TW201903922A

TW201903922A - 安置在基板上之聚合物層中的小通孔

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Publication number: TW201903922A
Application number: TW107118625A
Authority: TW
Inventors: 煜顧; 源輝徐; 艾文德桑達羅傑
Original assignee: 美商應用材料股份有限公司
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-01-16
Also published as: WO2018222404A1; US20180350732A1

Abstract

此處提供在基板上建立小的通孔聚合物開口之方法的實施例。在某些實施例中，一種處理基板之方法包括在基板之頂部沉積聚合物層，以覆蓋基板上的暴露的導電層；固化聚合物層；在固化的聚合物層之頂部形成圖案化遮罩層；透過圖案化遮罩層蝕刻聚合物層之暴露的部分，以形成穿過聚合物層至導電層的頂部表面的通孔；及移除圖案化遮罩層。

Description

安置在基板上之聚合物層中的小通孔

本揭露案之實施例大致關於處理基板之方法及根據此等方法製作的基板。具體而言，本揭露案的實施例關於具有在佈置於基板上的聚合物層中形成小的通孔之基板，及製作此等小的通孔之方法。

在現代電子裝置的製作中，增加的裝置密度及減少的裝置尺寸在此等高密度裝置的封裝或內部連接技術中需要更嚴格的要求。一般而言，現代電子裝置的製作牽涉基板級封裝。基板級封裝通常包括建立通孔及類似的結構用於提供內部及外部裝置的連接性，舉例而言，輸入/輸出（I/O）連接性。建立通孔通常牽涉具有介電特性及應力緩衝能力之聚合物材料的使用。然而，發明人觀察到隨著通孔的尺寸規模縮小，無法在避免折衷聚合物材料之介電特性的情況下可靠地形成且維持小的聚合物通孔開口。

因此，發明人已發展改良的技術以製作聚合物通孔。

此處提供用於在基板上建立小的通孔聚合物開口之方法的實施例。在某些實施例中，一種處理具有導電層的基板之方法包括以下步驟：(a) 在基板之頂部沉積聚合物層，以覆蓋基板上的暴露的導電層；(b) 固化聚合物層；(c) 在固化的聚合物層之頂部形成圖案化遮罩層；(d) 透過圖案化遮罩層蝕刻固化的聚合物層之暴露的部分，以形成穿過固化的聚合物層至導電層的頂部表面的通孔；及(e) 移除圖案化遮罩層。

在某些實施例中，一種處理具有導電層的基板之方法包括以下步驟：(a) 在基板之頂部沉積聚合物層；(b) 固化聚合物層；(c) 在固化的聚合物層之頂部沉積硬遮罩層；(d) 在硬遮罩層之頂部形成圖案化遮罩層；(e) 透過圖案化遮罩層將硬遮罩層之暴露的部分蝕刻至固化的聚合物層之頂部表面；(f) 透過圖案化遮罩層及硬遮罩層將固化的聚合物層之暴露的部分蝕刻至導電層的頂部表面，以形成穿過固化的聚合物層之通孔；及(g) 移除圖案化遮罩層。

在某些實施例中，一種用於封裝應用之基板包括：固化的聚合物層，佈置於基板之頂部；導電層，佈置於基板中，鄰接於且在固化的聚合物層下面；及通孔，穿過固化的聚合物層而形成，以暴露導電層之部分，其中通孔具有小於5微米的寬度或直徑。

以下說明本揭露案的其他及進一步實施例。

此處提供用於在基板上的聚合物層中形成通孔之方法的實施例。此處所述的方法有利地在基板上提供具有實質上垂直側壁之小尺寸的通孔（例如，寬度小於5微米，或寬度從約1微米至約5微米）之建立。此處所揭露小的通孔有利地促進直接的通孔堆疊在通孔上的設計，而進一步改善可允許的I/O密度。因此，此處所述之方法可有利地在先進基板級封裝中及扇出基板級封裝中利用，用於通孔關鍵維度（CD）之規模化。

第1圖根據本揭露案的至少某些實施例，描繪用於在聚合物層中形成通孔之方法100的流程圖。方法100根據第2A-2F圖中描繪的基板封裝之階段而於以下說明。第2A-2F圖之各者包括用於製作之特定階段的概要側視圖。方法100可以配置用於以下所述之處理的任何適合的處理腔室來實行。可用以實行此處所述之創新方法的範例處理腔室及系統可包括但非限於從美國加州聖克拉拉市之Applied Materials, Inc.商業上可取得的各種處理系統。包括從其他製造商可取得的其他處理腔室，亦可適合與此處所提供之技術一起連接使用。

方法100在諸如第2A圖中描繪的基板202之基板上實行。在某些實施例中，基板202以半導體製造處理中所使用的材料組成。舉例而言，基板202可含括矽（Si）、鍺、矽鍺、摻雜的或未摻雜的多晶矽、摻雜或未摻雜的矽、及絕緣體上圖案化或非圖案化矽（SOI）之一或更多者，或類似者。基板202可具有各種尺寸，例如150mm、200mm、300mm或450mm的直徑或其他尺寸。此外，基板202可包括額外的材料層，或可具有形成於基板202中或上面的一或更多完整的或部分完整的結構或裝置。

舉例而言，基板202可包括數個金屬化層次（level）而具有一或更多導電層，例如金屬軌跡或類似者。此等導電層204之一者顯示於第2A-2F圖中。如第2A圖中所描繪，基板202中的導電層204透過基板202的介電頂部部分而部分地暴露。導電層204可包含任何適合的導電材料，例如銅（Cu）、鋁（Al）、金（Au）、銀（Ag）或其合金。

舉例而言，導電層204可為沉積於基板202頂部的介電層之部分。在某些實施例中，介電層可為低k介電材料（例如，具有小於氧化矽，或小於約3.9的介電常數之材料）。適合的介電材料之範例包括二氧化矽（SiO₂ ）、摻雜氟的二氧化矽、摻雜碳的二氧化矽、多孔二氧化矽、多孔摻雜碳的二氧化矽、上旋有機聚合物介電質、或上旋矽基底的聚合物介電質。當存在時，介電質可藉由使用在半導體製造處理中此等材料所使用之任何適合的沉積方法來沉積。介電層可沉積至例如約100埃至約2000埃之厚度。第一介電層之厚度取決於例如技術節點、架構設計、處理流方案或類似者之因素而改變。

方法大致於102處開始，且如第2B圖中描繪，將聚合物層206直接沉積於基板202的頂部，且由此在導電層204之暴露的部分的頂部。聚合物層206可為光可圖案化（例如，使用光刻或類似者）或非光可圖案化的。舉例而言，在某些實施例中，例如對於負型應用中，聚合物層206包含一或更多聚醯亞胺（PI）化合物。在某些實施例中，例如對於正型應用中，聚合物層206包含聚苯並噁唑（PBO）。在某些實施例中，聚合物層206可包括苯環丁烯（benzocyclobutene）、環氧樹脂或類似者。

一般而言，與本揭露案之實施例一致的基板封裝應用中，提供聚合物層206作為具有應力緩衝特性的介電質。因此，聚合物層206具有機械特性之結合，配置成確保強健的晶片封裝可靠度（例如，熱循環、下落測試等等）。

在某些實施例中，聚合物層206為包裹式沉積（即，沉積於導電層204整個暴露的表面頂部），以有利地減少或消除基板202及導電層204之界面處的粗糙度。聚合物層206可沉積至例如約3微米至約7微米的厚度，舉例而言，約6.8微米。聚合物層206的厚度可取決於例如技術節點、架構設計、處理流方案或類似者的因素而改變。聚合物層206可使用在基板封裝處理中通常使用的任何適合的沉積方法來沉積。

接著，於104處，固化聚合物層206。聚合物層206在硬化且改善聚合物層206之物理及化學特性的溫度下固化。在某些實施例中，聚合物層206的固化溫度可顯著地比在實行方法100的其他處理步驟中所使用的溫度更高。在某些實施例中，例如當聚合物層206包含PI或PBO時，聚合物層206可於從約180ºC至約350ºC的溫度下固化。在某些實施例中，聚合物層206使用對流加熱來固化。在某些實施例中，可使用微波能量，例如可變頻率微波（VFM）能量，來固化聚合物層206。

通常，對於負型聚合物，例如聚醯亞胺（PI），解析度限制為約8微米至10微米。再者，發明人已觀察到負型聚合物通孔（例如，PI聚合物通孔）開口對低於約8微米的解析度通常展現不正常形狀，且可能無法正確地開啟。對於正型聚合物通孔，例如聚苯並噁唑（PBO），通常的解析度限制為5微米。因此，藉由光圖案化聚合物層本身而在此等聚合物層中直接形成的通孔需要較大的通孔尺寸。發明人已觀察到形成具有較小尺寸之通孔將有利於諸如晶圓級及/或扇出晶圓級封裝的應用中。此外，發明人相信減小的聚合物通孔尺寸有利於減小用於形成通孔所需的有效面積，因此允許更多的連接性。發明人相信減小用於形成通孔所需的有效面積將對非常高I/O連接性應用（例如，現場可程式化閘極陣列（FPGA）的晶粒分區）而言為特別有價值的。

如此，接著於106處，在固化的聚合物層206頂部形成圖案化遮罩層208，以促進蝕刻通孔至聚合物層206中（如第2C-2D圖中所描繪）。圖案化遮罩層208的解析度低於聚合物層206的解析度，有利地促進較小尺寸的特徵之製作。如第2C圖中描繪，圖案化遮罩層208的形成以在固化的聚合物層206頂部沉積圖案化遮罩層208的材料而開始。

圖案化遮罩層208可根據任何適合形成遮罩層而能夠提供適當的模板用於界定下方層之圖案的處理來形成。在某些實施例中，圖案化遮罩層208可旋轉塗佈在聚合物層206上。在某些實施例中，圖案化遮罩層208可透過蝕刻處理來形成，例如電漿基底乾式蝕刻處理。圖案化遮罩層208可為任何適合的遮罩材料，例如光阻。在某些實施例中，圖案化遮罩層208提供作為負性光阻。在某些實施例中，圖案化遮罩層208提供作為正性光阻。在某些實施例中，圖案化遮罩層208為含氧層，例如氧化矽（SiO_x ）層或氮氧化矽（SiON）層。

圖案化遮罩層208的厚度大於、等於或小於聚合物層206的厚度。舉例而言，在某些實施例中，當聚合物層206沉積至約3微米至約7微米之厚度，例如6.8微米時，遮罩層可沉積至約3微米的厚度。圖案化遮罩層208沉積在聚合物層206上，以確保結實的小的通孔之形成，而能夠承受其他處理步驟，例如圖案化遮罩層208之部分的移除。

如第2D圖中描繪，穿過圖案化遮罩層208的部分形成開口210。開口210包括藉由圖案化遮罩層208之部分界定的一或更多側壁，及藉由聚合物層206暴露的頂部部分界定的底部。儘管僅顯示一個開口210，圖案化遮罩層208可包括複數個開口，對應至在聚合物層206中待形成的複數個通孔（例如，以下所討論的通孔212）。各個開口210具有經選擇的尺寸以促進建立小的通孔（例如，具有小於約5微米之尺寸的開口，例如從約1微米至約4微米，或小於或等於約2微米，例如具有約2x2微米之面積的平方面積，或具有約2微米之直徑的圓形面積）。

接著於112處，且如第2E圖中描繪，開口210進一步深化以形成通孔212。通孔212藉由將聚合物層206暴露的部分蝕刻至導電層204的頂部表面而形成。蝕刻處理可為適合用於蝕刻聚合物層206之材料的任何蝕刻處理。在某些實施例中，蝕刻處理可為電漿基底乾式蝕刻處理。舉例而言，聚合物層206可透過圖案化遮罩層208的開口210而暴露至蝕刻電漿。蝕刻電漿可從用以蝕刻聚合物之任何適合的氣體形成，例如含氧氣體，例如氧氣（O₂ ）。基於聚合物層206的厚度及蝕刻特徵之所欲CD，例如通孔212的CD（例如，通孔的寬度或直徑），來選擇電漿條件及蝕刻率。

接著於114處，如第2F圖中描繪，移除圖案化遮罩層208的剩餘部分。圖案化遮罩層208的移除可以任何適合的方式完成，例如透過剝離劑（例如，從DuPont可取得的EKC光阻移除劑）或電漿處理（例如氧氣（O₂ ）電漿剝離）。

圖案化遮罩層208的移除留下具有等於聚合物層206之厚度的深度及等於所欲通孔寬度之寬度的通孔212。通孔212的側壁為垂直的或實質上垂直的。舉例而言，在某些實施例中，通孔212的側壁可具有約80度至90度的垂直角度輪廓。通孔212的底部為導電層204之暴露的部分。

第3圖根據本揭露案的至少某些實施例，描繪用於在聚合物層中形成通孔之方法300的流程圖。方法100根據第4A-4H圖中描繪的基板封裝之階段而於以下說明。第4A-4H圖之各者包括用於製作之特定階段的概要側視圖。方法300可以配置用於以下所述之處理的任何適合的處理腔室來實行。

方法300於302處開始。於302處且如第4B圖中描繪，類似於以上所述的方法100及第2B圖，在基板202上沉積聚合物層206且接續著於304處固化。

接著於306處，且如第4C圖中描繪，在固化的聚合物層206頂部沉積硬遮罩層402。硬遮罩層402提供通孔輪廓角的較佳控制，因為聚合物層的電漿乾式蝕刻在圖案化遮罩層（例如，光阻）及聚合物層之間具有低的蝕刻選擇性，但對無機或金屬材料為較高的蝕刻選擇性。在某些實施例中，硬遮罩層402以無機材料形成。舉例而言，在某些實施例中，硬遮罩層402可為矽及含氧層，或矽及含氮層，例如包含氧化矽（SiO_x ）、氮化矽（SiN_x ）或氮氧化矽（SiON）。無機材料可使用本領域中已知的任何適合的方法沉積。在某些實施例中，例如當聚合物層206具有約3微米至約7微米的厚度時，無機材料硬遮罩層402沉積至約100埃至約1000埃的厚度。

在某些實施例中，硬遮罩層402以金屬形成，例如鈦、銅或鉭。金屬可以本領域中已知的任何適合的方法沉積。在某些實施例中，例如當聚合物層206具有約3微米至約7微米的厚度時，金屬硬遮罩層402沉積至約100埃至約1000埃的厚度。

接著於308處，且如第4D圖中描繪，類似於以上方法100於106處之說明中所討論的方式，圖案化遮罩層208在聚合物層206頂部形成。如第4E圖中描繪，圖案化遮罩層208包括第一開口404。第一開口404具有藉由圖案化遮罩層208之部分界定的側壁，及藉由硬遮罩層402之暴露的頂部部分界定的底部。

接著於310處，且如第4F圖中描繪，第一開口404藉由將硬遮罩層402暴露的部分蝕刻至聚合物層206的頂部表面而進一步深化，以形成第二開口406。硬遮罩層402根據第一蝕刻處理進行蝕刻。第一蝕刻處理為具有含鹵素氣體蝕刻劑的電漿基底乾式蝕刻處理。舉例而言，含鹵素氣體可為含氯氣體，例如四氯化碳（CCl₄ ）、三氯甲烷（CHCl₃ ）、八氯環丁烷（C₄ Cl₈ ）、六氯丁二烯（C₄ Cl₆ ）、三氯化氮（NCl₃ ）、六氯化硫（SCl₆ ）或類似者。基於材料及硬遮罩層402之厚度及蝕刻特徵的所欲CD（例如，通孔408的CD）來選擇電漿條件及蝕刻率。

接著於312處，且如第4G圖中描繪，第二開口406藉由將聚合物層206暴露的部分蝕刻至導電層204的頂部表面而進一步深化，以形成通孔408。聚合物層206根據第二蝕刻處理進行蝕刻。第二蝕刻處理與以上所討論關於方法100中的蝕刻聚合物層206相同。

接著於314處，且如第4H圖中描繪，移除圖案化遮罩層208的剩餘部分。圖案化遮罩層208以關於以上所討論的方法100相同的方式移除。

在實施例中，當硬遮罩層402為無機材料時，方法300可於314處以圖案化遮罩層208的移除來結束。然而，在當硬遮罩層為金屬時的實施例中，方法300包括進一步處理316以移除硬遮罩層402的剩餘部分。當提供為金屬時，移除硬遮罩層402以避免在硬遮罩層402及導電層204之間建立非所欲的導電路徑。在某些實施例中，金屬使用適合的濕式蝕刻處理來移除，例如使用H₂ O₂ 或類似者。

圖案化遮罩層208的移除，或替代地為圖案化遮罩層208及硬遮罩層402兩者的移除留下具有等於聚合物層206之厚度的深度（例如，約6.8微米）及等於所欲通孔寬度之寬度（例如，約2微米）的通孔408。通孔408的側壁為垂直或實質上垂直的。舉例而言，在某些實施例中，通孔212的側壁可具有約80度及約90度的垂直角度輪廓，例如約89度。通孔212的底部為導電層204暴露的部分。

因此，此處已提供在聚合物層中形成通孔之方法。通孔可有利地具有比當直接在聚合物層中光圖案化通孔時通常可能達到之更小的尺寸。以乾式電漿蝕刻在聚合物層中建立開口具有較佳的解析度（例如，＜= 2µm），具有通孔CD均勻性及輪廓角之較佳控制，因為開口幾何無須取決於聚合物介電光刻特性。根據本揭露案之方法因此進一步有利於開啟切換至較低成本且較佳、非光敏感聚合物以作用為聚合物層的可能性。改良的通孔解析度進一步提供改善的I/O密度，且亦允許直接通孔堆疊在通孔上設計而進一步改善可允許的I/O密度。

儘管以上導向本揭露案之實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離其基本精神。

100‧‧‧方法

102-106‧‧‧步驟

200‧‧‧基板

202‧‧‧基板

204‧‧‧導電層

206‧‧‧聚合物層

208‧‧‧圖案化遮罩層

210‧‧‧開口

212‧‧‧通孔

300‧‧‧方法

302-316‧‧‧步驟

402‧‧‧硬遮罩層

404‧‧‧第一開口

406‧‧‧第二開口

408‧‧‧通孔

如上簡要概述且於以下更詳細討論的本揭露案的實施例可藉由參考隨附圖式中描繪的本揭露案的圖示實施例而理解。然而，隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且因此不應考慮為範疇之限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。

第1圖根據本揭露案的至少某些實施例，描繪用於在基板上的聚合物層中形成通孔之方法的流程圖。

第2A-2F圖根據本揭露案的至少某些實施例，概要地描繪在聚合物層中形成通孔之階段的順序側視圖。

第3圖根據本揭露案的至少某些實施例，描繪用於在基板上的聚合物層中形成通孔之方法的流程圖。

第4A-4H圖根據本揭露案的至少某些實施例，概要地描繪在聚合物層中形成通孔之階段的順序側視圖。

為了促進理解，已盡可能地使用相同的元件符號代表共通圖式中相同的元件。圖式並未按照尺寸繪製，且可為了清楚而簡化。一個實施例的元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無須進一步說明。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims

一種處理具有一導電層的一基板之方法，包含以下步驟： (a) 在一基板之頂部沉積一聚合物層，以覆蓋該基板上的一暴露的導電層；(b) 固化該聚合物層；(c) 在該固化的聚合物層之頂部形成一圖案化遮罩層；(d) 透過該圖案化遮罩層蝕刻該固化的聚合物層之一暴露的部分，以形成穿過該固化的聚合物層至該導電層的一頂部表面的一通孔；及(e) 移除該圖案化遮罩層。
如請求項1所述之方法，其中該聚合物層比該圖案化遮罩層更厚。
如請求項1所述之方法，其中該聚合物層具有約3微米至約7微米的一厚度。
如請求項1所述之方法，其中該圖案化遮罩層具有約3微米至約10微米的一厚度。
如請求項1所述之方法，其中該圖案化遮罩層具有小於該聚合物層之解析度的一解析度。
如請求項1至5任一項所述之方法，其中該聚合物層包括一或更多聚醯亞胺（PI）化合物。
如請求項1至5任一項所述之方法，其中該圖案化遮罩層為一光阻。
如請求項1至5任一項所述之方法，其中該聚合物層的該暴露的部分以一電漿基底乾式蝕刻處理來蝕刻。
如請求項1至5任一項所述之方法，其中該通孔具有約1微米至約5微米的一寬度。
如請求項1至5任一項所述之方法，其中該通孔具有約80度及約90度的一側壁輪廓角。
一種處理具有一導電層的一基板之方法，包含以下步驟： (a) 在一基板之頂部沉積一聚合物層；(b) 固化該聚合物層；(c) 在該固化的聚合物層之頂部沉積一硬遮罩層；(d) 在該硬遮罩層之頂部形成一圖案化遮罩層；(e) 透過該圖案化遮罩層將該硬遮罩層之暴露的部分蝕刻至該固化的聚合物層之一頂部表面；(f) 透過該圖案化遮罩層及該硬遮罩層將該固化的聚合物層之暴露的部分蝕刻至該導電層的一頂部表面，以形成穿過該固化的聚合物層之一通孔；及(g) 移除該圖案化遮罩層。
如請求項11所述之方法，其中該硬遮罩層為一無機材料。
如請求項11所述之方法，其中該硬遮罩層以一第一電漿蝕刻，該第一電漿包含一含鹵素氣體。
如請求項11所述之方法，其中該聚合物層以一第二電漿蝕刻，該第二電漿包含一含氧氣體。
如請求項11至14任一項所述之方法，其中該通孔具有約1微米至約5微米之一寬度。
如請求項11至14任一項所述之方法，其中該通孔具有約3微米至約20微米之一深度。
如請求項11至14任一項所述之方法，其中該通孔具有約80度及約90度的一側壁輪廓角。
如請求項11至14任一項所述之方法，其中該硬遮罩層為一金屬。
如請求項18所述之方法，進一步包含以下步驟：在移除該圖案化遮罩層之後，從該聚合物層之頂部移除該硬遮罩層的剩餘部分。
一種用於一封裝應用之基板，包含：一固化的聚合物層，佈置於一基板之頂部；一導電層，佈置於該基板中，鄰接於且在該固化的聚合物層下面；及一通孔，穿過該固化的聚合物層而形成，以暴露該導電層之一部分，其中該通孔具有小於5微米的一寬度或直徑。