重新布线层的制备方法及其结构

技术领域

本发明涉及集成电路中晶圆级封装技术领域，特别是涉及一种重新布线层的制备方法及其结构。

背景技术

随着集成电路的功能越来越强、性能和集成度越来越高，以及新型集成电路的出现，封装技术在集成电路产品中扮演着越来越重要的角色，在整个电子系统的价值中所占的比例越来越大。同时，随着集成电路特征尺寸达到纳米级，晶体管向更高的密度、更高的时钟频率发展，封装也向更高密度的方向发展。

晶圆级封装(WLP)技术由于具有小型化、低成本、高集成度以及具有更好的性能和更高的能源效率等优点，因此，已成为高要求的移动/无线网络等电子设备的重要的封装方法，是目前最具发展前景的封装技术之一。WLP技术是将整个晶圆作为封装和测试对象，然后切割成单个成品芯片，该封装工艺不同于传统的芯片封装工艺。WLP技术的封装芯片的尺寸比传统封装工艺的封装芯片的尺寸小约20％。因此，晶圆级封装芯片的体积与裸芯片的尺寸几乎相同，这可以大大减小封装芯片尺寸。

在现有WLP工艺中，重新布线层(RDL)的制造是整个WLP流程中较复杂、较昂贵的部分，RDL一般包括介质层及金属层，其可对芯片的焊盘的焊区位置进行重新布局，使新焊区满足对焊料球最小间距的要求，并使新焊区按照阵列排布。

现有RDL工艺中，依次形成金属线层、缓冲层及保护层作为RDL中的金属层，当形成金属层后，在保护层表面会形成延伸至缓冲层中的孔隙，造成保护层结构的不连续，如图17所示在SEM图下，显示为黑斑和/或凹坑，该孔隙会降低缓冲层与保护层之间的粘合力以及保护层的硬度，从而提高后续打线过程中保护层剥离的风险，降低RDL的稳定性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种重新布线层的制备方法及其结构，用于解决现有技术中在制备由金属线层、缓冲层及保护层作为重新布线层的金属层时，在保护层表面会形成延伸至缓冲层中的孔隙，该孔隙会降低缓冲层与保护层之间的粘合力以及保护层的硬度，从而提高后续打线过程中保护层剥离的风险等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种重新布线层的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

提供支撑基底，并于所述支撑基底上依次形成扩散阻挡层及金属种子层；

于所述金属种子层上涂覆光刻胶层，并通过曝光、显影工艺于所述光刻胶层形成填充窗口；

采用电镀工艺于所述填充窗口的所述金属种子层上形成金属线层；

采用电镀工艺于所述金属线层上依次形成至少两层缓冲层的叠层结构，每层所述缓冲层的表面具有延伸至其内部的多个孔隙，且相邻两层所述缓冲层表面的所述孔隙的位置不相同；

采用电镀工艺于所述叠层结构上形成保护层；

去除所述光刻胶层，并去除未被所述金属线层覆盖的所述金属种子层和所述扩散阻挡层；

将键合线与所述保护层键合，进行电引出。

可选地，采用电镀工艺形成所述叠层结构时，相邻两层所述缓冲层采用的电镀工艺的电镀参数不同，以使相邻两层所述缓冲层表面的所述孔隙的位置不相同。

可选地，所述叠层结构包括两层所述缓冲层，电镀第一层所述缓冲采用的电流密度介于2.8ASD～3.2ASD之间，电镀时间介于100s～300s之间；电镀第二层所述缓冲层采用的电流密度介于2.3ASD～3.2ASD之间，电镀时间介于20s～120s之间。

可选地，所述叠层结构包括两层所述缓冲层，第一层所述缓冲层的厚度介于1μm～3μm之间，第二层所述缓冲层的厚度介于0.2μm～1.0μm之间。

可选地，采用电镀工艺形成所述叠层结构时，在形成相邻两层所述缓冲层之间实施清洗工艺，以使相邻两层所述缓冲层表面的所述孔隙的位置不相同。

可选地，所述清洗工艺采用的清洗液为去离子水(DIW)。

可选地，所述扩散阻挡层的材料包括Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种，所述金属种子层的材料包括Cu，所述金属线层的材料包括铝、铝合金、铜或铜合金，所述缓冲层的材料包括Ni，所述保护层的材料包括Au。

本发明还提供一种重新布线层，所述重新布线层至少包括：

扩散阻挡层，具有相对的第一面和第二面；

金属种子层，位于所述扩散阻挡层的第一面；

位于所述金属种子层上的金属线层；

位于所述金属线层上的叠层结构，所述叠层结构包括至少两层缓冲层，每层所述缓冲层的表面具有延伸至其内部的多个孔隙，且相邻两层所述缓冲层表面的所述孔隙的位置不相同；

位于所述叠层结构上的保护层；

将所述金属线层电引出的键合线。

可选地，所述叠层结构的厚度介于1.2μm～4.0μm之间。

可选地，所述叠层结构包括两层所述缓冲层，第一层所述缓冲层的厚度介于1μm～3μm之间，第二层所述缓冲层的厚度介于0.2μm～1.0μm之间。

可选地，所述扩散阻挡层的材料包括Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种，所述金属种子层的材料包括Cu，所述金属线层的材料包括铝、铝合金、铜或铜合金，所述缓冲层的材料包括Ni，所述保护层的材料包括Au。

可选地，所述重新布线层还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述扩散阻挡层的第二面。

可选地，所述金属线层的厚度介于3μm～6μm之间，所述保护层的厚度介于0.1μm～1.0μm之间。

如上所述，本发明的重新布线层的制备方法及其结构，通过设置多层缓冲层的叠层结构，当在电镀后一层所述缓冲层时，相对于电镀前一层所述缓冲层来说，后一层所述缓冲层的电镀环境发生了改变(即打断连续电镀的电镀环境)，可以减小或消除连续电镀会在相同的位置继续形成更深的孔隙，电镀后一层所述缓冲层时会在与前一层所述缓冲层的表面位置不同的位置形成孔隙，有效提高了叠层结构的连续性(每层所述缓冲层上的孔隙不连续，且每层所述缓冲层上的孔隙变小变浅)，缓解了叠层结构表面孔隙对后续保护层连续性的影响，有效提高了保护层的连续性及其硬度，保证所述叠层结构与所述保护层之间的粘合力，提高了重新布线层的稳定性能；在后续的打线工艺中，所述叠层结构与所述保护层之间不易出现剥离现象，提高了重新布线层的产品良率。

附图说明

图1显示为本发明的重新布线层的制备方法的流程示意图。

图2至图9显示为现有技术中的重新布线层的制备方法的各步骤所呈现的结构示意图，其中图7显示为图6中A处的局部放大图，图9显示为图8中B处的局部放大图。

图10至图16显示为本发明的重新布线层的制备方法的各步骤所呈现的结构示意图，其中图11显示为图10中C处的局部放大图，图13显示为图12中D处的局部放大图，图16还显示为本发明的重新布线层的结构示意图。

图17显示为现有技术中的重新布线层的SEM图，图中大小不等的黑点即为保护层表面的黑斑和/或凹坑

元件标号说明

10 支撑基底

100 支撑层

101 分离层

102 绝缘层

11 扩散阻挡层

12 金属种子层

13 光刻胶层

130 填充窗口

14 金属线层

15 叠层结构

150 缓冲层

151 孔隙

16 保护层

160 保护层孔隙

17 键合线

S1～S7 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图17。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2至图9所示，为现有RDL(重新布线层)工艺各步骤的流程示意图，其制备过程如下：

如图2所示，首先提供支撑基底10；

如图3所示，接着于所述支撑基底10上依次形成扩散阻挡层11及金属种子层12；

如图4所示，然后于所述金属种子层12上涂覆光刻胶层13，并通过曝光、显影工艺于所述光刻胶层13形成填充窗口130；

如图5所示，接着于所述填充窗口130的所述金属种子层12上形成金属线层14；

如图6所示，采用电镀工艺再于所述金属线层14上形成缓冲层150。如图7所示，经过分析研究，发明人发现在电镀形成所述缓冲层150的过程中会形成孔隙151，所述孔隙151可能形成在所述缓冲层150中，也可能会形成在所述缓冲层150的表面并且自其表面向内延伸，自其表面向内延伸的所述孔隙151有的较浅较小，有的较深较大，在SEM图下较浅较小的空隙显示为黑斑，较深较大的空隙显示为凹坑。

如图8所示，采用电镀工艺再于所述缓冲层150上形成保护层16。如图9所示，发明人发现基于所述缓冲层150具有自表面向其内部延伸的孔隙151的形貌，该形貌会传递至所述保护层16中，电镀过程中，较浅较小的所述孔隙151上方的所述保护层的表面会形成较浅较小的保护层孔隙160，此时具有该些较浅较小的保护层孔隙160的保护层16可将其下方的所述缓冲层150上的孔隙151覆盖，另一方面，较深较大的所述孔隙151上方的保护层的表面会形成较深较大的保护层孔隙160，有的甚至贯穿所述保护层16与所述孔隙151连通，由此导致所述保护层16的表面连续性差且保护层的硬度较低，降低所述缓冲层150与所述保护层16之间的粘合力，严重影响了重新布线层的稳定性能；在后续的打线工艺中，所述缓冲层150与所述保护层16之间易出现剥离现象，及降低了重新布线层的产品良率。

发明人基于以上发现并经过研究分析，提出一种重新布线层的制备方法，如图1所示，以解决上述保护层的表面不连续性且硬度低影响重新布线层的稳定性，及降低重新布线层的产品良率的问题。下面结合附图详细描述本实施例的重新布线层的制备方法。

如图1及图2至图3所示，首先进行步骤S1，提供支撑基底10，并于所述支撑基底10上依次形成扩散阻挡层11及金属种子层12。

如图2所示，作为示例，所述支撑基底10由下向上依次包括支撑层100、分离层101及绝缘层102。

所述支撑层100包括玻璃层、金属层、半导体层、聚合物层及陶瓷层中的一种。在本实施例中，所述支撑层100选用为玻璃层，所述玻璃层成本较低，容易在其表面形成所述分离层101，且能降低后续的剥离工艺的难度。

所述分离层101包括聚合物层或粘合胶层，所述聚合物层或粘合胶层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑层100表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。

在本实施例中，所述聚合物层包括LTHC光热转换层，后续在剥离所述支撑层100时，可以基于激光对LTHC光热转换层进行加热，以使重新布线层及所述支撑层1000自所述LTHC光热转换层处相互分离。

所述绝缘层102与支撑层100分离后，用于形成与芯片连接的凸块的隔离层。

如图3所示，可以采用现有已知的方法制备所述扩散阻挡层11，例如可以为溅射法、电化学镀法、物理气相沉积法、化学气相沉积法等物理或化学方法。所述扩散阻挡层11的材料可以为Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种。由于一般重新布线层中的金属线层具有很高的扩散系数，当重新布线层粘合在晶圆时，由于金属线层高的扩散系数，会导致金属离子扩散进入晶圆的器件结构中，对晶圆的性能造成影响。所以，为了避免金属线层的离子扩散，在制备重新布线层时，需要先在所述支撑基底上制备一层所述扩散阻挡层11以阻止金属离子向晶圆扩散；另外，也是为了在后续制备重新布线层时提高金属线层与支撑基底10的粘附力。本实施例中，选用Ti作为扩散阻挡层11，选用常规的溅射法沉积扩散阻挡层11，采用溅射法沉积Ti层，工艺易于实现且Ti层与支撑基底10的粘附力较强。

作为示例，一般采用电镀法形成金属线层，而电镀形成的关键是通过表面的金属层产生电流使金属沉积，对于扩散阻挡层11来说，其需要实现阻挡扩散及提高粘附力的作用，选用的材料导电率较小，所以需要形成一层电导率较大的金属层，以作为金属线层电镀的金属种子层12。如图3所示，于所述扩散阻挡层11上形成所述金属种子层12。所述金属种子层12的材料可以选择Cu，可以采用溅射法形成所述金属种子层12。

如图1及图4所示，接着进行步骤S2，于所述金属种子层12上涂覆光刻胶层13，并通过曝光、显影工艺于所述光刻胶层13形成填充窗口130。

作为示例，形成图形化的所述光刻胶层13的方法为：将光刻胶均匀涂布于所述金属种子层12表面，然后，将覆盖有光刻胶的支撑基底10从涂胶机上转移至烘箱中进行涂胶后烘，以蒸发光刻胶中的水分，固定光刻胶。将紫外光透过光罩板上的图形照射到涂有光刻胶的支撑基底表面，受紫外光照射后光刻胶变形，光刻胶被显影液腐蚀，经过清洗后，留下和光罩板上一致或互补的图形，从而形成了图形化的光刻胶层13。

如图1及图5所示，接着进行步骤S3，采用电镀工艺于所述填充窗口130的所述金属种子层12上形成金属线层14。

作为示例，所述金属线层14的材料包括铝、铝合金、铜或铜合金。本实施例中所述金属线层14的材料选为铜。所述金属线层14的厚度介于3μm～6μm之间。

如图1、图10及图11所示，接着进行步骤S4，采用电镀工艺于所述金属线层14上依次形成至少两层缓冲层150的叠层结构15，每层所述缓冲层150的表面具有延伸至其内部的多个孔隙151，且相邻两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同。

由于在后续的键合线引出工艺中需要对所述金属线层14实现电引出(称为WB工艺)，为了缓解WB工艺中的高热高压对所述金属线层14的影响，所以一般于所述金属线层14上设置一层硬度较软的缓冲层150，例如，本实施例中选择所述缓冲层150的材料包括Ni。由于缓冲层150一般较软，沉积速度较快，所以容易在其内部或表面形成大大小小的所述孔隙151(如图7所示)。当所述孔隙151较深较大时，在其上形成保护层时，可能会沿着该较深较大的孔隙151在保护层上形成贯通保护层的保护层孔隙160(如图9所示)，导致所述保护层16的表面连续性差且保护层的硬度较低。本实施例通过设置多层缓冲层150的叠层结构15，当在电镀后一层所述缓冲层150时，相对于电镀前一层所述缓冲层150来说，后一层所述缓冲层150的电镀环境发生了改变(即打断连续电镀的电镀环境)，可以减小或消除连续电镀会在相同的位置继续形成更深的孔隙，电镀后一层所述缓冲层150时会在与前一层所述缓冲层150的表面位置不同的位置形成孔隙151，如图11中，示出了两层所述缓冲层150的叠层结构15，两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同，有效提高了叠层结构15的连续性(每层所述缓冲层150上的孔隙151不连续，且每层所述缓冲层150上的孔隙151变小变浅)，缓解了叠层结构15表面孔隙151对后续保护层连续性的影响，有效提高了保护层的连续性及其硬度，保证所述叠层结构15与所述保护层之间的粘合力，提高了重新布线层的稳定性能；在后续的打线工艺中，所述叠层结构15与所述保护层之间不易出现剥离现象，提高了重新布线层的产品良率。

作为示例，采用电镀工艺形成所述叠层结构15时，相邻两层所述缓冲层150采用的电镀工艺的电镀参数不同，以使相邻两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同。通过改变相邻两层所述缓冲层150之间的电镀参数，来打断连续电镀的电镀环境，从而使相邻两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同。如图10所示，较佳地，所述叠层结构15包括两层所述缓冲150层，电镀第一层所述缓冲150采用的电流密度介于2.8ASD～3.2ASD之间，电镀时间介于100s～300s之间；电镀第二层所述缓冲层150采用的电流密度介于2.3ASD～3.2ASD之间，电镀时间介于20s～120s之间。

如图10所示，作为示例，所述叠层结构15包括两层所述缓冲层150，第一层所述缓冲层150的厚度介于1μm～3μm之间，第二层所述缓冲层150的厚度介于0.2μm～1.0μm之间，第二层所述缓冲层150的厚度相对较薄，其上的孔隙151也更小更浅，从整体上可使所述叠层结构15的连续性更佳。

作为示例，采用电镀工艺形成所述叠层结构15时，在形成相邻两层所述缓冲层150之间实施清洗工艺，以使相邻两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同。通过实施清洗工艺，可以打断两层缓冲层之间的电镀环境，防止后一层所述缓冲层150在前一层所述缓冲层150表面的孔隙151继续形成更大更深的孔隙151，从而使相邻两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同。

这里需要说明的是，上述示出了两种打断连续电镀的电镀环境的实施方式，第一种是改变电镀每一层所述缓冲层的电镀参数，第二种是在形成相邻两层所述缓冲层之间实施清洗工艺，在形成所述叠层结构时，这两种实施方式可以单独使用，也可以结合使用，在此不做限制，只要能起到打断连续电镀的电镀环境即可。另外，打断连续电镀的电镀环境的实施方式也不限于本实施例列举的两种方式，本领域技术人员所熟知的打断方式均可，在此不作限制。

作为示例，在形成相邻两层所述缓冲层150之间实施清洗工艺时，采用的清洗液为去离子水(DIW)。

如图1、图12及图13所示，接着进行步骤S5，采用电镀工艺于所述叠层结构15上形成保护层16。

如图13所示，由于所述叠层结构15表面的连续性得到改善，所以形成的所述保护层16的表面连续性也得到明显改善，保护层16的表面孔隙较小且较浅，可以完全覆盖所述叠层结构。

所述保护层16一般较硬，用于保护所述叠层结构15(保护所述叠层结构15不被氧化)及所述金属线层14，且所述保护层易于后续与键合线邦定，提高邦定牢固性和可靠性。一般所述保护层16的材料包括Au。所述保护层16的厚度介于0.1μm～1.0μm之间。

如图1、图14及图15所示，接着进行步骤S6，去除所述光刻胶层13，并去除未被所述金属线层14覆盖的所述金属种子层12和所述扩散阻挡层11。

如图14所示，作为示例，在实际生产中，一般采用高于200℃的工艺温度，在氧、氟混合工艺气体进行灰化处理，以去除所述图形化的光刻胶层13。

如图15所示，作为示例，采用湿法刻蚀工艺去除没有被金属线层14覆盖的金属种子层12和扩散阻挡层11，湿法刻蚀因刻蚀速率快、成本低而成为常用的刻蚀手段。由于金属种子层12和扩散阻挡层11所采用的材料不同，即刻蚀比不同，所以需要选用不同的刻蚀溶液。本领域的技术人员可以实际需要根据需要进行。当然，在其他实施例中，也可以采用其他工艺去除金属种子层12和扩散阻挡层11，在此不作限制。

如图1及图16所示，最后进行步骤S7，将键合线17与所述保护层16键合，进行电引出。

作为示例，键合方式为超声波键合、热压键合以及热超声键合中的任意一种。在本实施例中，选用热压方式进行键合。

作为示例，形成上述结构后，还可包括形成覆盖所述键合线17、所述保护层16、所述叠层结构15、所述金属线层14、所述金属种子层12及所述扩散阻挡层11的介质层，然后再通过所述分离层101，将重新布线层与所述支撑层100分离。

实施例二

本实施例提供一种重新布线层，该重新布线层的结构可采用上述实施例一的制备方法制得，但也可以采用其他方法制备得到，在此不做限制。本实施例的重新布线层所带来的有益效果可参见实施例一所述，在本实施例中不做赘述。

如图16所示，所述重新布线层至少包括：

扩散阻挡层11，具有相对的第一面和第二面；

金属种子层12，位于所述扩散阻挡层11的第一面；

位于所述金属种子层12上的金属线层14；

位于所述金属线层14上的叠层结构15，所述叠层结构15包括至少两层缓冲层150，每层所述缓冲层150的表面具有延伸至其内部的多个孔隙151，且相邻两层所述缓冲层150表面的所述孔隙151的位置不相同；

位于所述叠层结构15上的保护层16；

将所述金属线层电引出的键合线17。

作为示例，所述叠层结构15的厚度介于1.2μm～4.0μm之间。较佳地，所述叠层结构15包括两层所述缓冲层150，第一层所述缓冲层150的厚度介于1μm～3μm之间，第二层所述缓冲层150的厚度介于0.2μm～1.0μm之间。

作为示例，所述扩散阻挡层11的材料包括Ti、TiN、Ta、TaN、TiW、Cr中的一种或多种，所述金属种子层12的材料包括Cu，所述金属线层14的材料包括铝、铝合金、铜或铜合金，所述缓冲层150的材料包括Ni，所述保护层16的材料包括Au。

作为示例，所述重新布线层还包括绝缘层102，所述绝缘层102位于所述扩散阻挡层11的第二面。

作为示例，述金属线层14的厚度介于3μm～6μm之间，所述保护层16的厚度介于0.1μm～1.0μm之间。

综上所述，本发明提供一种重新布线层的制备方法及其结构，通过设置多层缓冲层的叠层结构，当在电镀后一层所述缓冲层时，相对于电镀前一层所述缓冲层来说，后一层所述缓冲层的电镀环境发生了改变(即打断连续电镀的电镀环境)，可以减小或消除连续电镀会在相同的位置继续形成更深的孔隙，电镀后一层所述缓冲层时会在与前一层所述缓冲层的表面位置不同的位置形成孔隙，有效提高了叠层结构的连续性(每层所述缓冲层上的孔隙不连续，且每层所述缓冲层上的孔隙变小变浅)，缓解了叠层结构表面孔隙对后续保护层连续性的影响，有效提高了保护层的连续性及其硬度，保证所述叠层结构与所述保护层之间的粘合力，提高了重新布线层的稳定性能；在后续的打线工艺中，所述叠层结构与所述保护层之间不易出现剥离现象，提高了重新布线层的产品良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。