在轉接板工藝中採用cmp對基板表面進行平坦化的方法
2023-11-04 21:05:07
在轉接板工藝中採用cmp對基板表面進行平坦化的方法
【專利摘要】本發明提供了一種採用聚合物基板或覆有聚合物的其他材料基板的轉接板工藝中利用CMP對基板表面進行平坦化的方法。聚合物的亞胺化程度與CMP研磨速率密切相關，為了獲得較高的研磨速率，對聚合物基板或覆有聚合物的其他材料基板進行特定的固化處理。所述聚合物為聚醯亞胺或苯丙二丁烯，經過CMP處理的表面均勻性可達到<1%：採用2~3步研磨速率由高到低的CMP，並在研磨後進行清洗。本發明利用廉價材料上覆有聚合物或直接採用聚合物基板作為轉接板基板，相較於傳統的矽基板，成本會大大降低，表面均勻性則更優，對後續刻蝕，CVD，PVD，Lithography工藝作好準備，為3D集成向高密度高精度方向發展提供了可能。
【專利說明】在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種在轉接板工藝中採用CMP對深孔刻蝕前的基板表面進行平坦化的方法，屬於半導體製造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]採用矽(Si)轉接板的工藝技術相對成熟，表面均勻性好，但成本高。以聚合物(如聚醯亞胺polyimide或苯並環丁烯BCB)為基板的轉接板(interposer)工藝中，聚合物基板表面均勻性(unifo rmity)約為+/-10%，即厚度為40um的基板表面的厚度變化量(TTV)為4um，不良的表面均勻性會對後續刻蝕，PVD及電鍍造成不良影響。目前常見的方法是利用CVD在基板表面沉積氧化矽作為絕緣層，但這種工藝成本較高，工藝流程複雜。另外，採用聚醯亞胺旋塗工藝，旋塗工藝本身可以對表面進行粗糙的平坦化，但其平坦化程度非常低，基本還是保留了基板表面的原有形貌，表面均勻性達不到高密度集成的要求。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種聚合物基板或表面覆有聚合物的基板的轉接板工藝中採用化學機械研磨CMP對深孔刻蝕(Via)前的基板表面進行平坦化的方法，以獲得較好的表面均勻性。
[0004]按照本發明提供的技術方案，所述在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，包括以下步驟:
(1)提供聚合物基板或表面覆有聚合物的基板，基板上聚合物的厚度在工藝要求的基礎上增加10%~?5%作為CMP研磨餘量；所述聚合物為聚醯亞胺或苯丙二丁烯；
(2)對上述基板進行固化處理，使聚合物表面接觸角小於70度；
(3)在深孔刻蝕之前採用CMP對表面進行平坦化處理，達到表面均勻性為1%的平坦化要求；具體為採用2~3步研磨速率由高到低的CMP研磨，並在研磨後進行清洗處理；選用如下耗材:
(a)膠體研磨液，其中研磨顆粒包括氧化矽、氧化鈰，或氧化鋁；研磨顆粒大小範圍為5~160nm;研磨液中研磨顆粒的含量在0.01wt%~20wt%範圍內；PH應大於7 ;研磨液中包括20~80°C的溫度範圍內粘度穩定在18 mPa.s~300 mPa.s之間的物質(如甘油)；
(b)活化聚合物表面，加快聚合物水解的添加劑，包括:去離子水，氫氧化鉀，或四甲基
氫氧化銨；
(c)硬度在50shore D和60 shore D之間的硬質研磨墊與硬度小於50 shore D的軟性研磨墊配合使用。
[0005]其中步驟(2)對基板處理的方法是:在125~250攝氏度溫度條件下烘烤30飛0分鐘。
[0006]步驟(3)進行兩步CMP研磨的工藝過程如下:
(3.1)在第一研磨臺採用高壓力(3psi~4psi),高轉速(100rpnTl30rpm),研磨液流量在150ml/min~300ml/min之間,在此條件下用大於lum/min的研磨速率對不平整的基板表面進行第一步粗略研磨；
(3.2)在第二研磨臺採用壓力0.2psi~2psi,轉速4(T70rpm在軟性研磨墊上以低於lum/min的研磨速率進行第二步CMP研磨工藝。
[0007]步驟(3)進行三步CMP研磨的工藝過程如下:
(3.1)在第一研磨臺採用較高研磨頭壓力(3psi~4psi),高轉速(100rpnTl30rpm),研磨液流量在150ml/min~300ml/min之間,在此條件下用大於lum/min的研磨速率對不平整的基板表面進行第一步粗略研磨；
(3.2)在第二研磨臺採用2psi~3psi的研磨頭壓力，高轉速(100rpnTl30rpm)研磨液流量150ml/mirT300ml/min的工藝條件，用比第一步研磨低的研磨速率進行第二步精磨；(3.3)在第三研磨臺採用壓力0.2psi~2psi,轉速4(T70rpm在軟性研磨墊上進行第三步CMP研磨工藝。
[0008]進一步的,步驟(5) 所述研磨墊所用的微孔聚氨酯材料密度為0.13"!.6g/cm3。
[0009]本發明的優點是:
一，在轉接板工藝中，利用聚合物(如polyimide或BCB)來替換矽(Si)作為基板，成本會大大降低；
二，利用CMP對聚合物基板或覆有聚合物的其他材料基板進行平坦化處理可獲得〈1%的表面均勻性；
三，聚合物的亞胺化反應程度會很大程度地影響CMP研磨速率，因此可以通過調整聚合物材料，固化工藝，溫度及時間來增加CMP研磨速率，降低成本。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例對本發明作進一步說明。本發明具體包括以下步驟:
I)在聚合物基板或其它材料(如玻璃，陶瓷等)基板上覆蓋聚合物(如Polyimide或BCB)，其詳細工藝包括旋塗，噴塗等。聚合物的厚度應在工藝要求的基礎上增加10%~15%作為CMP研磨餘量。如:工藝要求基板厚度為40um，那麼聚合物的實際旋塗厚度應為大約45um, 5um厚度作為CMP研磨餘量。
[0011]2) CMP之前，對聚合物基板或覆有聚合物的其他材料基板進行固化處理。在150^250攝氏度溫度條件下烘烤大約30mirT60min。使聚合物表面接觸角小於70度，以便聚合物在CMP研磨液作用下有較快的水解速度，維持較高的研磨速率。
[0012]3)採用化學機械研磨(CMP)的方法對基板表面進行平坦化處理，達到表面均勻性為〈1%的平坦化要求。
[0013]選用如下耗材:
(a)膠體研磨液(colloidal slurry),包括氧化娃研磨液、氧化鋪研磨液，或氧化招研磨液，研磨液中的研磨顆粒大小範圍為5"l60nm;研磨液中研磨顆粒的含量在
0.01wt%~20wt%範圍內；研磨顆粒(Abrasive)的形貌也包括圓形、尖角形等多種形貌；研磨液中應含有在20~80度工藝環境下粘性穩定(>18 mPa.s且〈300 mPa.s)的物質(如:甘油)。
[0014](b)可增加聚合物表面活性的添加劑(如:去離子水DIW，氫氧化鉀Κ0Η，四甲基氫氧化銨THAM)，在廠務供應端加入研磨液中。
[0015](c)研磨墊(Pad):硬質研磨墊和軟性研磨墊兩種。包括各種表面溝槽圖案(groove pattern)和深度(groove depth)。所述硬質研磨墊硬度(Pad hardness)應該在50 shore D和60 shore D之間，軟性研磨墊硬度〈50 shore D。研磨墊所用的微孔聚氨酯材料(microcellular polyurethane)密度應為 0.13?1.6g/cm3。
[0016]工藝過程如下:
(I)採用2?3步CMP研磨工藝。其中第一步和第二步可以一次完成，但考慮到生產效率(throughput)和表面平整度,三步研磨工藝更具優勢。
[0017](a)粗拋。在第一研磨臺採用高研磨速率(>lum/min)的工藝對聚合物基板表面進行第一步粗略研磨；
(b)半精拋。在第二研磨臺採用較低研磨速率(>0.5um/min,且〈lum/min)對粗磨後的聚合物基板表面進行第二步精細研磨；
(C)精拋。在第三研磨臺採用比第二步更低的研磨速率在軟性研磨墊(politex pad)上進行第三步研磨。
[0018](2)研磨後清洗處理。
[0019](a)利用超純水(DIW)和超聲波(Megasonic)震動來去除表面較大的顆粒。
[0020](b)在化學試劑(如:CX_100，日本和光純藥工業株式會社Wako Pure ChemicalIndustries, Ltd.)中利用軟刷去除黏附在表面的顆粒。
[0021](c)利用異丙醇(IPA)和機械力對聚合物基板表面進行乾燥。
[0022]本發明對聚合物基板(如polyimide或BCB)或覆有聚合物的其他材料基板進行化學機械研磨(CMP)，獲得了較好的表面均勻性(<1%，即厚度為IOum的基板表面厚度變化量僅為0.lum)，從而使更高密度更小線寬的集成可靠性增加。
【權利要求】
1.在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，其特徵是，包括以下步驟: (1)提供聚合物基板或表面覆有聚合物的基板，基板上聚合物的厚度在工藝要求的基礎上增加10%~?5%作為CMP研磨餘量；所述聚合物為聚醯亞胺或苯丙二丁烯； (2)對上述基板進行固化處理，使聚合物表面接觸角小於70度； (3)在深孔刻蝕之前採用CMP對表面進行平坦化處理，達到表面均勻性為1%的平坦化要求；具體為採用2~3步研磨速率由高到低的CMP研磨，並在研磨後進行清洗處理；選用如下耗材: (a)膠體研磨液，其中研磨顆粒包括氧化矽、氧化鈰，或氧化鋁；研磨顆粒大小範圍為5~160nm;研磨液中研磨顆粒的含量在0.01wt%~20wt%範圍內；PH應大於7 ;研磨液中包括20~80°C的溫度範圍內粘度穩定在18 mPa.s~300 mPa.s之間的物質； (b)活化聚合物表面，加快聚合物水解的添加劑，包括:去離子水，氫氧化鉀，或四甲基氫氧化銨； (c)硬度在50shore D和60 shore D之間的硬質研磨墊與硬度小於50 shore D的軟性研磨墊配合使用。
2.如權利要求1所述在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，其特徵是，步驟(2)對基板處理的方法是:在125~250攝氏度溫度條件下烘烤30-60分鐘。
3.如權利要求1所 述在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，其特徵是，步驟(3)所述2步CMP研磨工藝過程如下: (3.1)在第一研磨臺採用壓力3psi~4psi,轉速100rpnTl30rpm,研磨液流量在150ml/min"300ml/min之間,在此條件下用大於lum/min的研磨速率對不平整的基板表面進行第一步粗略研磨； (3.2)在第二研磨臺採用壓力0.2psi~2psi,轉速4(T70rpm在軟性研磨墊上以低於lum/min的研磨速率進行第二步CMP研磨工藝。
4.如權利要求1所述在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，其特徵是，步驟(3)所述3步CMP研磨的工藝過程如下: (3.1)在第一研磨臺採用研磨頭壓力3psi~4psi,轉速100rpnTl30rpm,研磨液流量在150ml/min~300ml/min之間，在此條件下用大於lum/min的研磨速率對不平整的基板表面進行第一步粗略研磨； (3.2)在第二研磨臺採用2psi~3psi的研磨頭壓力，轉速100rpnTl30rpm,研磨液流量150ml/mirT300ml/min的工藝條件，用比第一步研磨低的研磨速率進行第二步精磨； (3.3)在第三研磨臺採用壓力0.2psi~2psi,轉速4(T70rpm在軟性研磨墊上進行第三步CMP研磨工藝。
5.如權利要求1所述在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，其特徵是，步驟(3)所述研磨墊所用的微孔聚氨酯材料密度為0.13^1.6g/cm3。
6.如權利要求1在轉接板工藝中採用CMP對基板表面進行平坦化的方法，其特徵是，步驟(3)所述研磨液中所含粘性穩定的物質為甘油。
【文檔編號】H01L21/311GK103943491SQ201410173271
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】李婷, 顧海洋 申請人:華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司