TWI342169B - - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種以凸塊進行層間連接的多層配線基板 "製化方法，特別是有關於一種可確保連接可靠度及接合可靠 &之新穎的多層配線基板及其製造方法。 【先前技術】 . 所謂的組合式（built-uP)多層配線基板之製造，是將絕緣層 _ 導體層依序層積’隨著各導電層以固^的配線圖案進行圖案 化’必須要將各導體層間進行層間連接。要在導體層上形成細微 的圖案又實現有效率的層間連接，是一種重要的技術。 過去的組合式多層配線基板的製造方法，已知的方法是將凸 塊形成於銅笛上並將凸塊埋入絕緣層内，再以㈣貼在凸塊上進 订連接（例如’請參照專利文獻丨等，其中專利文獻丨是日本專 利公開第2003-129259號公報）。 專利文獻1中的發明，是以選擇式蝕刻的方式形成凸塊，有 關以選擇式㈣裝置進行多層配線回路基板之製造技術。在形成 •凸=的銅箱的一主面上形絲刻阻障層（etching ‘㈣，在敍刻 阻障層的主面上形成導體回路用的銅箔，作為配線回路基板形成 用材料，經過適當的處理後得到多層配線回路基板的技術。 上述之多層配線回路基板的製造技術，首先，將上述之配線 回路基板形成用材料進行選擇性㈣，形成連接用的凸塊。凸塊 埋入絕緣層並互相隔開，各凸塊彼此間絕緣。接著，在凸塊的頂 面上形成用以形成導體回路的銅箔。然後，對上下兩面的銅箔進 行選擇性钮刻形成配線膜。如此一來，上下兩面具有配線膜，且 配線膜間以凸塊連接的多層配線基板就此形成。

TW2572PA 5 1342169 另外，以上述之多層配線回路基板製造技術所製造之多層配 線$板，以成形熱壓著的方式將銅箔與凸塊電性連接，使得連接 可靠度的確保成為重大課題。如上所述，凸塊形成後再形成絕緣 層，凸塊的頂面上形成導體回路形成用的銅箔，銅箔以熱壓著的 方式貼合在絕緣層上。這時，銅荡及凸塊的前端表面只是接觸的 狀態，結合力很弱，僅用外力就會發生連接不良，對於連接可 度產生許多挑戰。 因為這樣的狀況，過去凸塊連接（銅箔及凸塊的前端面的連 優先進行，盡可能不使㈣發生氧化，也就是所謂的純銅狀 悲下進行Μ著。在凸塊連結時，如果㈣表面形成氧化膜不利 於電導通，以同種金屬連接的話會比較好。因在匕，過去將銅荡的 原氧化膜除去，直接進行熱壓著的原因，是因為原氧化膜會極力 抑制連接可靠度。 仁疋經本發明人反覆檢討的結果，將銅箔表面的原氧化膜 除去，進行熱壓著’會使銅落對絕緣層的密著性不足，經熱壓著 的銅冷不π夠確保有足夠的接合強度。實際上，熱壓著的銅荡的 到除強度、.座測疋僅冑5牛頓/公分（N/cm) ’經確認與所要求的剝除 強f (6〜咖em)有很大的差距。上述之接合強度不足，是造成 銅/0產生無預期的剝離等問題的原因，這是比上述之連接可靠产 不足更大的問題。 & 【發明内容】 本發明根據過去的實際情況提出一種多層配線基板，其銅箔 ”凸塊之間的連接可靠度良好，且㈣與絕緣層之間能夠確保具 有足夠的密著性，具有優良的接合可靠度。 、 為了達成上述目的，本發明的多層配線基板，將用以做層間

TW2572PA 6 1342169 連接的凸塊埋設於絕緣層中，並在絕緣層上以熱壓著的方式形成 銅箱’形成整個銅箔與凸塊之間有電性連接的多層配線基板。上 述之銅/自與凸塊以及纟巴緣層之間的接觸面形成5 0埃（人）〜3 5 0埃 (人）的氧化骐。 本發明中的最大特徵在於，因為在銅箔表面的氧化膜沒有完 全除去的I態下進行熱歸’並使用形成㈣度之氧化膜的銅猪 的狀況下進行熱壓著，因此具有同時滿足連接可靠度及接合可靠 度之特點。

例如將銅辖熱壓著於聚醯亞胺（polyimide，ρι)樹脂所形成的 絕緣層上’比起以銅结本身的表面凹凸進行密著，將銅落進行氣 化可以更加提高密著度。但是—旦銅絲面的氧化膜變厚，凸塊 =的可靠度會降低。因為本發明在㈣表面形成的氧化膜厚度 疋在適，科滿足了連接可靠度及接合 :絕Si:熱壓著的㈣上形成5。_以上的氧化膜。、二 氡化的密著性。—方面，因為熱壓著的㈣表面的 接二在350埃(Α)以下’可確保銅结與凸塊之間具有足夠 的連接可靠度。 $ ” 、-方面’本發明的多層配線基板的製造方法，包 間連接的凸塊形成之基材上形成絕緣層之步驟，以及淨： =進:銅ϋ熱壓著之步驟，以及在上述之銅 荦化之 步驟。上述熱壓著之㈣，具有預先以酸洗除 =化之 紫外t照射凸塊及絕緣層之接觸面以形成氧化膜之特徵以 的厚度===著時，必須將銅'表面的氧化膜 酸洗除去，再進行氧化开3例如，銅箱的表面的原氧化膜，先以 ^ 丹進订軋化形成氧化膜。所形成 "能夠抑制在適當範圍内十分困難。本發明

TW2572PA 7 1342169 仃再氧化’可將銅落表面的氧化量抑制在適當範圍内。 根據本發明，能夠麵構成配線層之㈣及凸塊之間的充分 電性連接，同時也能確保㈣及絕緣層之間有足夠的機械接合強 度。因此’本發明能夠提供高可靠度之多層配線基板。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文 特舉-較佳實施例’並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 以下，將有關本發明義之多層配線基板及其製造方法，以 圖示參照詳細說明之。 、先為了讓本發明之多層配線基板的結構容易理解，先說 明其製造方法。本發明之多層配線基板之製造，如第丨⑷圖所示， 準備用以形成凸塊的㈣！ ’以及以鎳⑽）等所形成的㈣阻障 層（etchmg barrier)2,以及形成第一配線層的銅羯3層堆積所形 成的包覆⑷ad)材料。驗性姓刻液對上述之#刻阻障層2及銅们 的姓刻具有選擇性。銅羯3最後以圖案化形成配線層，本階段將 上述之銅fi 1及偏,！阻障層2以關形成凸塊，凸塊具有作為支 持部之機能。 接著’如第1(b)圖所示，上述之銅箔丨經蝕刻後形成凸塊心 銅箔1的蝕刻，以酸性蝕刻液及鹼性蝕刻液之組合來進行較佳。 也就疋《兒銅箔1上做為遮罩的光阻膜（圖示省略）形成後，灑 佈酸性蝕刻液（例如氣化亞銅），將銅笛i蝕刻後，酸性蝕刻液 ㈣的深度要比銅猪本身的厚度淺’不露錢刻阻障層2。然後， 經過水洗（nnse)後，以驗性姓刻液（例如氫氧化銨）將銅箔1剩 餘。P刀触刻。驗性触刻液幾乎不會侵害到以錄所形成的姓刻阻障 層2因此触刻阻障層2具有中止驗性姓刻液之触刻的機能。再

TW2572PA 8 1342169 者’驗性㈣⑽的pH值在8 ()以下較佳。鹼㈣刻液在上述之 P二下Γ，不會侵害到蝴且障層2，能比較快將銅猪“虫刻完 上述之凸塊4形成之後，上述之蝕刻阻障層2也除去

日士 ”有㈣阻障層2的鎳被触刻去除’下面的銅3幾乎不合 被I虫刻液侵害。 H 接著如帛1 (C)圖所不，上述之凸塊4間埋設形成絕緣声5。 如，聚醯亞胺等的樹脂材料塗佈，或是以樹脂薄:熱 =璃=點、線_係數等，僅需對必要的特性作=二

此外，厚度並不受限制。 、评I J 觸面4^=緣層5形成後，將凸塊4的表面進行研磨以露出接 弟1(d)圓所示，在接觸面心上配置 的銅猪6。如第丨刚所示，以 配線層 銅^上先形成氧化膜6a。 “貼合。這時， 此’本發明將上述，表面的原氧化二==。因 6的凸塊4或絕緣層5的接觸面上形成適 化銅箱 此時，將銅“的表面上形成過厚的原氧化 以用酸洗。以適當濃度的鹽醆水溶液將銅 、去除，例如可 話，可將表面的原氧化膜有效的去除。如此一來表=行清洗的 原氧化臈能較佳地在有限去除的條件下進行酸&自6表面的 然後，上述銅落6的表面上形成適當厚戶 在進行上述之酸洗後，以紫外線照射所 匕膜6a，是 — 為了讓氧化膜6a 1342169 的厚度在適當範圍内，各亲 急 u的乳化並不恰當，以上述之紫外線照 ⑽'、>。在以紫外線照射形成氧化膜6a的過程令，因 為知、射時間等可以選擇，氧化膜6a的厚度 6a的厚度能夠很容易控制在上述範圍内。 乳化獏 叮乂 π另:匕上述之銅荡6的上述氧化膜“的形成面及反面，也 式形成氧化膜，或是進行防鐵處理。防鏽處理以鎳、 鉻、亞錯重複電㈣成，或是以料進行處理。 、、述形成適田厚度之氧化膜6a的銅箔“占合於絕緣層5上 並連接凸塊。上述貼合（成形）是以所謂的熱壓著進行。第2圖 中，執行熱壓著實的製品[如第1(e)圖所示之積層體]叠合之狀離。 曰銅_行熱壓著時’第丨⑷圖或是第1⑷圖所示之積層體 疋以不仙板22之間重複配製，—料行熱料。最外部的不 鏽鋼板22之外側上，各自配製有緩衝材（cushi〇n)23,積層體與 壓著機24之間以這些緩衝材23間隔夾置。 ” 上述之積層體直接以不鏽鋼板22夾置，因此各不錄鋼板有 ㈣面處理。壓者時的壓力在如〜⑼公斤/平方公分（让細2) 的範圍’壓著溫度為3饥。第3圓中，將壓著（熱麼著）時的 溫度折線、壓力折線、真空度折線做舉例說明。本實施例中，以 20(TC做預熱，再提升到3饥，以mkg/cm2做壓著，真空 1.3kPa。 a ”’、 上述之mi 6熱愿著後，如第1(f)所示，表裡兩面的導體層 、(mi 6以及㈣3)以要求的圖案進行圖案化形成配線層。: 述m ’通常以微影（photolithography)技術以及姓刻㈣他幻 技術進行。 以上述方法所製作之多層配線基板，在銅6的表面形成適 當厚度的氧化膜6a。-方面，銅“及絕緣層5之間具有充分的

TW2572PA 10 1342169 鵞 ::強度，接合密著性良好。另一方面，鋼“ 面，之間存在氧化膜6a，因為氧化膜〜的厚度薄，破保豆有妾： 接可靠度。本實施例的多層配線基板，同時滿足電性 層：機械接合可靠度’實現各方面都具有高可靠度的多

另外，上述之多層配線基板上，為了同時滿足上述之電性連 =度及機械接合可靠度，的表面的氧化膜二J 因此^㈣6的表面氧化太多，與凸塊4的連接就會失效。 的範圍内Χ明中，上边之氧化膜63的厚度在50埃(λ)〜350埃(Α) 的1圍内。氣化膜6a的厚度不至lJ50埃（Α)的話，對於絕緣層5難 ==具有足夠的密著性。相反的’上述之氧傾^超過咖 ' )的活’凸塊連接會發生障礙’連接可靠度有受損之虞。因此， 季父佳之厚度範圍為150埃（A)〜250埃（A)。 以下針對本發明是用之實施例，根據實驗結果作說明。 據先前第丨圖所示之製程，形成凸塊的銅落上以聚醯亞胺 的絕緣層’並在絕緣層上進行㈣之熱㈣。使用的織 面子二為微米（㈣）。㈣經酸洗後，以紫外線照射銅猪表 化膜。此時’控制酸洗的條件或紫外線照射的條件，抑 ==表面的氧化膜厚度。第4圖及第5圓分別綠示酸洗前，及 洗並以紫外線（UV)照射後的氧化膜的厚度。 熱壓著以如第2圖所示之方法進行’熱壓著時的溫度折線、 ::折線、真空度折線與第3圖所示者相同。慶著愿力為 HOkg/cW，壓著溫度為335〇c。 鋼箱經熱磨著後’進行銅落的剝離強度測定。鋼絲面的氧 :旱度’剝離強度的關係如第6圖所示。另外，銅落表面的氧 、旱度，依據母車位面積的氧化度[單位：毫庫侖㈤心。心吨

TW2572PA 1342169 巉 mc)j做計算。 ^第6圖可得知，銅笛表面的氧化膜的厚度愈大，制 就愈大。減料厚度纟I5G埃伽上時，可實現8牛顿 (N㈣以上剝離強度的高密著性。然而，氧化膜的厚度超過 250埃（A)時，幾乎不見剝離強卢描古 一 】離強度扼阿，可知在這個範圍内剝離強 度提南的效果達到餘和。 一方面’為了瞭解經熱歸的㈣及凸塊之間的連接可靠 度’調查連接效率。這裡的連接效率是以製作具有·個凸塊 鲁的多層配線基板時，因連接不良導致效率降低來評斷。結果如第 7圖所示。銅羯表面的氧化膜厚度超過35〇埃⑷時，連接效率急 速降低，可知連接可靠度大大受損。 綜上所述，雖財發明已以—較佳實 非用/限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明:精= + fe圍A ®可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當 視後附之申請專利範圍所界定者為準。

TW2572PA 12 1342169 【圖式簡單說明】 流程圖第，1⑷〜1⑴綺示本發明之〆實施例之多層配線基板製造 开，：…其中’第1(a)圖為包覆材料之剖面圖，第1(b)圖為凸塊 /驟之剖面圖’第1(c)圓為絕緣層形成步驟之剖面圖，第“句 :鋼箔配置步驟之剖面圖，第1(e)圖為銅箔熱壓著步驟之剖面 第。1(f)圖為銅箔圖案化步驟之剖面圖； 第2圖繪示熱慶著步驟中疊合狀態之剖面圖； 第3圖繪示熱壓著步驟，溫度、壓力、真空度之折線圖； 第4圖繪示酸洗前後及紫外線照射後氧化膜厚度差異之特 第5圖繪示第4圖之部分放大特性圖； .第6圖繪示銅鶴表面的氧化膜的厚度及剝離強度之關係特 ，以及 第7圖繪不銅落表面之氧化膜的厚度及連接效率之關係特 【主要元件符號說明】

1 :銅箔 2 :蝕刻阻障層 3 :銅箔 4 :凸塊 5 :絕緣層 6 :銅箔 6a :氣化膜 21 :積層體 2 2 :不鏽鋼板 TW2572PA 13 1342169 、 23 :緩衝材 24 :壓著機

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Claims (1)

1342169 十、申請專利範圍： 1 · 一種多層配線基板，包括： 一絕緣層，具有一第一接觸面； -凸塊，埋設於該絕緣層中，並露出—第二接觸面；以及 -銅箱，具有-氧化膜，該鋼落以該氧化膜與該絕緣層之$ 第-接觸面及及該凸塊之該第二接觸面接合，顧與該二“ 其中，該氧化膜之厚度為50埃（A)〜35〇埃（人）。

2.如申請專利範圍第1項所述之多層配線基板，其中 化膜之厚度為150埃（A)〜250埃（A)。 4_ 一種多層配線基板的製造方法，包括： 以層間連接的複 形成一絕緣層於一基材上，該基材上形成用 數個凸塊； 熱壓著一銅箔於該絕緣層上；以及 圖案化該銅馆； 自π几从眠尤玄除一原氧化祺後， 凸塊及該絕緣層之門的 iiL An j, . 幻泊與3玄i 5如申二 接觸面以紫外線照射’形成-氧化膜。 5.如申M專利範圍第4項 度為5〇埃（A)〜350埃（A)。 ，、中遠軋化膜之厚 TW2572PA 15