TWI667694B - 金屬化結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

氧化石墨烯作為金屬沉積之絕緣阻障層，在圖形化、表面改質後，誘發圖形區域的氧化石墨烯化學特性，做為無電鍍金屬之催化劑使無電鍍金屬僅沉積於圖形區域完成金屬化製程，具有提升可靠度與良率之功效。金屬化結構包含基材、氧化石墨烯催化層及金屬層，可廣泛應用於半導體封裝之細間距金屬化、印刷電路板的細間距線路、太陽能極細電極、觸控螢幕及顯示器等。

Description

金屬化結構及其製造方法

本發明係有關於金屬化結構及其製造方法。

隨著電子產品朝向輕、薄、短、小及多功的發展，晶片及封裝功能也日益增多，所以高密度基板的需求將無可避免，而其中線寬線距的縮小已成為一大挑戰。傳統細線化金屬製程包含導通層製作、微影、電鍍及蝕刻，整個流程大量消耗材料、化學溶劑及水資源，所以對環境的傷害將是電子產業未來發展的隱憂。

在金屬線路成型工藝，目前多採用半加成法，以物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)法沉積阻障種子層，待線路成形後再以濕式蝕刻方式移除掉多餘之阻障層及/或種子層。

在間距及線路限縮時，會遭遇到蝕刻不完全或是過蝕刻造成的可靠度和良率等問題。

如何解決蝕刻阻障層及/或種子層時造成的可靠度問題以提高整體細線化製程良率，為目前極細線路間距圖形金屬化最重要的課題之一。

本發明以氧化石墨烯作為金屬沉積之絕緣阻障層，在圖形化、表面改質後，誘發圖形區域的氧化石墨烯化學特性，做為無電鍍金屬之催化劑使無電鍍金屬僅沉積於圖形區域，完成金屬化製程。

本發明提供一種金屬化結構，包含基材，氧化石墨烯催化層、及金屬層，其中該氧化石墨烯催化層介於該基材與該金屬層之間，該基材可為絕緣材或半導體。本發明之結構更可包含一氧化石墨烯層，設於該基材與該氧化石墨烯催化層之間。

本發明另提供一圖案金屬化之結構，包含基材、氧化石墨烯催化層、金屬層及介電層，其中該介電層具有圖案化之開口且設於該基材上，該氧化石墨烯催化層設於該開口內緣，且該基材可為絕緣材或半導體。本發明之結構更可包含一氧化石墨烯層，設於該氧化石墨烯催化層與介電層或/及氧化石墨烯催化層與基材之間。

根據上述，本發明還可在具圖案化的基材上形成一金屬擴散阻障層、鈍化層或保護層。

本發明亦提供一種金屬化結構的製造方法，包含提供一基材，在該基材上形成一氧化石墨烯層，對該氧化石墨烯層進行改質以形成氧化石墨烯催化層；及在該氧化石墨烯催化層上進行金屬化，該基材可為絕緣材或半導體。

為讓本發明之特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

11,21,301,401‧‧‧基材

12,22,302,403‧‧‧氧化石墨烯層

13,23,305,406‧‧‧氧化石墨烯催化層

14,24,306,407‧‧‧金屬層

25‧‧‧介電層

26‧‧‧第一開口

304,405‧‧‧罩幕

303‧‧‧第二開口

402‧‧‧鈍化層

404‧‧‧第三開口

第1圖係為本發明一實施例金屬化結構之示意圖；第2圖係為本發明另一實施例圖案金屬化結構之示意圖；第3A圖~第3E圖係為本發明一實施例金屬化結構之製造方法剖面圖；第4A圖~第4F圖係為本發明另一實施例金屬化結構之製造方法剖面圖。

以下詳細討論實施本發明之實施例。可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可以較廣的變化實施。所討論之特定實施例僅用來揭示使用實施例的特定方法，而不用來限定揭示的範疇。

以下內文中之「一實施例」是指與本發明至少一實施例相關之特定圖樣、結構或特徵。因此，以下「在一實施例中」的敘述並不是指同一實施例。另外，在一或多個實施例中的特定圖樣、結構或特徵可以適當的方式結合。值得注意的是，本說明書的圖式並未按照比例繪示，其僅用來揭示本發明。

本發明一實施例係以氧化石墨烯作為絕緣阻障層及種子層。請參照第1圖，提供一金屬化結構10，包含基材11、氧化石墨烯層12、氧化石墨烯催化層13及金屬層14，其中該氧化石墨烯催化層13介於該基材11與該金屬層14之間，該基材為絕緣材或半導體。在本實施例中，氧化石墨烯層12即作為絕緣阻障層，而氧化石墨烯催化層13可用以做為增厚金屬層之電鍍種子層，也可以直接在該氧化石墨烯催化層上以例如是以無電 鍍的方法完成金屬化。

第2圖為本發明另一圖案金屬化之結構20，包含基材21、氧化石墨烯催化層23、金屬層24及介電層25，其中該介電層25具有圖案化之第一開口26且設於該基材21上，該氧化石墨烯催化層23設於該第一開口內緣並與該介電層25及基材21接觸，該基材為絕緣材或半導體；必須注意的是，該氧化石墨烯催化層23與介電層25之間及氧化石墨烯催化層23與基材21之間亦可能存在氧化石墨烯層22，在氧化石墨烯層存在的情況下，與氧化石墨烯層接觸的是介電層及基材，並且氧化石墨烯催化層23設置於氧化石墨烯層22和金屬層24之間，但需注意的是該氧化石墨烯催化層23與氧化石墨烯層22並不一定要同時存在。

本發明之氧化石墨烯催化層係為氧化石墨烯層利用金屬錯合物進行表面改質所形成，即該氧化石墨烯催化層係因表面改質時，在氧化石墨烯誘發氧化還原反應沉積金屬而形成，表面改質時沉積金屬可能向氧化石墨烯層滲透，因此表面改質的結果可以是由氧化石墨烯催化層取代原來的氧化石墨烯層，也可以是氧化石墨烯催化層與氧化石墨烯層同時存在。本發明之圖式僅繪示二者同時存在的情況，但不限於此。

本發明之基材可以是陶瓷材料(例如氧化物、氮化物)、玻璃、高分子、矽晶圓等，而金屬層之材料可以是鎳及其合金、銅、鈷、金、銀、錫等；本發明之結構可廣泛應用於半導體封裝細間距之金屬化、印刷電路板(PCB)細間距線路、觸控螢幕、顯示器或太陽能極細電極等。

氧化石墨烯的製備係依Hummer’s method(J.Am.Chem.Soc.,1958,80(6),1339)記載的方式製得。

0.5克石墨粉與0.5克硝酸鈉加入23毫升98%濃硫酸於冰水浴中攪拌。充分混合後，緩慢加入3克過錳酸鉀再於冰水浴中攪拌15分鐘。溶液加熱至35度持溫30分鐘後，再緩慢加入46毫升純水，升溫至98度持溫15分鐘。最後加入140毫升純水稀釋，並加入25毫升30%過氧化氫終止反應。

以下配合第3A圖~第3E圖揭示本發明一實施例之金屬化結構之製造方法。首先，請參照第3A圖，提供一基材301，基材可以為陶瓷材料(例如氧化物、氮化物)、玻璃、高分子、矽晶圓等之材料。在本發明一實施例中，基材301為玻璃。接著在基材301上形成一氧化石墨烯層302，形成該氧化石墨烯層302的方法可以是濺鍍法、塗佈法、旋塗法、刮刀式塗佈、狹縫式模具塗佈、滾輪式塗布、浸塗法、浸泡法、化學氣相沉積等方法。請參照第3B圖，提供一包含第二開口303之罩幕304於該含氧化石墨烯層302之基材301上，使形成圖案化。其後，請參照第3C圖，以金屬錯合物對該第二開口303內之氧化石墨烯層302進行改質，以形成氧化石墨烯催化層305。氧化石墨烯層302的改質方法可以是超音波方式、含浸法、熱處理法、微波法、UV光照射法、電化學法、高壓法等。金屬錯合物可以是銅錯合物、金錯合物、鎳錯合物、銀錯合物、鈀錯合物、鉑錯合物或銠錯合物等貴重金屬錯合物，在本發明一實施例中，係以鈀離子錯合物(PdCl₄ ^2-、Pd(NH₃)₄Cl₂、PdCl₆ ^2-、Pd(acac)₂、Pd(OAc)₂)或是銀離子錯合物(Ag⁺、[Ag(NH₃)₂]⁺、Ac-Ag)對氧 化石墨烯層302進行改質。接著，請參照第3D圖，對該第二開口303做金屬化的處理以形成金屬層306。後續，請參照第3E圖，移除罩幕304。

在另一實施例中，請參照第4A圖~第4F圖，於基材401上形成一鈍化層402(或保護層或介電層)，接著在該鈍化層402上形成氧化石墨烯層403。請參照第4C圖，提供一包含第三開口404之罩幕405於該含鈍化層402及氧化石墨烯層403之基材401上，使形成圖案化。其後，請參照第4D圖，以金屬錯合物對該第三開口404內之氧化石墨烯層403進行改質，以形成氧化石墨烯催化層406。接著，請參照第4E圖，對該第三開口404做金屬化的處理。後續，請參照第4F圖，移除罩幕405。

本發明之氧化石墨烯催化層之厚度為0.5-100nm，例如在本發明的一些實施例中，氧化石墨烯催化層的厚度為0.7-50nm；若同時存在有氧化石墨烯層及氧化石墨烯催化層時，氧化石墨烯層及氧化石墨烯催化層之總厚度為0.5-100nm，在某些實施例中，氧化石墨烯層及氧化石墨烯催化層之總厚度為0.7-50nm。

根據上述，本發明以氧化石墨烯作為絕緣阻障層，並於特定區域對氧化石墨烯進行改質，誘發氧化還原反應以沉積金屬形成氧化石墨烯催化層，可作為種子層進行金屬化，其具有以下優點：免除蝕刻製程，避免翹折發生，減少底切(undercut)、不良金屬型材(poor metal profile)或線路塌陷(wire collapse)的形成等，可用於製作極細間距線路金屬化，提高可靠度、良率。

雖然本發明之實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

Claims (17)

1. 一種金屬化結構，包含：一基材；一氧化石墨烯催化層；及一金屬層，其中該氧化石墨烯催化層設於該基材與該金屬層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬化結構，其中，該基材為絕緣材或半導體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬化結構，更包含一圖案化結構設於該基材之上，該圖案化結構係由該氧化石墨烯催化層及該金屬層所組成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之金屬化結構，其中，該圖案化結構更包含一介電層。
5. 如申請專利範圍第3項所述之金屬化結構，更包含一鈍化層設於該基材與該圖案化結構之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之金屬化結構，其中，該氧化石墨烯催化層的厚度為0.5-100nm。
7. 一種金屬化結構，包含：一基材；一氧化石墨烯層，設於該基材上；一氧化石墨烯催化層；及一金屬層，其中該氧化石墨烯催化層設於該氧化石墨烯層與該金屬層之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之金屬化結構，其中，該氧 化石墨烯層與氧化石墨烯催化層的總厚度為0.5-100nm。
9. 如申請專利範圍第7項所述之金屬化結構，其中，該基材為絕緣材或半導體。
10. 如申請專利範圍第7項所述之金屬化結構，其中，更包含一圖案化結構設於該基材之上，該圖案化結構係由該氧化石墨烯層、該氧化石墨烯催化層和該金屬層所組成。
11. 如申請專利範圍第10項所述之金屬化結構，其中，該圖案化之結構更包含一介電層。
12. 如申請專利範圍第10項所述之金屬化結構，更包含一鈍化層設於該基材與該圖案化結構之間。
13. 一種金屬化結構的製造方法，包含：提供一基材；在該基材上形成一氧化石墨烯層；對該氧化石墨烯層進行改質形成氧化石墨烯催化層；及在該氧化石墨烯催化層上進行金屬化。
14. 如申請專利範圍第13項所述之製造方法，更包括在提供一基材之步驟後進行圖案化。
15. 如申請專利範圍第13項所述之製造方法，其中，對該氧化石墨烯層進行改質係以金屬錯合物進行。
16. 如申請專利範圍第15項所述之製造方法，其中，該金屬錯合物包含銅錯合物、金錯合物、鎳錯合物、銀錯合物、鈀錯合物、鉑錯合物或銠錯合物。
17. 如申請專利範圍第13項所述之製造方法，其中該金屬化係以無電鍍方式進行。