用于重分配层工艺的替代集成

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月26日申请的美国专利申请No.62/703,762的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及重新分配层(RDL)工艺，并且尤其涉及用于RDL的替代集成的系统和方法。

背景技术

在常规的RDL工艺流程中，薄的阻挡层和铜籽晶层都沉积在进入的衬底(最常见的是硅)上。通过旋涂或层压施加光致抗蚀剂层。光致抗蚀剂被曝光、显影和除胶以暴露出RDL图案中的铜籽晶。然后通过电镀工艺将该图案化的区域填充铜。在电镀后，然后去除光致抗蚀剂。为了电隔离电镀的RDL图案，最后去除了铜籽晶和阻挡层。在籽晶去除步骤中(通过湿法化学蚀刻)，蚀刻剂会侵蚀在图案/籽晶界面上的铜籽晶，从而在RDL图案下方产生底切。底切会降低RDL图案的机械完整性，并且产生较差的信号完整性。可能发生两种类型的底切：(1)蚀刻RDL图案下方的籽晶，以及(2)蚀刻电镀RDL的籽晶和基底。随着RDL尺寸的不断缩小，当底切发生在RDL的较大区域时，该问题变得更加突出。

本公开试图解决这些缺点。应当注意的是，提供本节中描述的信息是为了向技术人员提供以下公开主题的一些背景，并且不应将其视为认可的现有技术。

附图说明

在附图的视图中，通过示例而非限制的方式示出了一些实施方案。

图1A是在传统的再分布层(RDL)工艺之前的衬底的横截面图。

图1B是常规RDL工艺之后的衬底的横截面图。

图2是在常规RDL工艺之后的衬底的横截面的框图。

图3A-3J是示出根据第一示例性实施方案的部分嵌入式替代集成RDL工艺的框图。

图4A-4J是示出根据第二示例性实施方案的部分嵌入式替代集成RDL工艺的框图。

图5A-5G是示出根据示例性实施方案的完全嵌入式的替代集成RDL工艺的框图。

图6A是衬底的截面图，其示出了工程铜RDL籽晶后蚀刻的示例。

图6B是衬底的截面图，其示出了常规的铜RDL籽晶后蚀刻。

图7是示出根据示例性实施方案的用于部分嵌入式RDL工艺的方法的流程图。

图8是示出根据示例性实施方案的用于完全嵌入式RDL工艺的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述包括体现本发明主题的说明性实施方案的系统、方法、技术、指令序列和计算机器程序产品。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对示例性实施方案的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所提供的实施方案。

该专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人以传真形式复制专利文件或专利公开内容，因为其出现在专利商标局专利文件或记录中，但在其他方面保留所有版权。以下声明适用于下文以及构成本文档一部分的附图中的任何数据：Copyright LAM Research Corporation，2018，保留所有权利。

在本公开中，使用各种术语来描述半导体处理表面：“晶片”和“衬底”可以互换地使用。经由电化学反应将金属沉积或镀覆到晶片的导电表面上的工艺通常被称为“电沉积”或“电镀”。

本文件描述了常规再分布层(RDL)工艺的几种替代方案：三种集成方案和一种电镀工艺，其导致在籽晶蚀刻过程中使底切最小化。图1A是常规RDL工艺之前的衬底的横截面图。图1B是常规RDL工艺之后的衬底的横截面图。后面的图说明了底切问题。

图2是在RDL工艺之后的衬底的横截面的框图。衬底202沉积有阻挡层204、铜籽晶206和ECD铜208。在第一类型问题中，蚀刻在ECD铜208下面的铜籽晶206，导致底切。在第二类型问题中，铜籽晶206和电镀RDL(ECD铜208)的基底均被蚀刻。

图3A-3J是示出根据第一示例性实施方案的部分嵌入式替代集成RDL工艺的框图。在该工艺流程中，在图3A的操作302处，提供衬底322。在图3B的操作304处，将电介质(聚酰亚胺、氮化物等)层324施加到进入的衬底322。在图3C的操作306处，使介电层324图案化。对于光敏聚合物材料(聚酰亚胺)，这将需要曝光、显影和除胶步骤。在图3D的操作308处，在该层介电层324的上面施加阻挡层326和铜籽晶层328。在图3E的操作310中，可以将光致抗蚀剂层330施加至衬底322上。取决于光致抗蚀剂材料(旋涂对层压)，光致抗蚀剂层330可以填充下面的特征或仅放置在其上面。然后，在图3E的操作312处，对光致抗蚀剂层330进行曝光、显影和除胶。在该工艺流程中，图案化的特征尺寸与下面的电介质中的特征尺寸匹配，如图3F的操作312所示。在图3G的操作314处，在图案化区域中电镀铜层322。在图3H的操作316处，去除光致抗蚀剂层330。在图3I的操作318处，蚀刻并去除铜籽晶层328和阻挡层326。在图3J的操作320处，可选地，也可以去除介电层324。在这种集成方案中，籽晶蚀刻不会产生底切。籽晶刻蚀只能去除电镀RDL侧的少量材料。它可以去除RDL结构和阻挡之间的籽晶。

电镀的RDL厚度可以在2μm至10μm的范围内。对于部分嵌入，介电层具有至少约0.5μm的最小厚度。取决于RDL最终厚度，厚度范围可以在5-50％之间。

图4A-4J是示出根据第二示例性实施方案的部分嵌入式替代集成RDL工艺的框图。对于光致抗蚀剂层中的RDL尺寸，图4A至图4J的流程不同于图3A至图3J的流程。在图4A的操作402处，提供衬底422。在图4B的操作404处，将介电层424沉积在衬底422上。在图4C的操作406处，使介电层424图案化(对于聚合物：曝光、显影、除胶)。在图4D的操作408处，将阻挡层426和籽晶层428都沉积在介电层424和衬底422上。

在图4E的操作410处，将光致抗蚀剂层430施加到衬底422上。在图4F的操作412处，将光致抗蚀剂层430类似于介电层424图案化。然而，光致抗蚀剂层430中的特征比介电层424中的对应特征具有较大的关键尺寸(CD)或宽度。在图4G的操作414处，电沉积铜432。在图4H的操作416处，去除光致抗蚀剂430。在图4I的操作418处，蚀刻铜籽晶426和阻挡层424。在图4J的操作420处，介电层424可选地被去除。

该流程工艺导致上面附近的RDL图案具有较厚的尺寸。这对于在铜籽晶蚀刻后维持RDL尺寸可能是有益的。这种流程还可以使在籽晶蚀刻后侧壁的切入最小化，从而获得机械完整性优异的RDL结构。

图5A-5G是示出根据示例性实施方案的完全嵌入式替代集成RDL工艺的框图。在该工艺流程中，在图5A的操作502处，提供衬底516。在图5B的操作504处，将电介质(聚酰亚胺、氮化物等)层518施加到进入的衬底516上。在图5C的操作506处，使介电层518图案化。对于光敏聚合物材料(聚酰亚胺)，该工艺包括曝光、显影和除胶步骤。在图5D的操作508处，在图案化的介电层518的上面和衬底516的暴露表面上施加阻挡层520和铜籽晶层522。在图5E的操作510处，在图案化的区域中电镀铜524。在图5F的操作512处，铜524被平坦化。图5G中的操作514处，示出了电镀的演变。

图6A是衬底的截面图，示出了晶粒工程的示例。横截面604示出了衬底610、阻挡层608和铜层606。为了最小化籽晶蚀刻效应，可能需要更坚固、更稳健的电镀铜。可以使用各种工艺参数进行工程设计，所述工艺参数包括波形、对流和化学反应。

可以工程设计以表现出抗蚀刻性的一些铜晶粒结构包括大晶粒、柱状晶粒和纳米孪晶晶粒。例如，先前已显示纳米孪晶铜具有高拉伸强度、优异的电导率和高电迁移抗性。如果在电镀工艺的早期形成，则工程晶粒结构(包括纳米孪晶)可以减少对电镀铜的侵蚀，尽管不会减少对RDL结构下方的铜籽晶层的底切。在以上详细描述的上述替代工艺方案中，晶粒工程铜可以最大程度地减少对电镀RDL结构侧面的蚀刻。这将保持RDL的图案尺寸和机械完整性

图6B是衬底的截面图，其示出了常规铜RDL籽晶后蚀刻的示例。横截面604示出了常规铜RDL籽晶后蚀刻中的铜606中的底切612。

图7是示出根据示例性实施方案的用于部分嵌入式RDL工艺的方法的流程图。在操作702，提供衬底。在操作704，将电介质(聚酰亚胺、氮化物等)施加到衬底。在操作706，使介电层图案化。对于光敏聚合物材料(聚酰亚胺)，这将需要曝光、显影和除胶步骤。在操作708，将阻挡层和铜籽晶层施加在层介电层的上面。在操作710，将光致抗蚀剂工艺应用于衬底。在操作710，光致抗蚀剂被曝光、显影和除胶。在该工艺流程中，图案化的特征尺寸将与下伏的电介质中的特征尺寸匹配。在操作712，在图案化区域中电镀铜。在操作714，去除光致抗蚀剂。在操作716，去除铜籽晶和阻挡蚀刻物。在操作718，任选地，还可以去除介电层。在这种集成方案中，籽晶蚀刻不会产生底切。

图8是示出根据示例性实施方案的用于完全嵌入式RDL工艺的方法的流程图。在操作802，提供衬底。在操作804，将电介质(聚酰亚胺、氮化物等)施加到衬底上。在操作806，使介电层图案化。对于光敏聚合物材料(聚酰亚胺)，这将需要曝光、显影和除胶步骤。在操作808，在该层介电层的上面沉积阻挡层和铜籽晶层。在操作810，在图案化区域中电镀铜。在操作812，将铜(或铜/介电层)平坦化。

尽管已经参考特定示例性实施方案描述了实施方案，但是显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下对这些实施方案进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。形成其一部分的附图通过图示而非限制的方式示出了可以实践本主题的特定实施方案。足够详细地描述了所示的实施方案，以使本领域技术人员能够实践本文公开的教导。可以利用其他实施方案以及从中得出的其他实施方案，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑上的替换和改变。因此，不应在限制意义上理解该具体实施方式，并且各种实施方案的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同方案的全部范围来限定。发明主题的这样的实施方案在本文中可以单独地和/或共同地用术语“发明”来指代，这仅是为了方便并且不意图将本申请的范围自动限制为任何单个发明或发明概念(如果有多个实际上被公开了)。因此，尽管这里已经图示和描述了特定的实施方案，但是应当理解，为实现相同目的而计算的任何布置都可以代替所示的特定实施方案。本公开旨在覆盖各种实施方案的所有修改或变型。通过阅读以上描述，以上实施方案的组合以及本文中未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。

实施例：

实施例1是用于重新分布层(RDL)工艺的方法，该方法包括：在衬底的表面上沉积介电层；使所述介电层图案化，所述图案化的介电层使所述衬底的所述表面的区域暴露；在所述图案化的介电层和所述衬底的所述表面的所暴露的所述区域上沉积保护层；在所述保护层上沉积光致抗蚀剂层；使所述光致抗蚀剂层图案化，所述图案化的光致抗蚀剂层使所述保护层的第一区域暴露；在所述保护层的所暴露的所述第一区域的上面电沉积铜层；去除所述图案化的光致抗蚀剂层以使所述保护层的第二区域暴露；以及去除所述保护层的所暴露的所述第二区域以使所述图案化的介电层暴露。

实施例2包括实施例1所述的方法，其还包括：去除所暴露的所述图案化的介电层以使所述衬底的所述表面的区域暴露。

实施例3包括实施例2所述的方法，其中，所述图案化的光致抗蚀剂层中的特征的尺寸大于所述图案化的介电层中的特征的尺寸。

实施例4包括实施例1所述的方法，其中，所述图案化的光致抗蚀剂层中的特征的尺寸小于所述图案化的介电层中的特征的尺寸。

实施例5包括实施例1所述的方法，其中，所述保护层包括阻挡层和铜籽晶层，所述铜籽晶层在所述阻挡层的上面。

实施例6包括实施例1所述的方法，其中，所述介电层包括光敏性聚酰亚胺层或氮化物层。

实施例7包括实施例6所述的方法，其中，使所述介电层图案化还包括：使用曝光、显影和除胶工艺形成所述图案化的介电层。

实施例8包括实施例1所述的方法，其中，所述图案化的光致抗蚀剂层的特征的尺寸与下伏的所述图案化的介电层的特征的尺寸匹配。

实施例9包括实施例1所述的方法，其中，在所述保护层的上面沉积所述光致抗蚀剂层还包括：用所述光致抗蚀剂层填充所述图案化的介电层的特征。

实施例10包括实施例1所述的方法，其中，所述光致抗蚀剂层位于所述图案化的介电层的特征的上面，并且不填充所述图案化的介电层的所述特征。