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多層電子支撐結(jié)構(gòu)的層間對(duì)準(zhǔn)的制作方法

文檔序號(hào):6789582閱讀:220來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱:多層電子支撐結(jié)構(gòu)的層間對(duì)準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及多層互連結(jié)構(gòu),特別是指一種多層電子支撐結(jié)構(gòu)的層間對(duì)準(zhǔn)。
背景技術(shù)
在對(duì)于越來(lái)越復(fù)雜的電子元件的小型化的需求越來(lái)越大的帶動(dòng)下,諸如計(jì)算機(jī)和電信設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品越來(lái)越集成化。這已經(jīng)導(dǎo)致要求支撐結(jié)構(gòu)如IC基板和IC插件具有通過(guò)介電材料彼此電絕緣的高密度的多個(gè)導(dǎo)電層和通孔。這種支撐結(jié)構(gòu)的總體要求是可靠性和適當(dāng)?shù)碾姎庑阅?、薄度、剛度、平坦度、散熱性好和有?jìng)爭(zhēng)力的單價(jià)。在實(shí)現(xiàn)這些要求的各種途徑中,一種廣泛實(shí)施的創(chuàng)建層間互連通孔的制造技術(shù)是采用激光鉆孔,所鉆出的孔穿透后續(xù)布置的介電基板直到最后的金屬層,后續(xù)填充金屬,通常是銅,該金屬通過(guò)鍍覆技術(shù)沉積在其中。這種成孔方法有時(shí)也被稱為“鉆填”,由此產(chǎn)生的通孔可稱為“鉆填通孔”。鉆填孔方法存在多個(gè)缺點(diǎn)。因?yàn)槊總€(gè)孔需要單獨(dú)鉆孔,所以生產(chǎn)率受限,并且制造復(fù)雜的多通孔IC基板和插件的成本變得高昂。在大型陣列中,通過(guò)鉆填方法難以生產(chǎn)出高密度和高品質(zhì)、彼此緊密相鄰且具有不同的尺寸和形狀的通孔。此外,激光鉆出的通孔具有穿過(guò)所述介電材料厚度的粗糙側(cè)壁和內(nèi)向錐度。該錐度減小了通孔的有效直徑。特別是在超小通孔直徑的情況下,也可能對(duì)于在先的導(dǎo)電金屬層的電接觸產(chǎn)生不利影響,由此導(dǎo)致可靠性問(wèn)題。此外,在被鉆的電介質(zhì)是包括聚合物基質(zhì)中的玻璃或陶瓷纖維的復(fù)合材料時(shí),側(cè)壁特別粗糙,并且這種粗糙可能會(huì)產(chǎn)生附加的雜散電感。鉆出的通孔的填充過(guò)程通常是通過(guò)銅電鍍來(lái)完成的。電鍍沉積技術(shù)會(huì)導(dǎo)致凹痕,其中在通孔頂部出現(xiàn)小坑。或者,當(dāng)通孔通道被填充超過(guò)其容納量的銅時(shí),可能造成溢出,從而產(chǎn)生突出超過(guò)周?chē)牧系陌肭蛐紊媳砻?。凹痕和溢出往往在如制造高密度基板和插件時(shí)所需的后續(xù)上下堆疊通孔時(shí)造成困難。此外,應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,大的通孔通道難以均勻填充,特別是在其位于插件或IC基板設(shè)計(jì)的同一互連層內(nèi)的小通孔附近時(shí)。雖然可接受的尺寸和可靠性正在隨著時(shí)間的推移而改善,但是上文所述的缺點(diǎn)是鉆填技術(shù)的內(nèi)在缺陷,并且預(yù)計(jì)會(huì)限制可能的通孔尺寸范圍。還應(yīng)該注意的是,激光鉆孔是制造圓形通孔通道的最好方法。雖然理論上可以通過(guò)激光銑削制造狹縫形狀的通孔通道,實(shí)際上,可制造的幾何形狀范圍比較有限,并且在給定支撐結(jié)構(gòu)中的通孔通常是圓柱形的并且是基本相同的。通過(guò)鉆填工藝制造通孔是昂貴的,并且難以利用相對(duì)具有成本效益的電鍍工藝用銅來(lái)均勻和一致地填充由此形成的通孔通道。在復(fù)合電介質(zhì)材料中激光鉆出的孔實(shí)際上被限制在60X10_6m直徑,并且由于所涉及的燒蝕過(guò)程以及所鉆的復(fù)合材料的特性,甚至因此而遭受顯著的錐度形狀以及粗糙側(cè)壁的不利影響。除了上文所述的激光鉆孔的其它限制外,鉆填技術(shù)的進(jìn)一步限制在于難以在同一層中產(chǎn)生不同直徑的通孔,這是因?yàn)楫?dāng)鉆出不同尺寸的通孔通道并隨后用金屬填充以制造不同尺寸通孔時(shí),通孔通道的填充速率不同。因此,作為鉆填技術(shù)的特征性的凹凸不平或溢出的典型問(wèn)題被惡化,因?yàn)椴豢赡軐?duì)不同尺寸通孔同時(shí)優(yōu)化沉積技術(shù)。克服鉆填方法的許多缺點(diǎn)的可選解決方案是利用又稱為“圖案鍍覆”的技術(shù),通過(guò)將銅或其它金屬沉積到在光刻膠中形成的圖案內(nèi)來(lái)制造。在圖案鍍覆中,首先沉積種子層。然后在其上沉積光刻膠層,隨后曝光形成圖案,并且選擇性移除以制成暴露出種子層的溝槽。通過(guò)將銅沉積到光刻膠溝槽中來(lái)形成通孔柱。然后移除剩余的光刻膠,蝕刻掉種子層,并在其上及其周?chē)鷮訅和ǔ榫酆衔锝⒉AЮw維氈的介電材料,以包圍所述通孔柱。然后,可以使用各種技術(shù)和工藝來(lái)平坦化介電材料,移除其一部分以暴露出通孔柱的頂部,以允許由此導(dǎo)電接地,用于在其上形成下一金屬層??稍谄渖贤ㄟ^(guò)重復(fù)該過(guò)程來(lái)沉積后續(xù)的金屬導(dǎo)體層和通孔柱,以形成所需的多層結(jié)構(gòu)。在一個(gè)替代但緊密關(guān)聯(lián)的技術(shù)即下文所稱的“面板鍍覆”中,將連續(xù)的金屬或合金層沉積到基板上。在基板的頂部沉積光刻膠層,并在其中顯影出圖案。剝除顯影光刻膠的圖案,選擇性地暴露出其下的金屬,該金屬可隨后被蝕刻掉。未顯影的光刻膠保護(hù)其下方的金屬不被蝕刻掉,并留下直立的特征結(jié)構(gòu)和通孔的圖案。在剝除未顯影的光刻膠后,可以在直立的銅特征結(jié)構(gòu)和/或通孔柱上或周?chē)鷮訅航殡姴牧?,如聚合物浸潰玻璃纖維氈。在平坦化后,可通過(guò)重復(fù)該過(guò)程在其上沉積后續(xù)的金屬導(dǎo)體層和通孔柱,以形成所需的多層結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述圖案鍍覆或面板鍍覆方法創(chuàng)建的通孔層通常被稱為“通孔柱”和銅制特征層。將會(huì)認(rèn)識(shí)到,微電子演化的一般推動(dòng)力涉及制造更小、更薄、更輕和更大功率的具有高可靠性產(chǎn)品。使用厚且有芯的互連不能得到超輕薄的產(chǎn)品。為了在互連IC基板或“插件”中形成更高密度的結(jié)構(gòu),需要具有甚至更小連接的更多層。事實(shí)上,有時(shí)希望彼此交疊地堆疊元件。如果在銅或其它合適的犧牲基板上沉積鍍覆層壓結(jié)構(gòu),則可以蝕刻掉基板,留下獨(dú)立的無(wú)芯層壓結(jié)構(gòu)??梢栽陬A(yù)先附著至犧牲基板的側(cè)面上沉積進(jìn)一步的層,由此能夠形成雙面累積,從而最大限度地減少翹曲并有助于實(shí)現(xiàn)平坦化。一種制造高密度互連的靈活技術(shù)是構(gòu)建由在介電基質(zhì)中的由金屬通孔或特征結(jié)構(gòu)構(gòu)成的圖案或面板鍍覆多層結(jié)構(gòu)。金屬可以是銅,電介質(zhì)可以是纖維增強(qiáng)聚合物,通常是具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的聚合物,如聚酰亞胺。這些互連可以是有芯的或無(wú)芯的,并可包括用于堆疊元件的空腔。它們可具有奇數(shù)或偶數(shù)層。實(shí)現(xiàn)技術(shù)描述在授予Amitec-Advanced Multilayer Interconnect Technologies Ltd.的現(xiàn)有專(zhuān)利中。例如,赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“高級(jí)多層無(wú)芯支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法(Advanced multilayer coreless support structures and method for theirfabrication)”的美國(guó)專(zhuān)利US7,682,972描述了一種制造包括在電介質(zhì)中的通孔陣列的獨(dú)立膜的方法,所述膜用作構(gòu)建優(yōu)異的電子支撐結(jié)構(gòu)的前體,該方法包括以下步驟:在包圍犧牲載體的電介質(zhì)中制造導(dǎo)電通孔膜,和將所述膜與犧牲載體分離以形成獨(dú)立的層壓陣列?;谠摢?dú)立膜的電子基板可通過(guò)將所述層壓陣列減薄和平坦化,隨后終止通孔來(lái)形成。該公報(bào)通過(guò)引用全面并入本文。
赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“用于芯片封裝的無(wú)芯空腔基板及其制造方法(Coreless cavity substrates for chip packaging and their fabrication),,的美國(guó)專(zhuān)利US7,669,320描述了一種制造IC支撐體的方法,所述IC支撐體用于支撐與第二 IC芯片串聯(lián)的第一 IC芯片;所述IC支撐體包括在絕緣周?chē)牧现械你~特征結(jié)構(gòu)和通孔的交替層的堆疊,所述第一 IC芯片可粘合至所述IC支撐體,所述第二 IC芯片可粘合在所述IC支撐體內(nèi)部的空腔中,其中所述空腔是通過(guò)蝕刻掉銅基座和選擇性蝕刻掉累積的銅而形成的。該公報(bào)通過(guò)引用全部并入本文。赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“集成電路支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法(integratedcircuit support structures and their fabrication),,的美國(guó)專(zhuān)利US7, 635,641 描述了一種制造電子基板的方法,包括以下步驟:(A)選擇第一基礎(chǔ)層;(B)將蝕刻阻擋層沉積到所述第一基礎(chǔ)層上;(C)形成交替的導(dǎo)電層和絕緣層的第一半堆疊體,所述導(dǎo)電層通過(guò)貫穿絕緣層的通孔而互連;(D)將第二基礎(chǔ)層涂覆到所述第一半堆疊體上;(E)將光刻膠保護(hù)涂層涂覆到第二基礎(chǔ)層上;(F)蝕刻掉所述第一基礎(chǔ)層;(G)移除所述光刻膠保護(hù)涂層;(H)移除所述第一蝕刻阻擋層;(I)形成交替的導(dǎo)電層和絕緣層的第二半堆疊體,導(dǎo)電層通過(guò)貫穿絕緣層的通孔而互連;其中所述第二半堆疊體具有與第一半堆疊體基本對(duì)稱的構(gòu)造;(J)將絕緣層涂覆到交替的導(dǎo)電層和絕緣層的所述第二半堆疊體上;(K)移除所述第二基礎(chǔ)層,以及,(L)通過(guò)將通孔末端暴露在所述堆疊體的外表面上并對(duì)其涂覆終止物來(lái)終止基板。該公報(bào)通過(guò)引用全部并入本文。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種用于在包括封裝在介電材料中的金屬特征結(jié)構(gòu)的在先層上對(duì)準(zhǔn)在后層的方法,包括以下步驟:a)將所述介電材料減薄并平坦化,以形成介電材料的光滑表面以及使所述金屬特征結(jié)構(gòu)的暴露端部共平面;f)將所述光滑表面成像;g)區(qū)分出至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的端部位置;以及h)利用所述至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的端部位置作為定位標(biāo)記用于對(duì)準(zhǔn)目的。在一些實(shí)施方案中,所述金屬特征結(jié)構(gòu)通過(guò)電鍍制造。在一些實(shí)施方案中,所述金屬特征結(jié)構(gòu)是通孔。在一些實(shí)施方案中,所述至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)是通孔柱。在一些實(shí)施方案中,所述成像包括對(duì)所得圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理光學(xué)分析,以確定至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)的邊緣。在一些實(shí)施方案中,該方法還包括步驟c)在所述光滑表面上沉積種子層和步驟
g)區(qū)分出至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的邊緣,其包括對(duì)種子層進(jìn)行成像。在一些實(shí)施方案中,該方法還包括步驟b)在減薄的介電層上沉積粘附/阻擋層,然后沉積所述種子層。在一些實(shí)施方案中,該方法還包括步驟d)在種子金屬上鋪設(shè)光刻膠層。在一些實(shí)施方案中,種子層的特征在于具有至多3微米的厚度。在一些實(shí)施方案中,種子層通過(guò)物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)鍍沉積方法進(jìn)行沉積,并且包括選自包括N1、Au、Cu和Pd的組別中的至少一種金屬。在具有粘附/阻擋層的實(shí)施方案中,所述粘附/阻擋層的特征在于厚度為0.04至0.2微米,以及可通過(guò)物理氣相沉積工藝(PVD)方法沉積并且包括選自包括T1、Ta、W、N1、Cr、Pt、Al和Cu的組別中的至少一種金屬。在一些實(shí)施方案中,步驟(a)包括選自包括機(jī)械研磨、機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的組別中的至少一種技術(shù)。在一些實(shí)施方案中,將多個(gè)通孔柱的端部成像并利用激光寫(xiě)入所述在后層的圖案,從而利用來(lái)自所述多個(gè)通孔柱的通孔柱進(jìn)行調(diào)節(jié)以校正所述激光的位置,同時(shí)對(duì)所述圖案進(jìn)行曝光和顯影。在一些實(shí)施方案中,所述方法可以通過(guò)控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)化執(zhí)行。在一些實(shí)施方案中,將多個(gè)通孔柱端部成像,并利用所述通孔柱的位置來(lái)定位光掩模。在一些實(shí)施方案中,可達(dá)到優(yōu)于+-10微米的對(duì)準(zhǔn)精度。在一些實(shí)施方案中,可達(dá)到優(yōu)于+-3微米的對(duì)準(zhǔn)精度。在一些實(shí)施方案,用于對(duì)準(zhǔn)目的至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)具有包括至少一個(gè)直邊緣的橫截面。在一些實(shí)施方案中,用于對(duì)準(zhǔn)目的至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)具有包括至少兩個(gè)垂直直邊緣的橫截面。術(shù)語(yǔ)微米或U m是指微米或10_6m。


為了更好地理解本發(fā)明并示出本發(fā)明的實(shí)施方式,純粹以舉例的方式參照附圖。具體參照附圖時(shí),必須強(qiáng)調(diào)的是特定的圖示是示例性的并且目的僅在于說(shuō)明性討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案,并且基于提供被認(rèn)為是對(duì)于本發(fā)明的原理和概念方面的描述最有用和最易于理解的圖示的原因而被呈現(xiàn)。就此而言,沒(méi)有試圖將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)以超出對(duì)本發(fā)明基本理解所必需的詳細(xì)程度來(lái)圖示;參照附圖的說(shuō)明使本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的幾種形式可如何實(shí)際體現(xiàn)出來(lái)。在附圖中:圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多層復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面圖;圖2是示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可如何制造的一個(gè)流程圖,以及圖3是示出制造通孔柱層的變化過(guò)程的另一流程圖;圖4是可制造定位孔的位置的基板陣列的示意圖;圖5是應(yīng)用不同的圖像分析程序的一系列光學(xué)顯微圖像。該圖像示出在XY平面上已減薄和平坦化的電子支撐結(jié)構(gòu)層表面中的通孔柱端部,盡管覆蓋有3微米的銅種子層,但是銅通孔柱的位置可以清楚地確定;圖6是示出可對(duì)準(zhǔn)其它層的一種方法的流程圖,以及圖7是嵌入在介電材料中的銅結(jié)構(gòu)的顯微照片,其中已經(jīng)被后續(xù)拋光光滑以暴露出所述銅結(jié)構(gòu),然后涂覆有粘附金屬層、種子層。在不同的附圖中,相同的數(shù)字和名稱指示相同的要素。
具體實(shí)施例方式在以下說(shuō)明中,涉及的是由在介電基體中的金屬通孔構(gòu)成的支撐結(jié)構(gòu),特別是在聚合物基體中的銅通孔柱,如玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂或BT (雙馬來(lái)酰亞胺/三嗪)或它們的混合物。對(duì)于特征結(jié)構(gòu)的面內(nèi)尺寸有沒(méi)有有效的上限是Access公司的光刻膠和圖案或面板鍍覆以及層壓技術(shù)的特征,如在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國(guó)專(zhuān)利US7,682,972、US7, 669,320和US7,635,641中所描述的,其通過(guò)引用并入本文。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多層復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化截面圖。現(xiàn)有技術(shù)的多層支撐結(jié)構(gòu)100包括被絕緣各層的介電層110、112、114、116隔離的組件或特征結(jié)構(gòu)108的功能層102、104、106。穿過(guò)介電層的通孔118提供在相鄰的功能或特征結(jié)構(gòu)層之間的電連接。因此,特征結(jié)構(gòu)層102、104、106包括在X-Y平面上通常敷設(shè)在所述層內(nèi)的特征結(jié)構(gòu)108,以及跨介電層110、112、114、116導(dǎo)通電流的通孔118。通孔118設(shè)計(jì)為具有最小的電感并得到充分的隔離以在其間具有最小的電容。當(dāng)利用鉆填技術(shù)制造通孔時(shí),通孔通常具有基本圓形截面,因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^(guò)首先在電介質(zhì)中鉆出激光孔來(lái)制造的。由于電介質(zhì)是不均勻的和各向異性的并且由含有無(wú)機(jī)填料和玻璃纖維增強(qiáng)物的聚合物基體組成,因此其圓形截面通常是邊緣粗糙的并且其截面會(huì)略微偏離真正的圓形。此外,通孔往往具有某種程度的錐形,即為逆截頭錐形而非圓柱形。例如,如在美國(guó)專(zhuān)利US7, 682,972、US7,669,320和US7, 635,641中所描述的,圖1的結(jié)構(gòu)可交替地通過(guò)在光刻膠圖案中鍍覆(圖案鍍覆)或者面板鍍覆接著進(jìn)行選擇性蝕刻來(lái)制造,無(wú)論哪種方式均留下直立的通孔柱,并隨后在其上層壓介電預(yù)浸料。利用“鉆填通孔”的方法,由于截面控制和形狀方面的困難,使得不能制造非圓形孔。由于激光鉆孔的限制,還存在約50-60微米直徑的最小通孔尺寸。這些困難在上文的背景技術(shù)部分中作了詳細(xì)描述,并且這些困難特別涉及由于銅通孔填充電鍍過(guò)程導(dǎo)致的凹痕和/或半球形頂部、由于激光鉆孔過(guò)程導(dǎo)致的通孔錐度形狀和側(cè)壁粗糙、以及由于在“路徑模式(routingmode)”中用以產(chǎn)生在聚合物/玻璃電介質(zhì)中的溝槽而使用的用于統(tǒng)削狹縫的昂貴的激光鉆孔機(jī)所導(dǎo)致的較高成本。激光鉆出通孔的進(jìn)一步缺點(diǎn)在于:由于在現(xiàn)有技術(shù)中的定位限制,使得只能將通孔位置控制在應(yīng)處位置的10微米內(nèi)。參照?qǐng)D2,在一些實(shí)施方案中,包括特征結(jié)構(gòu)或焊盤(pán)層以及其上的通孔層的每個(gè)雙層可通過(guò)以下步驟制造:獲得包括下方通孔層的基板,所述通孔層被處理以暴露出所述通孔層的銅一步驟a),并用種子層,通常是銅,來(lái)覆蓋所述基板一步驟b)。將第一光刻膠薄層覆在種子層上一步驟c),以及將所述第一光刻膠薄層曝光并顯影以形成負(fù)性特征結(jié)構(gòu)圖案一步驟d)。將金屬,通常是銅,沉積在所述負(fù)性特征圖案上一步驟e);并剝除所述第一光刻膠薄層一步驟f),以留下直立的特征層。現(xiàn)在覆第二光刻膠厚層一步驟g),并在其中曝光和顯影出第二負(fù)性通孔柱圖案一步驟h)。在第二圖案顯影出的溝槽內(nèi)沉積金屬層,通常是銅一步驟i),以制造包括不同尺寸的通孔柱的通孔層。剝除第二光刻膠層一步驟j),以留下包括至少兩個(gè)不同尺寸的通孔柱的通孔柱層以及直立的特征結(jié)構(gòu)層。移除暴露的種子層一步驟k),這可以例如通過(guò)將結(jié)構(gòu)暴露于氫氧化銨或氯化銅的濕法蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后,在包括不同尺寸的通孔柱的通孔層上層壓介電材料一步驟I)。介電材料一般是復(fù)合材料,其包含聚合物基體,如聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪及其混合物,并還可以包含陶瓷或玻璃。通常情況下,電介質(zhì)作為由在含陶瓷填料的聚合物樹(shù)脂預(yù)浸料中的織造玻璃纖維束構(gòu)成的預(yù)浸料。為了能夠進(jìn)一步構(gòu)建額外的層,可將介電材料減薄以暴露出金屬一步驟m)。所述減薄可利用機(jī)械研磨或拋光、化學(xué)拋光或化學(xué)機(jī)械拋光CMP來(lái)完成。所述減薄也使結(jié)構(gòu)平坦化。然后,可以在經(jīng)減薄的表面上沉積金屬種子層,如銅一步驟n),以使得進(jìn)一步的層能夠被構(gòu)建。所述種子層通常為0.5微米-1.5微米。為了幫助其粘附,可以首先沉積鈦、鉭、鉻、鎢或其混合物的粘附/阻擋層,通常為0.04-0.1微米厚。所述種子層可利用例如濺射或化學(xué)鍍來(lái)沉積。已知各種變化的制造路徑,如所知的面板鍍覆替代圖案鍍覆。例如,參照?qǐng)D3,在一個(gè)變化的制造路徑中,至少一個(gè)通孔層通過(guò)以下步驟制造:獲得包括具有暴露的銅的下方特征結(jié)構(gòu)層的基板一步驟(i),并且利用種子層覆蓋所述下方特征結(jié)構(gòu)層一步驟(ii),所述種子層通常是銅,并且通常通過(guò)濺射或通過(guò)化學(xué)鍍進(jìn)行沉積。在所述種子層上沉積金屬層一步驟(iii)。該金屬層通常是銅,并且可通過(guò)電鍍進(jìn)行沉積。在所述金屬層上鋪設(shè)光刻膠層一步驟(iv),并且在其中曝光并顯影通孔柱的正性圖案一步驟(V)。蝕刻掉暴露出的金屬層一步驟(Vi)。銅的蝕刻可使用銅蝕刻劑,如氫氧化銨或氯化銅來(lái)實(shí)施。然后,剝除光刻膠一步驟(Vii),留下直立的通孔柱,并且在所述通孔柱上層壓介電材料一步驟(Viii)。為了能夠進(jìn)一步地構(gòu)建,可將介電層減薄一步驟(ix),以暴露出金屬,例如采用化學(xué)或機(jī)械拋光或研磨或化學(xué)機(jī)械拋光。所述減薄使得層平坦化。然后,可以在經(jīng)減薄的表面上沉積另一銅種子層一步驟(X)。介電材料一般是復(fù)合材料,其包含聚合物基體,如聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺、三嗪及其混合物,并還可以包含陶瓷或玻璃。通常情況下,電介質(zhì)作為由在含陶瓷填料的聚合物樹(shù)脂預(yù)浸料中的織造玻璃纖維束構(gòu)成的預(yù)浸料。以上描述只是解釋性的。諸如圖1的多層結(jié)構(gòu)可通過(guò)圖2或圖3的過(guò)程及其變化方式建立。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到所述過(guò)程可具有許多變化方式。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,通常重要的是仔細(xì)地將每一層相對(duì)于下方層對(duì)準(zhǔn),以確保組件正確定位。在鉆填技術(shù)中真實(shí)的是孔需要在正確位置上穿透每一層。在阿米泰克公司(Amitec)的鍍覆通孔柱技術(shù)中同樣真實(shí)的是通孔柱的每一層和焊盤(pán)/特征結(jié)構(gòu)的每一層都需要正確對(duì)準(zhǔn)。如圖4所示,多層電子支撐結(jié)構(gòu)400通常被制造成類(lèi)似的多層電子支撐結(jié)構(gòu)400的陣列402的一部分,其然后被分離。所述多層結(jié)構(gòu)內(nèi)的通孔柱的一層與下一層的對(duì)準(zhǔn)通常是利用在陣列402邊緣的一個(gè)或多個(gè)定位標(biāo)記404并且可能利用在單個(gè)支撐結(jié)構(gòu)400的空白處的定位標(biāo)記406來(lái)實(shí)現(xiàn)的。支撐結(jié)構(gòu)400是柔性的,尤其是在僅由少數(shù)層構(gòu)成并且無(wú)芯的情況下更是如此。制造過(guò)程通常包括熱壓以固化介電預(yù)浸料以及各種金屬沉積過(guò)程如濺射和電鍍,這些過(guò)程在不同的溫度下進(jìn)行,并且結(jié)構(gòu)由此在制造過(guò)程中經(jīng)歷熱循環(huán),并因此經(jīng)歷膨脹和收縮,也許在制造過(guò)程中還經(jīng)歷了某種程度的彎曲、卷曲和扭曲,即使由此得到的結(jié)構(gòu)是平坦的也是如此。用于暴露出通孔柱端部的減薄過(guò)程可采用可能由于摩擦產(chǎn)生熱的機(jī)械拋光并對(duì)基板施加機(jī)械應(yīng)力。
上述后果是難以保證基板內(nèi)的單個(gè)組件均在其應(yīng)處位置的10微米內(nèi)的,并且簡(jiǎn)單地使用沿陣列402邊緣的一個(gè)或兩個(gè)定位標(biāo)記404或甚至是在陣列402內(nèi)的每個(gè)基板400的空白處的定位標(biāo)記均可被證明是不令人滿意的,因?yàn)榇龑?duì)準(zhǔn)的組件可能無(wú)法精確處在其應(yīng)處位置上。參照?qǐng)D2,在步驟(i)后,通孔柱的端部被暴露出,但與周?chē)慕殡姴牧淆R平。在圖3的步驟(ix)后得到類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。出乎意料地發(fā)現(xiàn),盡管底層被減薄至I微米以下并且沉積在其上方的遍及種子層超過(guò)1.5微米厚,并且盡管通常認(rèn)為不可能光學(xué)解決小于3微米的高度變化,但是仍然可以通過(guò)高精度來(lái)確定通孔柱的位置。參照?qǐng)D5,示出涂覆有2-3微米厚的銅種子層的多層支撐結(jié)構(gòu)層的減薄表面中的通孔柱的一系列光學(xué)顯微照片。通孔柱的直徑為I毫米。盡管已減薄使得通孔柱與表面平齊,并且盡管后續(xù)所有層都在銅遍及種子層上方,但是銅通孔柱的端部仍然清晰可辨。

因此,出乎意料地發(fā)現(xiàn),可以使用在預(yù)先沉積層中的通孔柱作為定位標(biāo)記,用以準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)其上的在后層,盡管先沉積0.5至3微米以上的遍及種子層。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到使用通孔柱自身的端部作為定位標(biāo)記能夠?qū)崿F(xiàn)采用所述通孔柱的后續(xù)過(guò)程高水平對(duì)準(zhǔn)??梢詫?shí)現(xiàn)+-3微米的對(duì)準(zhǔn)。參照?qǐng)D4,提出將多層支撐結(jié)構(gòu)400的拋光表面中的通孔柱陣列內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)通孔柱410用于其它層在其上對(duì)準(zhǔn)的定位用途。在圖2的步驟(j)和圖3的步驟(X)中,具有齊平通孔柱的光滑表面涂覆有種子層。由于遍及種子層的涂覆,使得整個(gè)表面包括與通孔柱位置相關(guān)的定位標(biāo)記被掩蓋。在陣列的空白處或在每個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的空白處內(nèi)的定位孔可用于對(duì)準(zhǔn)目的,但這些孔的尺寸通常相對(duì)較大,如果在結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行鉆孔,則難以實(shí)現(xiàn)這些孔與已沉積的通孔柱和特征結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn),所以由于對(duì)準(zhǔn)誤差增加,導(dǎo)致使用這些孔作為定位標(biāo)記以通過(guò)后續(xù)沉積其它組件來(lái)制造其它層變得越來(lái)越不令人滿意。參照?qǐng)D6,現(xiàn)在描述一種在后層的特征與在先層的通孔柱進(jìn)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)特征結(jié)構(gòu)的方法:首先,將具有通孔柱被在先層介電材料層壓的上層的基板減薄并平坦化,以產(chǎn)生暴露出通孔柱端部的介電材料光滑表面一步驟^a)??赏ㄟ^(guò)PVD過(guò)程在其上沉積薄的粘附/阻擋金屬層一步驟(6b),并且可在光滑表面上沉積種子層一步驟^c)??稍诜N子層上沉積光刻膠層一步驟(6d),并且可將光刻膠層的表面成像一步驟^e)。盡管存在遍及粘附金屬層和種子層,但是可以確定至少一個(gè)通孔柱的端部位置一步驟(6f),并且至少一個(gè)通孔柱的端部位置可用作對(duì)準(zhǔn)在后層的特征結(jié)構(gòu)的定位標(biāo)記一步驟(6g)。當(dāng)使用掩模來(lái)曝光和顯影設(shè)置在基板陣列上的光刻膠層時(shí),掩模的位置可利用圍繞陣列邊緣作為定位標(biāo)記的多個(gè)通孔柱來(lái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。在光刻直寫(xiě)技術(shù)中,使用激光來(lái)曝光和顯影光刻膠,在鋪設(shè)光刻膠之后,通過(guò)控制用于通過(guò)寫(xiě)入來(lái)顯影光刻膠的激光器的位置,在先層中通孔柱的端部可用于直接定位。利用這項(xiàng)技術(shù),在先層中的多個(gè)通孔柱可用于調(diào)節(jié)運(yùn)行中的激光器的位置,從而調(diào)節(jié)制造過(guò)程產(chǎn)生的柱位置。以這種方式將通孔柱用于對(duì)準(zhǔn)目的,可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于+-10微米,甚至優(yōu)于+-3微米的對(duì)準(zhǔn)。通孔柱自身可以相對(duì)于下層仔細(xì)進(jìn)行定位,因?yàn)楣庋谀<夹g(shù)是相當(dāng)準(zhǔn)確的。此外,單個(gè)光掩模能夠一次制造所有的通孔柱,并且一旦確定了兩個(gè)通孔柱(優(yōu)選相距甚遠(yuǎn))的位置,所有通孔柱在層中的位置就被準(zhǔn)確定位了。相反,鉆填通孔是單獨(dú)制造的,每個(gè)鉆填通孔的位置與期望位置之間的偏離可達(dá)10微米,這是因?yàn)闇?zhǔn)確地定位鉆孔激光器要困難得多。機(jī)械鉆孔甚至更不準(zhǔn)確。因此,一個(gè)鉆填通孔相對(duì)于同一層中的其他鉆填通孔以及相對(duì)于下層中特征結(jié)構(gòu)的位置不能被準(zhǔn)確定位,所以鉆填通孔不能用于與通孔柱所能實(shí)現(xiàn)的定位相同精度的定位。如圖7所示,利用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)成像技術(shù)(在這種情況下為來(lái)自O(shè)rbotechTM的激光直接成像系統(tǒng)的C⑶相機(jī)),可以在a)減薄平坦化之后,b)在沉積0.05-0.15微米厚的全覆蓋鈦粘附/阻擋層之后,c)在鈦層上沉積0.5-1.5微米厚的銅種子層之后,以及隨后d)在其上涂覆可為5-125微米厚(在這種情況下為20微米)的光刻膠層之后,清楚地區(qū)分出嵌入在介電基體(暗部)中的銅結(jié)構(gòu)(亮部)。這能夠使下層的銅結(jié)構(gòu)被直接用于穿過(guò)粘附層、種子層和介電層的定位用途,無(wú)論是用于控制進(jìn)行光刻膠直接顯影的激光寫(xiě)入裝置的位置,還是用于光掩模的定位。上文中,已經(jīng)描述了將圓形通孔柱用于定位用途。在圖7中,示出在方形銅結(jié)構(gòu)內(nèi)的直徑為800微米的環(huán)形電介質(zhì)填充區(qū)。在亮的銅周邊內(nèi)的暗的環(huán)形電介質(zhì)結(jié)構(gòu)可與圓形通孔柱一樣好地用于定位。盡管存在減薄、全覆蓋粘附層、種子層和光刻膠,但是銅與電介質(zhì)之間的對(duì)比是可光學(xué)解析的。此外,應(yīng)該認(rèn)識(shí)到,鉆填通孔恒定為圓形并且不能精密對(duì)準(zhǔn)。相反,通過(guò)在光刻膠內(nèi)電鍍產(chǎn)生的通孔柱可精密定位并可具有其他的形狀。為了提高對(duì)準(zhǔn),經(jīng)常優(yōu)選提供定向且具有直邊緣的定位標(biāo)記。優(yōu)選提供成對(duì)的垂直直邊緣。通過(guò)電鍍,這樣的定位標(biāo)記可以制造為例如方柱、十字形或矩形塊陣列。通常,用于定位用途的目標(biāo)特征結(jié)構(gòu)可具有50微米-數(shù)毫米的尺寸,取決于光刻曝光工具的圖像采集系統(tǒng)。因此,本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到,本發(fā)明不限于上文中具體圖示和描述的內(nèi)容。而且,本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定,包括上文所述的各個(gè)技術(shù)特征的組合和子組合以及其變化和改進(jìn),本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前述說(shuō)明后將會(huì)預(yù)見(jiàn)到這樣的組合、變化和改進(jìn)。在權(quán)利要求書(shū)中,術(shù)語(yǔ)“包括”及其變體例如“包含”、“含有”等是指所列舉的組件被包括在內(nèi),但一般不排除其他組件。
權(quán)利要求
1.一種用于在在先層上對(duì)準(zhǔn)在后層的方法,所述在先層包括封裝在介電材料中的金屬特征結(jié)構(gòu),所述方法包括以下步驟: a)將所述介電材料減薄并平坦化,以產(chǎn)生介電材料的光滑表面以及使所述金屬特征結(jié)構(gòu)的暴露端部共平面; e)將所述光滑表面成像; f)區(qū)分出至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的端部位置;以及 g)利用所述至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的端部位置作為定位標(biāo)記用于對(duì)準(zhǔn)目的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述金屬特征結(jié)構(gòu)通過(guò)電鍍制造。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述金屬特征結(jié)構(gòu)是通孔。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)是通孔柱。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其中所述成像包括對(duì)所得的圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)化光學(xué)分析,以確定所述至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)的邊緣。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,還包括步驟c)在所述光滑表面上沉積種子層和步驟f)區(qū)分出所述至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的邊緣包括區(qū)分出穿過(guò)所述種子層的至少一個(gè)金屬端部的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的方法,還包括步驟b)在減薄的介電層上沉積粘附/阻擋層,然后沉積所述種子層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,還包括步驟d)在所述種子金屬上鋪設(shè)光刻膠層和步驟f)區(qū)分出所述至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的邊緣,其包括區(qū)分出穿過(guò)所述種子層和所述光刻膠層的至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)端部的位置。
9.如權(quán)利要求6所述的方法,其中所述種子層的特征在于具有至多3微米的厚度。
10.如權(quán)利要求6所述的方法,其中所述種子層通過(guò)物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)鍍沉積方法進(jìn)行沉積,并且包含選自包括N1、Au、Cu和Pd的組別中的至少一種金屬。
11.如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述粘附/阻擋層的特征在于0.04-0.2微米的厚度以及通過(guò)物理氣相沉積(PVD)方法沉積并且包含選自包括T1、Ta、W、N1、Cr、Pt、Al和Cu的組別中的至少一種金屬。
12.如權(quán)利要求1所述的方法,其中步驟a)包括選自包括機(jī)械研磨、機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP )的組別中的至少一種技術(shù)。
13.如權(quán)利要求1所述的方法,其中將多個(gè)通孔柱的端部成像并利用激光寫(xiě)入所述在后層的圖案,從而利用來(lái)自所述多個(gè)通孔柱的通孔柱進(jìn)行調(diào)節(jié)以校正所述激光的位置,同時(shí)對(duì)所述圖案進(jìn)行曝光和顯影。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,所述方法通過(guò)控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)化執(zhí)行。
15.如權(quán)利要求1所述的方法,其中將多個(gè)通孔柱的端部成像,并利用所述通孔柱的位置來(lái)定位光掩模。
16.如權(quán)利要求1所述的方法,其中能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)于+-10微米的對(duì)準(zhǔn)精度。
17.如權(quán)利要求1所述的方法,其中能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)于+-3微米的對(duì)準(zhǔn)精度。
18.如權(quán)利要求1所述的方法,其中用于對(duì)準(zhǔn)目的的所述至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)具有包括至少一個(gè)直邊緣的橫截面。
19.如權(quán)利要求1所述的方法,其中用于對(duì)準(zhǔn)目的的所述至少一個(gè)特征結(jié)構(gòu)具有包括至少兩個(gè)垂直直邊緣 的橫截面。
全文摘要
一種用于在在先層上對(duì)準(zhǔn)在后層的方法,所述在先層包括封裝在介電材料中的金屬特征結(jié)構(gòu)或通孔,所述方法包括以下步驟將所述介電材料減薄并平坦化,以產(chǎn)生介電材料的光滑表面以及使所述通孔柱的暴露端部共平面;將所述光滑表面成像;區(qū)分出至少一個(gè)金屬特征結(jié)構(gòu)的端部位置;以及,利用至少一個(gè)通孔特征結(jié)構(gòu)的端部位置作為對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記用于對(duì)準(zhǔn)在后層。
文檔編號(hào)H01L23/544GK103187365SQ20131006840
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者卓爾·赫爾維茨, 陳先明 申請(qǐng)人:珠海越亞封裝基板技術(shù)股份有限公司
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