強度特徵,防止某些將形成 在較脆弱電介質層的裂缝轉而形成在現有的層中,此外, 與印刷接線基材的熱膨脹係數比較,應力緩衝層與其上的 此積薄膜層之熱膨服係數彼此相當接近,故此兩層式隔絕 能有效地減少裂缝,因爲應力都已消散於層中並因電介質 屬性而擴散掉。 第二,如同前述若應力緩衝層2是一合成層’則該層可 減少形成在層中的任何裂縫傳進整層厚度中的機會,裂縫 的傳播因懸浮於層2中的粒子(例如矽酸鹽粒子)的存在而 終止’基本上,若裂缝形成在其中一個下方稀疏層之上的 應力缓衝層2中並開始向上傳,該裂缝可能在遭遇其中一 層懸浮粒子時而停止。 應力緩衝層2也提供非常平坦的表面,在其上可製造薄 膜互連結構’因爲有平而吸收應力的緩衝層較薄,較均勻 的沉積薄膜電介質層可作爲沉積薄膜層之用。在者,因爲 16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) -------------t.-------訂---------線 ' C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4 49887 Α7 五、發明說明(14) 應粒因緩衝層而被擴散與吸收,有其他優點的較脆弱電介 質可選做薄膜層t用,這些稍後的電介質與金屬化薄膜層 有較小的地勢,而能夠有高密度互連結構,其減少所需的 總層數以達到完整連至先進積體電路輸入/輸出组態。 圖5爲圖4階段之後,在製造時印刷接線板基材4〇的剖面 圖,如圖5中所示,第一沉積薄膜金屬化層4已經形成在電 介質塗層2的上面,金屬化層4包括孔12,與導體圖樣4,在 其中的一個具體實施例中它是—個沉積的接地平面,此是 依照在共同指定的美國專利應用序號〇9/ 127579,其標題爲 "控制沉積在高密度互連共通電路基礎上薄膜層應力的方 法"中所指示的方法,其上列有共同發明人Sc〇tt m
Westbrook and Jan I.Strandberg及日期 1998 年 7 月 31 日,藉此 〇9/ 12乃79應用由在其整體中的參考文獻所合併。 其中一個在高密度互連結構且使用沉積薄膜層如層2與4 的應力來源,是在其下的印刷接線板基材與沉積薄膜層上 重大的導電性差異,由於印刷接線板基材的表面特性,例 如圖4中數量級2 0 - 3 5微米的導電特性! 8 a、與數量級2 〇 _ 5 〇 微米沉積薄膜層的特性,這樣的差異幾乎總是大於3比i且 典型上直到5比1或更大。累積應力集中在印刷接線板基材 相當大的表面金屬特型角落上,若裂縫由此位置開始,則 它將向上傳播至其上的沉積薄膜層中。 利用應力緩衝可盡量減少印刷接線基材與基材上沉積薄 膜層之間的應力問題,金屬層4作爲接地平面之用,以將 高密度互連層其上易脆的特性施予機械式絕緣,有關互連 ____-17-___ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------1 -------裝--------訂---------線 1 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 b ( A7 --------B7______ 五、發明說明(15) 層的説明在09/ 127579應用中有詳細説明並分別討論於下述 的圖6A與6B中。 圖6A與6B説明該緩衝層的形成,如圖6A中所示,基材5〇 在平面化層電介質2上面形成兩層沉積薄膜金屬化層4與^ ,該沉積薄膜金屬化層被另一電介質層5所隔開,内孔12' 將各金屬化層連接而焊接塊型板12提供黏著機制給積體電 路裝置’在範例應用中,焊接板12作爲覆晶接合裝置之用 ,確定機械式應力緩衝形成的方法是沉積薄膜金屬化層4 與印刷接線基材50表面上粗糙金屬特性的邊緣起碼要重疊 10-100微米,且最好在25微米以上。 再參考圖5 ’由G所定義的區域是重疊區的詳細檢視圖 ’電鍍透孔3稀疏特性的角落已經重疊,或被沉積薄膜接 地平面金屬化層4所遮蔽。在内孔丨2,的情況中,沉積薄膜 層相當微細的特徵已隱藏於電鍍透孔3的角落内,如同具 有技術背景之人所能了解的一般,同一型遮蔽排列可能作 爲印刷接線基材表面上電路圖樣與電鍍透孔之用。 圖7A與7B爲流程圖’顯示與本發明有關而用以形成高密 度互連四層基材的各種處理步驟,由步驟1〇〇開始,印刷 接線基材接受三種情況之一(由製造者買得): 準備好進一步程序(例如電鍍與圖型化),電鍍與預備屏 遮,或決不電鍍。此三種情況提供選擇的連續性,視當時 的高密度互連應用而使用之,第—種設定是最經濟的因爲 在沉積薄膜製造場上所需的處理步驟較少,然而,某些特 性控制遗漏掉。在另一方面,第三種設定使用非常嚴密的 18 - 本紙張尺度適用帽國家標iT(CNS)A4^規格(210 X 297公釐) " ·-- -----I---- I H.裝------訂 --------- 線 — (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 449887 A7 ---------------B7__________ 五、發明說明(16) . 特性控制在薄膜沉積技術上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 若印刷接線板基材接受第一種設定,則其直接進行薄膜 沉積程序,如步驟200所示,若不是,則流程跳至3〇〇,在 步驟3〇〇中,若印刷接線板基材接到第一金屬層就定位, 則送至步驟500以進行屏蔽並準備蝕刻,印刷接線板基材 沒有接到第一金屬層,該流程進行步驟4〇〇。 圖7B包含在步驟4〇〇程序盒内所採取的步驟,有三種可 能產生第金屬層的程序,在步驟41〇中,要決定是否拍打 整個第一金屬層,若結果爲是,則拍打第一金屬層製適當 的厚度η步驟415且流程回到圖7八中的步驟5〇〇 ,若回答不 ’步驟420決定是否僅拍打種晶然後電鍍至適當厚度。若 回答是,步驟425加入一播種金屬且步驟427電鍍第一金屬 層至適當厚度’由此流程再度回到圖7Α中的步驟5〇〇。若 對步驟420決策的回答爲不’然後拍打播種金屬進入步驟 430中的位置,然後步驟440利用矯正光阻鑲嵌種金屬的圖 樣’以使在步驟450中的導體僅電鍍至適當的厚度,然後 流程回到在圖7Α中的步驟600。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 步驟500將電路導體圖樣放置在基材表面,在範例應用 中,這些無導電性的區域予以屏蔽,讓想要的電路圖樣種 金屬曝置。在步騍600中,利用導電性材料如銅將已曝置 的區域予以電艘至適當的厚度。 然後基材有屏蔽阻片並浸於步驟600的濕化學蚀刻劑中 ,蝕刻劑侵蝕所有表面,種金屬與電鍍的電路導體圖樣, 但是因爲該區代表電路圖樣已經電鍍至較大的厚度,則當 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格C297公^ _ 4 49 88 7 A7 B7 五、發明說明(17) 電路圖樣保留時,種金屬完全成片狀。然後步驟7〇〇利用 電漿蚀刻方法以清洗基材表面剩餘的種晶殘留物。 圖6A與6B顯示兩個本發明的具體實施例,在圖中,印 刷接線基材30已加入—單層平面化ciba Pr〇bimer電介質2, 其表層使得電介質填充印刷接線基材上金屬特性之間的缝 隙且掩蓋金屬特性表面如電鍍透孔3至厚度約2〇_ 35微米。 在較佳具體實施例中,沉積薄膜金屬化層4與4,爲銅,或 某些銅冶金術如鉻/銅化合物。這些金屬化層被日產鋼鐵 化學物品V - 259PA電介質5予以隔開。 在第一較佳具體實施例中如圖6B所示,印刷接線基材3 5 已有Ciba Probimer電介質層2加在上表面且—映射aba Probimer電介質層2’加在底面上,此底層2ι提供焊接屏蔽以 使焊球連至傳統印刷接線板如母板並協助印刷接線基材上 應力的平衡,在某些傳統高密度互連結構中,該平衡層必 須避免板翹作用。 有为景技術的人均能了解,以上所述之具體實施例不是 本發明唯一可能的應用,具有一般技術的人閱讀上述本發 明的各種具體實施例的説明後,顯然可得到其他利用本發 明的相當或引人的方法,例如了解關於印刷接線基材所説 明的本發明細節’可發現本發明可用以減少應力的不平衡 ’以及當薄膜電介質層與薄膜金屬化互連結構沉積在任何 共同電路基礎上時,這種不平衡衍生的潛在不利效應。如 使用於此應用中一樣,共同電路基礎是任何基材、子板或 ^卯片杈組而在其上形成晶片級與(或)元件級互連。共同 ___ -20- 本紙5ft尺度I®用肀國國豕標準(CNS)A4規格(210 X 297公复) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線' 經濟部智慈財產眉員工消費合作社印製 A7 449887 五、發明說明(18) 電路基礎的粒子包括印刷接線板基材、石夕基材、陶党基材 與鋁基材的其中之一,一積體電路晶粒本身不是一共同電 路基礎,反而,晶粒的黏接板典型由第—層互連設計(例 如打線接合、捲帶式自動接合、覆晶接合等等)連接至包 括電力與接地導體及訊號互連線路的共同電路基礎,以将 w粒連接至其他晶粒與(或)支援像電容器或電阻器的元件。 此外,在本發明的其他具體實施例中在印刷接線板基材 中的電介質是Mitsubishi BT HL 810樹脂且金屬是半盎司(大 約17微米)的銅箔,在另外的較佳具體實施例中,pwB電介 質爲NEMA FR5而金屬亦是半盎司的銅箔。在其他具體實 施例中,利用光可限定的card0丙烯酸材料而非用於較佳1 體實施例中的日產鋼鐵化學物品V _ 259PA電介質來製成、‘〃 積薄膜電介質層。技術人員將會知曉,其他材料比成功利 用本發明方法所使用的還要好,因此,其他方法與構造將 可能從本發明獲益而其唯一限制因素則定在所附的專利 請範園中》 ' ^ -----I -------裝--------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 * 297公釐)
Claims (1)
- 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 449887 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 ^' 1. 一種用以形成一具有一第一圖型化導電層之高密度互 連印刷線路板基材的方法,包括複數個導電線路,其 邊緣界定該等導電線路的範圍,而該等導電路線是来 成於該基材的一個上表面上,該方法包括: (a) 在該第一圖型化導電層以及該導電層邊緣之間形 成一應力缓衝層’其中該第一圖型化層正上方區域的 應力緩衝層厚度介於20與35微米之間,且其中該應力缓 衝層是具有微粒懸浮於該層的合成電介質層或是一具 有一至少10%延長比例的均勻電介質層; (b) 在該合成電介質層上方形成一薄膜導電層;以及 (c) 在該薄膜導電層上方形成一薄膜電介質層; 其中該薄膜導電層厚度介於2到5微米之間,以及其 中該第一圖型化導電層厚度介於14到26微米之間。 2. 如申請專利範圍第1項的方法’其中該應力緩衝層包括 Ciba Probimer。 3 .如申請專利範圍第2項的方法,其中該Ciba pr〇bimer層 是以幕狀塗層程序沉積而得。 4 ·如申efl專利範圍第1項的方法,其中該應力緩衝層是— 光可限定或雷射可減弱的材料。 5 ·如申請專利範圍第4項的方法,其中於該合成電介質層 形成後,穿過該電介質層的孔是以光刻程序_形成。 6 如申請專利範園第1項的方法,其中該應力缓衡層包括 Ciba Probimer,且其中該薄膜電介質層包括日產 ______-22- __ 本紙張Μ適用中國8家樣準(CNS )八4胁(210X297公釐) '一 IK---------裝------訂------涞 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) Ag B8 C8 D8 其中該應力缓衝層包括 其中該應力缓衝層包括 449887 六、申請專利範圍 (Nippon)鋼鐵。 7 .如申請專利範圍第1項的方法,其中該應力缓衝層沉積至 該圖型化導電層線路之上的厚度介於25-30微米之間。 8 .如申請專利範圍第7項的方法,其中該薄膜電介質層沉 積的厚度介於10與16微米之間。 9 .如申請專利範圍第1項的方法 一均勻保護膠電介質層。 10. 如申請專利範圍第1項的方法 —均勻電介質層,而其延長比例至少約13%。 11. 一種用以製成一高密度互連基材的方法,該方法包括: (a) 提供一具有一第一圖型化導電層的高密度印刷接 線板基材,包括複數個具有邊緣可界定導電線路範圍 的導電線路’其形成於該基材的上表面之上且在該第 一圖型化導電層與該導電層邊緣之間形成—合成電介 質層; (b) 在該合成電介質層上方形成一薄膜導電層;及 (c) 在該薄膜導電層上方形成一薄膜電介質層; ^中該薄膜導電層厚度介於2到5微米之間而該第一 化導電層厚度介於14到26微米之間。 12. 密度互連印刷接線板基材,包括: If第一圖型化導電層,其包括複數個導電線路,其邊 緣界定該導電線路的範圍,而該導電路形成於該基材 上表面之上,其中該第—圖型化導電層厚度介於⑷⑺ 中國國家標x 297公簸 !lii ~| ,ϋ^i tr—----ίΑ- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央襟率局貞工消費合作社印製 -23- 449887 A8 B8 C8 D8 六、+請專利範圍 微米之間; 一形成於該第一圖型化導電層以及該等導電層邊緣之 間的電介質層,其中該電介質層厚度介於20與35微米 之間,且是一合成電介質材料或是一具有一延長比至 少爲10 %之均勻電介質層; 一位於該合成電介質層上方之2-5微米薄膜導電層; 及 一位於該薄膜導電層上方之10-16微米薄膜電介質層。 " 裝 訂 . 康 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) ( 210X:297公釐)
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
US09/172,178 US6440641B1 (en) | 1998-07-31 | 1998-10-13 | Deposited thin film build-up layer dimensions as a method of relieving stress in high density interconnect printed wiring board substrates |
Publications (1)
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