TWI494701B - 對基材（尤其是晶片）表面內的孔穴塗覆阻劑之方法 - Google Patents

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Description

對基材(尤其是晶片)表面內的孔穴塗覆阻劑之方法
本發明係有關一種對基材(尤其是晶片)表面內的孔穴(例如，垂直互連通道(VIA)孔或盲孔)塗覆阻劑之方法。
例如，對於接線及聯結微機電系統(MEMS)裝置，利用阻劑(例如，漆或介電層)之塗覆很重要。這些裝置之間經由孔穴(例如VIA孔)的接觸對於達成變得越來越小的MESM裝置(例如，感測器、儲存器、電子或微機械組件)的包封是有利的。
基材之塗覆係(例如)從Kutchoukov，V.G.,Mollinger，J.R.,Bossche，A.：在Sensors and Actuators A中，2000，第85冊，第377-383頁之"New photoresist coating method for 3-D structured wafers"；Pham,Nga P.，Burghartz,Joachim N.，Sarro,Pasqualina M.：在Journal of Micromechanics and Microengineering，2005，第15冊，第691-697頁中之“Spray coating of photoresist for pattern transfer on high topography surfaces”；US-A-5 849 435；EP-A-1 840 940；及JP-A-2008-55268得知。
為了達成在基材(例如，晶片)表面之儘可能精確的接觸，將(例如)光阻劑之均勻阻劑層施加至基材孔穴之內表面是有利的。在具有大深度對寬度比之孔穴(例如，小直徑)，例如，藉著噴塗，特別難以覆蓋孔穴的整個壁表面。
塗覆基材孔穴之可能性為以一個步驟將阻劑溶液施加至基材表面且也將其填充於孔穴中。然後從孔穴(例如，利用超音波)移除被阻劑夾帶在孔穴中之空氣(參見，例如，圖1)。
利用習知方法難以在基材表面之孔穴內表面上產生全表面阻劑層。
因此，本發明之一目的為提供一種對在基材表面之孔穴內表面塗覆阻劑之改良方法。
此目的以申請專利範圍的特徵達成。
在本發明之方法中，在第一個方法步驟(a)中，用阻劑溶液填充在基材表面之孔穴及在第二個方法步驟(b)中，將基材加熱到致使阻劑溶液之溶劑被蒸發且孔穴底部和孔穴內壁至少與底部鄰接的部分被阻劑塗覆的程度。較佳地，蒸發方法之後，內壁完全或部分被該阻劑所覆蓋。
在基材表面之孔穴可為(例如)VIA孔且包含由所要塗覆的內壁所形成之內表面。這些內壁可為孔穴之底部及/或側壁。在一特殊實施體系中，該孔穴包含平行於基材表面延伸之底壁(“底部”)。在另一實施體系中，該孔穴除了此底部之外還包含至少一個垂直於底部延伸之側壁。平行於該類孔穴之表面的橫截面較佳為橢圓形(尤其是圓形)或長方形(尤其是正方形)，或任何可能的多邊形，且在整個孔穴之深度可為不變。孔穴側壁相對於孔穴底部或相對於基材表面之傾角的範圍可介於50°及100°之間且較佳為約90°。
阻劑溶液基本上包含阻劑及用於該阻劑之溶劑。阻劑可為(例如)漆或光阻劑、正型酚醛清漆或介電質，例如，Microchem公司之光阻劑BCB或SU-8，其中三甲苯或PGMEA係用作溶劑。
基材係可在(例如)從30至90℃(較佳為50至90℃)之溫度下加熱。溫度增加可(例如)藉由一或多個(例如)直接接觸基材之下側或與基材表面隔1至20公分之紅外線輻射源或電熱器產生。
加熱使阻劑溶液的溶劑蒸發。由附著力引起，阻劑較佳在底部和孔穴內壁至少與底部鄰接的部分沈積成基本上為連續之層。較佳地，加熱基材之後，所有的孔穴內壁完全被該阻劑所塗覆。在這種情況下，不存在沒有被阻劑塗覆的內壁之部分。
在一較佳實施體系中，步驟(b)後接著進一步方法步驟(c)，其中以也將塗料施加至孔穴內壁鄰接基材表面且在方法步驟(a)及(b)之後尚未塗覆的部分之方式用阻劑塗覆基材表面。
藉由此基材表面之塗覆，在其中步驟(a)及(b)之後未完全被阻劑塗覆之孔穴內壁(例如，在離底部最遙遠的部分)的情形中，也可能至少在步驟(c)之後對這些內壁塗覆阻劑。在這種情況下，連續阻劑層可存在於孔穴內壁及基材表面。
在本發明之一較佳實施體系中，藉由施加阻劑溶液對基材表面塗覆阻劑。此阻劑溶液較佳藉由噴塗施加至表面。在一特殊實施體系中，此溶液之黏度係等於或高於用於填充孔穴的阻劑溶液之黏度。阻劑溶液之黏度的範圍可在介於>0厘泊至200厘泊。
在一較佳實施體系中，用阻劑溶液填充孔穴及塗覆基材表面係同時發生。
因此，可能以單一方法步驟，較佳用單一噴嘴，將阻劑溶液施加至基材表面且填入基材表面之孔穴。後續基材之加熱則使溶劑發生蒸發，致使可在表面及在孔穴中形成連續阻劑層。
在一較佳實施體系中，基材之加熱係為孔穴及/或表面之加熱。藉由加熱接近經施加或填入阻劑溶液之部分，溶劑被加熱且蒸發，所以在孔穴內壁及/或在基材表面形成阻劑層。
在一較佳實施體系中，在步驟(a)及(b)及隨意地(c)之後，該阻劑在孔穴的內壁上形成一連續層。
表面上之連續層沒有任何其中表面沒被塗覆的部分。在基材表面上及/或在孔穴中(在孔穴的內壁)之連續阻劑層對於基材之後續進一步處理，例如，對於用於後來在這些表面上的接觸之曝光、顯影及蝕刻是有利的。
在一較佳實施體系中，基材之孔穴係利用噴塗填充。
噴塗對這些目的是特別地有利的，因為其允許非常均勻地施加阻劑溶液，所以可很大程度避免/補償在基材表面及在孔穴的內壁之不均勻。
在一較佳方法中，填入的阻劑溶液之體積係等於或小於孔穴之體積。
在一較佳實施體系中，該孔穴為穿過基材之通孔，較佳為VIA孔。而且，在與表面相對的下側，該基材包含在此側封閉該通孔之支撐體或載體作為底部。通孔具有至少一個垂直於基材表面延伸之側壁可能是有利的。在一特殊實施體系中，至少一個側壁可相對基材表面傾斜(例如)70°。
在一特佳實施體系中，在步驟(a)及(b)之後，隨意地在步驟(a)、(b)及(c)之後，該方法包含除去支撐體之步驟(d)。
支撐體係可連接至基材，例如，附著至其上。為了這些目的之可能黏著劑可為(例如)丙烯酸酯或環氧黏著劑。較佳地，基材可容易地與支撐體分開，例如，藉由使用UV光或化學溶劑。因此可能在基材或晶片中產生經塗覆之通孔。
在一較佳實施體系中，步驟(d)後接著另一方法步驟(e)，其中以使位於最接近基材之下側的通孔內壁的部分也被塗覆之方式用阻劑塗覆(較佳為藉由噴塗)基材之下側。
藉由塗覆基材之下側，也可能在其中移除支撐體後通孔之內壁未完全被阻劑塗覆的情形(例如，在接近底部之側壁部分因除去支撐體/底部而損害塗層所引起)中，這些內壁至少在步驟(e)之後具有阻劑層。在這種情況下，例如，連續阻劑層可存在於通孔之內壁及基材之表面和下側。較佳地，基材係在步驟(e)之後加熱以使阻劑溶液中之殘餘溶劑蒸發。
在一較佳實施體系中，在步驟(a)、(b)、(d)及(e)之後，隨意地在步驟(a)、(b)、(c)、(d)及(e)之後，阻劑在通孔中及在基材之表面和下側形成連續層。例如，在該孔穴為通孔之情形中，此可以首先將阻劑溶液施加(較佳為藉由噴塗)至基材之上側及然後施加至基材之下側或反之亦然而達成。或者，也可能先塗覆通孔之側壁，例如，支撐體以使藉不透流體之方式在此下側封閉通孔的方式被連接到基材之下側。然後將阻劑溶液填入通孔，將基材加熱，然後也用阻劑覆蓋基材表面(作為進一步替代選擇，也可能在一個步驟中同時覆蓋內壁與表面)。移除支撐體/底部之後，用阻劑塗覆(較佳為藉由噴塗)基材之下側。
在以此方式產生之通孔的表面、下側及內壁的連續阻劑層，因為此層中的缺點可因此避免，所以對於後來在孔中接觸是有利的。
在一較佳實施體系中，基材在其表面及在孔穴中包含介電層，塗覆阻劑係在此介電層上進行。
介電層可為例如氧化物層。
在意欲於基材進一步處理期間將尤其是金屬結構(例如，鋁)施加至基材表面之情形中，介電層可(例如)作為隔離體。
在一較佳實施體系中，孔穴之最大深度(相對於基材表面以垂直方式測量)及孔穴之最大寬度或直徑(以平行於基材表面方式測量)的比率為2：1或更高。孔穴之最大深度(相對於基材表面以垂直方式測量)範圍可介於20微米及300微米之間，較佳為介於30微米及150微米之間或介於40微米及70微米之間；孔穴之最大寬度(以平行於基材表面方式測量)可為10微米至200微米，較佳為10微米至100微米或20微米至50微米。
在一較佳實施體系中，阻劑層在基材的孔穴中及較佳也在基材的表面上及/或下側之厚度為至少0.5微米，較佳為至少0.8微米或至少1.0微米。在進一步方法中，例如曝光、顯影及蝕刻，此類型之阻劑層可允許特別地精確(鋒利邊緣)的表面結構用於稍後接觸。
在一較佳實施體系中，步驟(a)後為步驟(a1)，其中被阻劑夾帶在孔穴中之空氣係藉由施加超音波及/或氮氣流或眞空移除。
上文已討論藉由使用超音波(例如，藉由在基材下放置超音波源)及/或眞空可能從孔穴除去填入之阻劑所夾帶的空氣。替代地或者除了超音波源以外，也可能使用從以相對於基材表面為傾斜的方式配置之噴嘴流出的氮氣。藉由除去夾帶的空氣，可能在孔穴之整個內表面上產生均勻阻劑層。
在一較佳實施體系中，使用具有100kHz至5MHz頻率(較佳大於400kHz，例如介於1MHz及3MHz(“megasound”)之間)的超音波。
在一較佳實施體系中，步驟(a)，及隨意地步驟(a1)後為步驟(a2)，其中基材表面藉由旋轉掉(尤其是藉由使用阻劑溶液或溶劑)來清潔。
為了避免表面上的污染也為以後的接觸，在塗覆方法期間清潔表面為合理的。此較佳係利用阻劑溶液本身或藉由使用不損害表面之溶劑進行。有利地，清潔係藉由旋轉基材以使各個清潔溶液可被施加至表面且連同可能的污染物一起從表面旋轉掉而進行。
在一特佳實施體系中，AZ 4620及丙酮之溶液(1至5厘泊)係用作阻劑溶液。填充孔穴之後，利用直接位於基材下之加熱板於30至90℃之溫度下從阻劑溶液蒸發溶劑丙酮經過10分鐘之時間。在這種情況下，在孔穴中如此形成的阻劑層為至少約2微米厚。
在下文中，將參考概要地顯示對孔穴塗覆阻劑之方法的圖示更詳細地描述本發明。
圖1示範地顯示一種用於塗覆具有孔穴11的基材10(例如，晶片)之習知方法。為此目的，將阻劑層13施加至基材10之表面12且也填入孔穴11中。然後可能夾帶在剛施加之阻劑溶液中的氣泡14可利用超音波16(及/或來自噴嘴之氮氣流或眞空)穿過阻劑層13(向頂端)從孔穴11移除。
根據本發明之塗覆基材100的表面120之孔穴110的方法係根據圖2示範地描述。
阻劑溶液係填入孔穴110。填充之前、同時或之後，將基材100加熱(利用熱源160)以使阻劑溶液中之溶劑可蒸發。因此，在孔穴110中形成阻劑層131，該阻劑層覆蓋內壁112、114，也就是側壁112及底部114。側壁112至少在鄰接底部114的部分被覆蓋。可能地，非整個側壁112均被阻劑層131覆蓋。在這種情況下，藉由後來將阻劑溶液施加至基材100之表面120，也可能用阻劑溶液(例如，藉由從基材之表面120流入孔穴110之阻劑溶液，至少沿着上側壁112)覆蓋在最接近表面120的孔穴110之側壁112的部分(例如圖2中之水平線115以上部分)。基材100之重新加熱使溶劑從阻劑溶液蒸發，以使在此也形成阻劑層130。
以此方式，可能用阻劑連續且均勻地塗覆基材中的孔穴(也就是除了角落及邊緣區域以外基本上是平的)。
或者，也可能將阻劑溶液施加至基材100之表面120且同時地填入孔穴110中。以熱源160加熱基材100之後，用阻劑層130、131覆蓋孔穴110之底部114及基材100之表面120和側壁112至少與底部114鄰接的部分。如果孔穴110之側壁112的部分尚未用阻劑層覆蓋，此可藉由將阻劑溶液重新施加(例如，藉由噴塗)至基材100表面進行。因此，可能也將阻劑(可能在基材重新加熱之後)施加至先前尚未被覆蓋之側壁112的上部分。
也利用此替代選擇，基材中的孔穴可用阻劑連續且均勻地塗覆。
根據另一替代選擇，阻劑溶液係施加至基材100之表面120且同時填入孔穴110。基材100係可藉由熱源160加熱，最後孔穴110之底部114，基材100之表面120及側壁114係用連續且均勻的阻劑層130、131完全地覆蓋。
圖3示範地顯示包含通孔210之基材200的側視圖。基材及通孔具有介電層240，在該介電層上係根據上述方法之一施加阻劑層230。在此情況下，接觸結構250用作底部。此基材後來進行微影方法(lithographic process)以使透過通孔210接觸。為此目的，將阻劑層230暴露及顯影，以便阻劑層230的部分232可被移除。後來，藉由蝕刻從該層移除介電層的部分242。然後利用溶劑移除其餘阻劑層230。
由圖4可見在阻劑層230移除之後，可將金屬層260(例如，鋁層)施加至介電層240。然後，因為介電層在部分244被上述蝕刻方法中斷，所以此金屬層260可產生與接觸結構250之接觸262。
基材(例如矽晶片)中的通孔或其他孔穴之塗覆因此可被非常容易地實現於對(例如)微機電系統的進一步處理。
10、100、200．．．基材
11、110．．．孔穴
12、120．．．表面
13、130、131、230．．．阻劑層
14．．．氣泡
16．．．超音波
112．．．側壁
114．．．底部
115．．．水平線
160．．．熱源
210．．．通孔
232、242、244．．．部分
240．．．介電層
250．．．接觸結構
260．．．金屬層
262．．．接觸
圖1顯示用於解釋習知塗覆方法的包含孔穴之基材的側視圖；
圖2顯示包含已根據本發明之方法塗覆的孔穴之基材的側視圖；
圖3顯示包含通孔之基材的側視圖，其根據本發明之方法在介電層上已被塗覆；
圖4顯示圖3之基材進一步處理之後，也就是移除阻劑塗層及施加金屬層之後的側視圖。
100．．．基材
110．．．孔穴
120．．．表面
130．．．阻劑層
131．．．阻劑層
112．．．側壁
114．．．底部
160．．．熱源

Claims (21)

  1. 一種對基材表面中的孔穴內表面塗覆阻劑之方法，該方法包含以下步驟：(a)用阻劑溶液填充孔穴，(a1)藉由使用超音波及/或氮氣流或藉由使用超音波及眞空除去孔穴中所夾帶的空氣，(b)以使阻劑溶液之溶劑蒸發且孔穴底部和孔穴內壁至少與底部鄰接的部分被阻劑塗覆之方式加熱基材，其中孔穴之寬度為10至100微米，其中該孔穴為通過基材之通孔且該基材在與其表面相反之下側包含在此側封閉該通孔之支撐體作為底部，且其中在步驟(a)及(b)之後，提供以下步驟：(d)除去該支撐體。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟(b)之後且在步驟(d)之前或之後進行以下步驟：(c)以使孔穴內壁鄰接基材表面部分也被覆蓋之方式用阻劑塗覆基材表面。
  3. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該基材表面係藉由施加阻劑溶液而塗覆阻劑。
  4. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該阻劑溶液係藉由噴塗方式施加。
  5. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該溶液之黏度等於或高於該用於填充孔穴的阻劑溶液之黏度。
  6. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法， 其中用阻劑溶液填充孔穴及塗覆基材表面係同時發生。
  7. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中基材的加熱引起孔穴及隨意表面之加熱。
  8. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中在步驟(a)、(b)及隨意地(c)之後，使阻劑在孔穴的內壁上形成連續層。
  9. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中基材之孔穴係藉由噴塗填充。
  10. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中所填入溶液之體積係小於或等於孔穴之體積。
  11. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，在步驟(d)之後包含以下步驟(e)：(e)以使最接近基材下側的通孔之內壁的部分也被覆蓋之方式用阻劑塗覆基材之下側。
  12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中該塗覆為噴塗。
  13. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中在步驟(a)、(b)、(d)及(e)之後，隨意地在步驟(a)、(b)、(c)、(d)及(e)之後，使阻劑在通孔中及在基材之表面和下側形成連續層。
  14. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中該基材的表面上及孔穴中包含一介電層，塗覆阻劑係在此介電層上進行。
  15. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法， 其中孔穴之最大深度(相對於基材表面以垂直方式測量)及孔穴之最大寬度(平行於基材表面測量)的比率為2：1或更高。
  16. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中孔穴之最大深度(相對於基材表面以垂直方式測量)範圍介於20微米及300微米之間。
  17. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中該基材孔穴內的阻劑層厚度為至少0.5微米。
  18. 根據申請專利範圍第17項之方法，其中該基材孔穴內的阻劑層厚度為至少0.8微米。
  19. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中在步驟(a1)之後進行以下步驟：(a2)藉由旋轉掉(spinning-off)，尤其是藉由使用阻劑溶液或溶劑，清潔基材表面。
  20. 一種基材，在其表面中包含至少一個孔穴，其中該孔穴之內表面包含可根據申請專利範圍第1至19項中任一項之方法製造的阻劑層。
  21. 根據申請專利範圍第20項之基材，其中該孔穴為通孔。
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