CN114496809A - Htcc基板薄膜多层布线的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种HTCC基板薄膜多层布线的制作方法，主要步骤有：S1、提供HTCC基板，抛光、清洗并高温真空热处理所述HTCC基板；S2、在所述HTCC基板的表面形成第一金属布线层；S3、在所述第一金属布线层的表面形成第一绝缘介质层；S4、重复步骤S2‑S3至少4次，在HTCC基板表面完成不低于5层的薄膜多层布线。该制作方法可实现5层以上金属布线，解决了HTCC基板因烧结收缩带来的金属层对位问题，良品率高，成品金属布线的线宽/线间距最小达到20μm/20μm。
Description
技术领域
本发明属于电子封装技术领域，特别涉及一种HTCC基板薄膜多层布线的制作方法。
背景技术
随着封装技术的不断进步，封装密度不断增加，薄膜多层再布线技术(RDL，redistribution layer)在Fan-out晶圆级、MCM等封装技术中得到了广泛应用。RDL技术使集成电路I/O的密度得到进一步提高，也使得焊盘阵列与芯片电路设计分离，显著降低了芯片的设计难度。
采用“多层薄膜+多层AlN基板”模式可以实现大规模集成电路的扇出。“多层薄膜+AlN 多层基板”组合的高密度布线技术解决了高密度、窄节距微凸点芯片焊盘位置的板级再分布问题，大幅降低了封装内引线的互连密度和互连复杂程度，解决了引线互连跨距的限制，提高了封装效率和集成度，减小了引线间的寄生，同时保证了高速信号传输的可靠性。多层AlN 基板主要包括LTCC基板和HTCC基板，两者的工艺基本相同，区别主要在于选用的材料不同使得烧结温度不同，其中，HTCC基板一般在1500℃以上高温烧结，而LTCC基板的烧结温度则在1000℃以下。
目前在LTCC基板上进行薄膜布线的方案较多，如公开号为CN102110616A的中国专利申请公开了一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的方法，其采用阶梯固化法解决了介质层龟裂的质量问题。另外制作出的金属通孔柱还可用于散热通道，对于高密度布线工艺是非常有利的，可实现6层薄膜布线，最小线宽间距20μm，最小通孔
但其采用湿法刻蚀的方式，制作过程中难以把控，很容易侧向钻蚀，出现线条脱落、断开等现象，难以确保线条精度达到20μm/20μm，成品率低。公开号为CN102856213A的中国专利申请公开了一种基于LTCC基板薄膜多层布线制作方法，其采用LTCC基板背面作为电镀时的导电层，在正面厚胶光刻形成电镀模具，剥离技术形成粘附层和种子层，电镀导带等薄膜工艺过程，采用LTCC基板背面作为电镀时的导电层，在正面厚基板上制作薄膜多层布线，其采用的是liftoff方式 (金属剥离工艺)制作细线条，操作中很容易出现剥离光刻胶失败，光刻胶残留，未能形成有效金属图形的问题。可见目前的LTCC基板多层布线工艺中均存在缺陷，且值得注意的是， LTCC基板和HTCC基板的性质存在不同，因此，其薄膜多层布线工艺上也存在一定的区别。
具体的说，不同批次的HTCC基板具有不同的收缩率，且HTCC基板收缩率对烧结工艺条件更为敏感，其基板上的通孔易产生移位现象，常规的通孔金属连接区如图1中所示的，基板通孔2通过通孔金属连接区12与连接孔9进行连接，当HTCC基板1收缩，制作第一层金属布线的光刻对位步骤中，会出现如图2中所示的，基板通孔2与第一层金属布线的通孔金属连接区12出现错位，使得基板通孔2与通孔金属连接区12未能完全导通，造成产品失效。此外，市面上的在HTCC基板上制作薄膜多层再布线的工艺还存在如下缺陷：布线层数少、膜层结合力差，难以实现高线条精度，制作工艺复杂低效，过程难以控制；现有的布线工艺中，多采用进口的负性介质胶，其价格高，目前还未实现有效替代，在使用上仍存在缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种HTCC基板薄膜多层布线的制作方法，该制作方法可实现5层以上金属布线，解决了HTCC基板因烧结收缩带来的金属层对位问题，良品率高，成品金属布线的线宽/线间距最小达到20μm/20μm。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种HTCC基板薄膜多层布线的制作方法，包括以下步骤：
S1、提供HTCC基板，抛光、清洗并高温真空热处理所述HTCC基板；
S2、在所述HTCC基板的表面形成第一金属布线层；
S3、在所述第一金属布线层的表面形成第一绝缘介质层；
S4、重复步骤S2-S3至少4次，在HTCC基板表面完成不低于5层的薄膜多层布线。
进一步方案，所述HTCC基板为填孔后的HTCC基板，其孔内填充金属高出所述HTCC基板表面不超过2μm。
进一步方案，步骤S1中，所述抛光的目的是实现所述HTCC基板的表面粗糙度不超过 0.03μm。
进一步方案，所述高温真空热处理的温度在150℃以上。
进一步方案，步骤S2的具体工艺为：
S21、在所述HTCC基板表面形成金属种子层；
S22、对所述金属种子层进行光刻处理，露出金属布线区域；
S23、对所述金属布线区域进行电镀；
S24、剥离所述HTCC基板表面的光刻胶，对所述HTCC表面进行离子束刻蚀处理。
进一步方案，所述金属种子层选自Ti/Au、Ti/Cu、Ni/Au、Ni/Cu中的一种。
进一步方案，所述金属种子层采用电子束蒸发或磁控溅射形成。
进一步方案，步骤S22中，露出金属布线区域时，对通孔金属连接区进行扩大处理。
进一步方案，步骤S3的具体工艺为：
S31、在所述第一金属布线层表面涂覆光敏聚酰亚胺胶，然后进行光刻操作，使连接孔露出；
S32、对所述光敏聚酰亚胺胶进行亚胺化处理；
S33、对第一绝缘介质层表面进行离子束刻蚀处理。
进一步方案，所述光敏聚酰亚胺胶为国产正性胶。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所提供的HTCC基板多层布线制作方法，通过电镀布线层+干法刻蚀的方式，可以确保产品金属布线的线宽/线间距最小达到20μm/20μm，膜层附着力好，便于控制，成品率高。且使用国产正性光敏聚酰亚胺胶，可制作出5层以上的多层金属布线，最小线宽线/线间距精度到达20/20微米，并且膜层附着力好，经实验满足金丝键合、焊接剪切的要求，提高封装集成度，简化工艺过程，还可以自主可控，降低费用，同时提高器件的电、热、机械性能。
附图说明
图1为现有的HTCC基板通孔金属连接区示意图；
图2为现有的HTCC基板通孔与第一层薄膜布线金属连接区错位示意图；
图3为本发明一较佳实施例中HTCC基板薄膜多层布线的各步骤的结构示意图；
图4为本发明一较佳实施例中HTCC基板薄膜多层布线的制作方法流程示意图；
图5为图3中制成的HTCC基板中焊盘区示意图。
图中：1-基板、2-基板通孔、3-第一金属种子层、4-光刻胶、5-金属布线区域、6-电镀层、 7-第一金属布线层、8-国产正性光敏聚酰亚胺胶、9-连接孔、10-第二金属种子层、11-第二金属布线层、12-通孔金属连接区。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明第一方面提供了一种HTCC基板薄膜多层布线的制作方法，如图3中所示的，在 HTCC基板上进行薄膜多层布线，主要包括以下步骤：
S1、提供HTCC基板，并对HTCC基板进行前处理。
具体的说，前处理工艺主要是对HTCC基板的表面进行抛光、清洗后，进行高温真空热处理，其中，本文中所述的HTCC基板指的是填孔后且具有基板通孔的HTCC基板；可以理解，HTCC基板的冲孔、印刷和填孔等均为本领域中的常规工艺，故本文中不再具体阐述。进一步的，本文中所述抛光的工艺具体为，对HTCC基板表面进行抛光处理，使得抛光后表面粗糙度控制在0.03μm以下，基板通孔的填充金属高出HTCC基板不超过2μm，可保证覆涂光刻胶的均匀性，提高后续光刻的良率，保证光刻后线条线宽均匀，提高线条精度，通过该抛光步骤保证HTCC基板的表面平整度，从而便于后续各层的制备。此外，基板的清洗可采用本领域中常规的清洗方式，一般采用多种有机溶剂浸泡+纯水浸泡，组合起来反复多次超声清洗，然后用乙醇+高温煅烧的方式脱水，其中，有机溶剂可以选自酮类、醇类等，也可以用等离子清洗设备进行等离子清洗。在本发明的实施例中，高温真空热处理的温度在150℃以上，该热处理步骤可释放基板通孔内的杂质气体和水汽，从而避免后续出现“起泡”现象。
S2、制备第一金属布线层。
具体的说，第一金属布线层的制备主要步骤如下：
S21、在HTCC基板的表面制作第一金属种子层，该第一金属种子层可以采用本领域中常规的方式形成，在本发明的一个或多个实施例中，第一金属种子层采用电子束蒸发或磁控溅射的方式制作形成，其具体厚度可根据实际情况进行调整。进一步的，第一金属种子层的组成可以为本领域中的常规选择，具体可提及的实例包括但不限于Ti/Au、Ti/Cu、Ni/Au、Ni/Cu 中的一种。
S22、对第一金属种子层进行光刻处理，根据本发明的实施例，在第一金属种子层的表面涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影，去除金属布线区域上的光刻胶，其他区域被光刻胶覆盖；进一步的，步骤S22中，在露出金属布线区域时，对通孔金属连接区进行扩大处理，即扩大实际光刻图形的焊盘区域，防止错位现象的发生，具体的说，该扩大处理是通过对HTCC基板收缩率和边界条件进行计算，通过各个方向上各个区域的收缩率×边界大小，得出需要扩大的范围，将原金属连接区向四周扩大。可以理解的是，扩大的区域可根据HTCC基板的收缩率边界条件进行计算，只要保证基板通孔移动的区域范围皆在扩大后的通孔金属连接区内即可。
S23、对步骤S22中的光刻后的HTCC基板进行电镀操作，具体的说，电镀区域为光刻后露出的金属布线区域，在露出的金属布线区域的表面形成电镀层，对露出的金属布线区域的金属膜层进行加厚，可以理解的是，加厚的膜层厚度和膜层结构根据实际情况进行调整。具体的电镀物质，可以根据实际情况进行选择，其可以与种子层相同，也可以不同，由具体的电路设计决定，在本发明的一个或多个实施例中，采用电镀铜后再接着镀金。
S24、剥离余下的光刻胶，然后金属离子束刻蚀处理，通过离子束刻蚀将多余金属区域去除，形成第一金属布线层。
在第一金属布线层的制备过程中，由于通过电镀对露出的金属布线区域的金属膜层进行了加厚，而被光刻胶覆盖的多余金属区域未能加厚，因此通过刻蚀完全去除HTCC基板表面的多余金属区域后，金属布线区域上金属膜层仍有剩余，从而形成第一金属布线层。通过先剥离光刻胶，后进行离子束刻蚀的方式，可保证HTCC基板的表面无光刻胶残留，便于后续各层的制作，并且保证了线条的精度高。并且由于离子束刻蚀具有各向异性，因此不会出现金属线条侧面钻蚀不良现象的发生；结合电镀厚度具有可控制性，通过对电镀膜层结构和厚度的控制，以及对离子束刻蚀时长的调控，可将多余金属区域去除彻底，不会出现由金属残留、光刻胶残留导致的短路、断路等不良现象。
S3、制备第一绝缘介质层。
具体的说，第一绝缘介质层的制备主要步骤如下：
S31、在第一金属布线层的表面涂覆国产正性光敏聚酰亚胺胶，通过光刻处理，将连接孔露出；其中，连接孔用于上下两层金属布线互联，从而起到电信号传输和导热作用。根据本发明的实施例，连接孔为上端大、下端小的倒“八”型，连接孔的侧壁具有40°-60°的倾斜度，从而便于在制作下一层金属布线层时，利于连接孔的金属化，便于金属种子层的生长，不会出现金属空隙。目前本领域中行业内绝缘介质层的制作多采用进口的负性聚酰亚胺胶或苯并环丁烯(BCB)，难以实现自主可控。此外，优选的，光刻处理采用前烘烤和后烘烤结合的方式，从而使得绝缘介质层中的溶剂均匀彻底挥发，光刻后不易出现针孔；避免聚酰亚胺胶亚胺化后出现起泡、龟裂等不良现象，使得亚胺化后的绝缘介质层具有良好的分子结构，绝缘介质层抗蚀性强，避免因绝缘介质层裂开或者亚胺化不彻底造成溶剂残留导致出现的漏电等性能缺陷。通过严格控制显影时间，使得图形边缘完整，避免出现龟裂。更优选的，在本发明的一些具体的实施例中，前烘烤的温度为60℃-150℃，时间为2分钟-20分钟；后烘烤的温度为80℃-170℃之间，时间为5分钟-30分钟。
S32、对国产正性光敏聚酰亚胺胶进行真空环境下高温亚胺化，使得聚酰亚胺胶固化，具体的高温亚胺化的工艺参数可根据国产正性光敏聚酰亚胺胶的要求进行设计，只要满足聚酰亚胺胶的固化即可。
S33、对固化后的国产正性光敏聚酰亚胺胶进行离子束刻蚀处理，从而去除连接孔内残留的胶体；这是由于连接孔处的光敏聚酰亚胺胶在显影后，会有胶体残留在第一金属布线层表面难以去除干净，在亚胺化之后对其进行离子束刻蚀将其去除干净，既可以防止由于残留的胶体导致上下两层线路断开，还可以有效去除下层金属的氧化层，增加导通性能，降低损耗，实现信号高速传输。
S4、重复步骤S2-S3至少4次，在HTCC基板表面完成不低于5层的薄膜多层布线。
根据本发明的实施例继续在表面形成第二金属布线层、第二绝缘介质层……，以此类推，在HTCC基板的表面完成不低于5层薄膜多层布线。
通过本实施例中的制作方法，获得的薄膜多层布线避免了HTCC基板与薄膜界面之间的“起泡”问题，产品金属布线的线宽/线间距最小达到20μm/20μm，解决了布线层数少的问题，实现5层以上金属布线。
下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特别说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。其中，国产正性聚酰亚胺介质胶采购自波米科技有限公司。
实施例
本实施例中提供了一种HTCC基板的多层布线制作方法，如图4中所示的，具体步骤如下：
S1、提供HTCC基板1，该HTCC基板1经过冲孔、印刷和填孔后形成，其表面具有基板通孔2，具体结构如图4(a)中所示的；
对HTCC基板1表面进行抛光处理，使得抛光后HTCC基板1的表面粗糙度在0.03μm以下，基板通孔2的填充金属高出HTCC基板1不超过2μm；
对抛光后的HTCC基板1进行清洗，具体为：丙酮浸泡30分钟，再丙酮中超声20分钟，去离子水超声30分钟，继续换新的丙酮浸泡30分钟，再丙酮中超声20分钟，去离子水超声30分钟，最后无水乙醇超声脱水30分钟，甩干机甩干；
将清洗后的HTCC基板1在180℃真空条件下热处理2h。
S2、制备第一金属布线层7，步骤如下：
S21、在HTCC基板1的表面采用电子束蒸发的方式制作第一金属种子层3，如图4(b)所示，本实施例中，第一金属种子层3的组成为蒸发膜层Ti/Cu，其中，Ti厚度为0.3μm，Cu 厚度为0.1μm；
S22、如图4(c)所示的，在第一金属种子层3的表面涂覆光刻胶4，然后进行曝光、显影，去除金属布线区域5上的光刻胶4，如图4(d)所示的，无需金属布线的区域被光刻胶 4覆盖；需要注意的是，在露出金属布线区域5时，对通孔金属连接区12进行扩大处理，可参见图5，即扩大实际光刻图形的焊盘区域；
S23、结合图4(e)，在光刻后露出的金属布线区域5进行电镀，依次电镀厚度为2μm的 Cu和4μm的Au，形成电镀层6，对金属布线区域5的第一金属种子层3进行加厚；
S24、结合图4(f)，剥离余下的光刻胶4，然后进行离子束刻蚀处理，刻蚀时间为2h，通过离子束刻蚀将多余金属区域去除，如图4(g)所示的，形成第一金属布线层7。
S3、制备第一绝缘介质层，主要步骤如下：
S31、结合图4(h)，在第一金属布线层7的表面涂覆国产正性光敏聚酰亚胺胶8，转速为400rpm15秒+1200rpm20秒+1800rpm25秒，先进行光刻前烘烤，前烘温度80摄氏度，时间5分钟，再通过光刻处理，曝光量为：光强5.8mw/cm2、时间75秒，曝光后显影时间3分 10秒到3分30秒，使得连接孔9露出，最后再进行光刻后烘烤，后烘烤温度为100摄氏度，时间8分钟，如图4(i)所示；连接孔9为上端大、下端小的倒“八”型，其侧壁具有40°-60°的倾斜度。
S32、对国产正性光敏聚酰亚胺胶8在真空环境下进行高温亚胺化，使得聚酰亚胺胶固化，本实施例中，采用阶梯式亚胺化，具体的亚胺化温度可以为第一阶梯130℃，40min；第二阶梯200℃，80min；第三阶梯250℃，120min；第四阶梯200℃，40min。本实施例中，通过增加第一阶段和第二阶段的烘烤时间，使得聚酰亚胺中的溶剂和水分子逐步充分挥发，不易起泡，形成机械强度优良的介质膜，不易变形。
S33、对固化后的国产正性光敏聚酰亚胺胶8进行离子束刻蚀处理，从而去除连接孔9 内残留的胶体，完成第一绝缘介质层制备。
S4、重复步骤S2-S3至少4次，在HTCC基板表面完成不低于5层的薄膜多层布线。
如图4(j)中所示的，在首先形成第二金属种子层10，然后形成如图4(k)所示的，第二金属布线层11，以此类推，在HTCC基板1的表面完成不低于5层薄膜多层布线。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种HTCC基板薄膜多层布线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供HTCC基板，抛光、清洗并高温真空热处理所述HTCC基板；
S2、在所述HTCC基板的表面形成第一金属布线层；
S3、在所述第一金属布线层的表面形成第一绝缘介质层；
S4、重复步骤S2-S3至少4次，在HTCC基板表面完成不低于5层的薄膜多层布线。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述HTCC基板为填孔后的HTCC基板，其孔内填充金属高出所述HTCC基板表面不超过2μm。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S1中，所述抛光的目的是实现所述HTCC基板的表面粗糙度不超过0.03μm。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述高温真空热处理的温度在150℃以上。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S2的具体工艺为：
S21、在所述HTCC基板表面形成金属种子层；
S22、对所述金属种子层进行光刻处理，露出金属布线区域；
S23、对所述金属布线区域进行电镀；
S24、剥离所述HTCC基板表面的光刻胶，对所述HTCC表面进行离子束刻蚀处理。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述金属种子层选自Ti/Au、Ti/Cu、Ni/Au、Ni/Cu中的一种。
7.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述金属种子层采用电子束蒸发或磁控溅射形成。
8.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，步骤S22中，露出金属布线区域时，对通孔金属连接区进行扩大处理。
9.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤S3的具体工艺为：
S31、在所述第一金属布线层表面涂覆光敏聚酰亚胺胶，然后进行光刻操作，使连接孔露出；
S32、对所述光敏聚酰亚胺胶进行亚胺化处理；
S33、对第一绝缘介质层表面进行离子束刻蚀处理。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述光敏聚酰亚胺胶为国产正性胶。
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