一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的方法

摘要

本发明属于集成电路领域，特别涉及一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的工艺方法，包括以下步骤：(1)基片界面处理；(2)基片清洗；(3)基板上溅射粘附层；(4)光刻导带版；(5)电镀导带；(6)光刻通孔柱版；(7)电镀通孔柱；(8)去除电镀模具；(9)光刻导带反版；(10)腐蚀粘附层；(11)、介质膜加工；(12)重复步骤(3)～(11)，即可作出通孔柱互连的薄膜多层布线的LTCC基板。本发明的优点如下：实现了LTCC基板薄膜多层布线界面的可靠互连、以及多层布线之间的通孔可靠互连；解决了介质层龟裂的质量问题；通孔柱还可用于散热，对于高密度布线工艺是非常有利的，可实现六层薄膜布线，最小线宽间距20μm，最小通孔φ20μm。

权利要求

1.一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、基片界面处理：基片采用低温多层共烧陶瓷LTCC基板，用机械抛光提高其平整度，使基板的表面粗糙度达到0.1μm以下；

(2)、基片清洗：LTCC基板采用超声清洗，氩气等离子清洗；

(3)、在清洗过的LTCC基板上溅射复合粘附层TiW/Au；

(4)、光刻导带版：利用光刻技术，在LTCC基板的TiW/Au粘附层上制出5μm厚的导带版；

(5)、电镀导带：采用微电镀技术，在导带版上制出与TiW/Au粘附层相连的5μm高的铜导带；

(6)、光刻通孔柱版：利用光刻技术，在导带版以及导带上制出5μm厚的通孔柱版；

(7)、电镀通孔柱：采用微电镀技术，在通孔柱版上制出与导带相连的5μm高的铜通孔柱；

(8)、去除导带版及通孔柱版：采用剥离液去除导带及通孔柱的导带版及通孔柱版，留下导带及通孔柱；

(9)、光刻导带反版：利用光刻技术，在去除电镀模具的LTCC基板上，制作出导带的反版，形成导带及通孔柱的保护层；

(10)、腐蚀粘附层TiW/Au：在制出导带反版的LTCC基板上，采用湿法腐蚀的工艺去除LTCC基板上粘附层TiW/Au；

(11)、介质膜加工：a、在去除粘附层TiW/Au的LTCC基板上涂敷聚酰亚胺，b、加热固化，c、机械抛光，露出金属互连的通孔柱；

(12)重复步骤(3)～(11)，即可作出金属通孔柱互连的薄膜多层布线的LTCC基板。

2.根据权利要求1所述的一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的方法，其特征在于：步骤(11)涂布有聚酰亚胺的LTCC基片采用热板固化，固化分为两步阶梯固化法：第一步为预亚胺化：温度80℃、时间3分钟，温度110℃、时间3分钟；

第二步为亚胺化：温度140℃、时间5分钟，温度170℃、时间5分钟，温度200℃、时间5分钟。

说明书

一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的方法

技术领域

[0001] 本发明属于集成电路领域，特别涉及一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的工艺方法。

背景技术

[0002] 在LTCC(低温多层共烧陶瓷)基板上薄膜多层布线有如下优点：(1)布线密度高；(2)高频特性好；(3)可以制作内埋有薄膜电阻、电容、电感等薄膜无源元件以及IC芯片的埋置型薄膜多层布线基板。由于薄膜多层布线具有上述优点，在航空、通信、计算机等技术领域应用广泛。

[0003] 目前，国内的薄膜布线可实现4层薄膜布线，最小线宽间距30μm，最小通孔φ50μm。常规的工艺是在聚酰亚胺膜上刻蚀通孔图形，然后蒸发导体层，在形成布线导体层的同时也完成了通孔金属化。这种工艺简单易行，但会出现以下问题：1、通孔接触电阻大、通孔处导带易产生断路现象。2、因为LTCC基板表面不平整，而且存在收缩效应，造成LTCC通孔与薄膜布线无法实现有效的互连，即LTCC基板薄膜布线工艺兼容性较差。3、介质膜易出现龟裂，它不仅影响介质层与基板、金属层的粘附性，而且严重影响介质层的绝缘电阻，使许多布线电路中层与层的金属导带短路，失去介电作用。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中LTCC基板薄膜多层布线界面的互连不可靠问题，提供的一种在LTCC基板上实现薄膜多层布线的方法。

[0005] 本发明的目的是通过下述技术步骤实现的：

[0006] (1)、基片界面的处理：基片选择为LTCC基板，采用机械抛光提高其平整度，使基板的表面粗糙度达到0.1μm以下；

[0007] (2)、基片清洗：LTCC基板采用超声清洗，氩气等离子清洗的方法；

[0008] (3)、溅射粘附层TiW/Au：为提高导体层在LTCC基板上的附着性，在LTCC基板上磁控溅射一层复合粘附层TiW/Au；

[0009] (4)、光刻导带版：利用光刻胶及公知光刻技术，制作含有导带图形的导带版，即导带的电镀模具；

[0010] (5)、电镀导带：采用公知的微电镀技术，在导带版上制出与TiW/Au粘附层相连的铜导带；

[0011] (6)、光刻通孔柱版：利用光刻胶及公知的光刻技术，在导带版以及导带上，制出含有通孔柱图形的通孔柱版，即通孔柱的电镀模具；

[0012] (7)、电镀通孔柱：采用微电镀技术，在通孔柱电镀模具上制出与导带相连的铜通孔柱。

[0013] (8)、去除电镀模具：采用剥离液去除导带及通孔柱的电镀模具，留下导带及通孔柱。

[0014] (9)、光刻导带的反版：利用光刻技术，在去除电镀模具的LTCC基板上，用正胶制作出导带的反版，形成导带及通孔柱的保护层；

[0015] (10)、腐蚀粘附层TiW/Au：在制出导带反版的LTCC基板上，采用湿法腐蚀的工艺去除LTCC基板上多余的粘附层TiW/Au；

[0016] (11)、介质膜加工：

[0017] a、在去除粘附层TiW/Au的LTCC基板上涂敷聚酰亚胺；

[0018] b、加温固化，涂布有聚酰亚胺的LTCC基片采用热板固化，固化分为两步阶梯固化法：

[0019] 第一步为预亚胺化：(温度80℃、时间3分钟)，(温度110℃、时间3分钟)；

[0020] 第二步为亚胺化：(温度140℃、时间5分钟)，(温度170℃、时间5分钟)，(温度200℃、时间5分钟)；

[0021] c、机械抛光，露出金属互连的通孔柱；

[0022] (12)、重复(3)～(11)的步骤，即可作出金属通孔柱互连的薄膜多层布线的LTCC基板。

[0023] 本发明的优点如下：本发明工艺可靠性高，实现了LTCC基板薄膜多层布线界面的可靠互连、以及多层布线之间的通孔可靠互连；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φ20μm。附图说明：

[0024] 图1是本发明提供的在LTCC上薄膜多层布线工艺流程图；

[0025] 图2-a-图2-g是在LTCC基板上各薄膜布线各步骤的截面示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步描述，图1给出了在LTCC基板上薄膜多层布线制作的工艺流程。

[0027] 具体工艺如下：

[0028] (1)基片界面的制备

[0029] 基片选择为已抛光的多层共烧的3英寸LTCC方片。薄膜工艺加工之前，必须对烧结后的LTCC多层基板的表面进行机械研磨、抛光，使基板的表面粗糙度达到0.1μm以下，以解决LICC基板不平整的问题。

[0030] (2)基片清洗

[0031] LTCC基片通过酒精超声清洗10分钟，去除表面的杂质等对器件性能有影响的污染物，然后采用氩气等离子清洗30分钟使净化的表面与薄膜层有较好的亲合力，薄膜附着强度达到20MPa。

[0032] (3)溅射粘附层TiW/Au

[0033] 为提高导体层在LTCC基板上的附着性，在LTCC基板上用磁控溅射法溅射一层复合粘附层TiW/Au。先溅射一层0.05μm的TiW，选用功率为400W，时间为20秒。然后，再溅射0.15μm的Au，功率为400W，时间为60秒。

[0034] (4)用光刻技术制作导带版(即导带电镀模具)

[0035] 匀胶：在LTCC基片上匀胶，选用负性光刻胶，胶厚5.0μm；

[0036] 前烘：将涂覆好光刻胶的LTCC基片放在热板上，温度设置为90℃，时间为5分钟；

[0037] 曝光：将前烘过的LTCC基片，放在光刻机上进行图形套准曝光；

[0038] 显影：曝光过的LTCC基片，采用配套显影液显影，常温显影4分钟，再用配套漂洗液漂洗2分钟，去离子水冲洗干净并干燥；

[0039] 后烘：将显影后的LTCC基片放在热板上，温度设置为140℃，时间为6分钟；

[0040] 打胶：后烘过的LTCC基片，用等离子打胶3分钟，保证待镀区无残胶和底膜。

[0041] 经过上述步骤制作出的导带版如图2-a所示，其中下层为LTCC基片，LTCC基片上面溅射粘附一层TiW/Au，TiW/Au上面为光刻胶制作的导带版-即导带电镀模具。

[0042] (5)电镀导带

[0043] 采用公知的微电镀技术，在导带版上制出与TiW/Au粘附层相连的5μm高的铜导2
带。在工艺中采用1.5～2mA/cm 的电流密度，时间为60分钟。其状态如图2-b所示，其中在导带版中露出TiW/Au地方，镀有铜导带-即图中的Cu布线。

[0044] (6)用光刻技术制作通孔柱版(即通孔柱电镀模具)

[0045] 在图2-b的基础上，进行以下步骤。

[0046] 匀胶：将图2-b的基础上，选用负性光刻胶，匀胶厚5.0μm。包括将铜布线(导带)凹陷部分填平。

[0047] 前烘：将涂覆好光刻胶的LTCC基片放入热板中，温度设置为90℃，时间为5分钟。

[0048] 曝光：前烘过的LTCC基片放在光刻机上进行图形套准曝光。

[0049] 显影：曝光过的LTCC基片，采用配套显影液显影，常温显影4分钟，再用配套漂洗液漂洗2分钟，去离子水冲洗干净并干燥。

[0050] 后烘：将显影后的LTCC基片放入热板上烘干，温度设置为140℃，时间为6分钟。

[0051] 打胶：等离子打胶3分钟，确保待镀区无残胶和底膜。

[0052] 形成通孔柱模具状态如图2-c所示，铜布线上面有柱状孔，但此时还没有电镀Cu柱(即通孔柱)。

[0053] (7)电镀通孔柱

[0054] 采用微电镀技术，可以有效地解决薄膜多层布线间的可靠互连。

[0055] 如图2-c所示，采用微电镀技术，在工艺中采用1.5～2mA/cm2的电流密度，时间为10分钟。获得5μm高度的铜通孔柱，即图2-c中的Cu通孔柱柱，此时Cu通孔柱柱与铜导带(Cu布线)相连。

[0056] (8)去除电镀模具

[0057] 采用剥离液去除作为电镀模具的两层光刻胶(即导带版和通孔柱版)，温度为80℃，时间为10分钟。去除电镀模具后的状态如图2-d所示，此时没有反版掩模层。

[0058] (9)光刻导带的反版掩模层

[0059] 除电镀模具后的LTCC基片，用正胶作导带的反版掩模层，形成对后续腐蚀工艺的掩膜，保护铜导带及铜通孔柱。

[0060] 匀胶：选用正性光刻胶。为保证光刻胶与硅片的粘附性，先在图2-d状态的LTCC基片表面用HMDS进行增粘处理，然后旋转涂胶，胶厚1.5μm。

[0061] 前烘：将涂覆好光刻胶的LTCC基片放入热板中，温度设置为90℃，时间为3分钟。

[0062] 曝光：前烘过的LTCC基片放在光刻机上进行图形套准曝光。

[0063] 显影：曝光过的LTCC基片采用配套显影液显影，常温显影2分钟，去离子水冲洗干净并干燥。

[0064] 后烘：将显影后的LTCC基片放在热板上，温度设置为140℃，时间为3分钟。

[0065] 经过上述步骤形成了导带的反版掩模层，即露出多余的粘附层TiW/Au、而导带及导柱被反版掩模层保护起来。

[0066] (10)腐蚀多余的粘附层TiW/Au

[0067] 把步骤(9)中露出的粘附层TiW/Au腐蚀掉，腐蚀粘附层TiW/Au前需要打胶3分钟，以去除残胶。

[0068] Au的腐蚀液为碘和碘化钾3∶1的混合溶液，温度58℃，时间为20秒。TiW的腐蚀液为双氧水，时间2分钟。

[0069] 腐蚀掉粘附层TiW/Au后的状态如图2-e所示。

[0070] (11)涂覆聚酰亚胺介质膜、加热固化及抛光

[0071] 采用旋涂法，将液态高分子聚合物聚酰亚胺，涂布在腐蚀掉粘附层TiW/Au的LTCC基片表面上，聚酰亚胺的旋涂厚度为10μm，涂布有聚酰亚胺的LTCC基片的状态如图2-f所示。

[0072] 涂布有聚酰亚胺的LTCC基片采用热板固化，固化分为两步阶梯加热法：

[0073] 第一步为预亚胺化：(温度80℃、时间3分钟)，(温度110℃、时间3分钟)；

[0074] 第二步为亚胺化：(温度140℃、时间5分钟)，(温度170℃、时间5分钟)，(温度200℃、时间5分钟)；这种阶梯温度固化法，可以有效地解决聚酰亚胺介质层“龟裂”现象。

[0075] 聚酰亚胺介质膜阶梯固化后需进行机械抛光，以露出金属互连柱，如图2-g所示。

[0076] (12)、重复(3)～(11)所述的步骤，即可作出金属柱互连的薄膜多层布线结构。