嵌入在聚合物電介質(zhì)中的薄膜電容器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及嵌入在聚合物電介質(zhì)中的薄膜電容器。一種包括電容器的基板，所述電容器包括金屬電極和陶瓷或金屬氧化物的介電層，所述電容器嵌入在聚合物基包封材料中并且通過直立在所述電容器上的通孔柱可連接至電路。
【專利說明】嵌入在聚合物電介質(zhì)中的薄膜電容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜電容器，尤其涉及具有嵌入式薄膜電容器的多層互連結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]一種已經(jīng)建立的制造電子基板和互連的方法是電鍍金屬層和金屬互連并將它們嵌入在聚合物基電介質(zhì)中。一種制造技術(shù)使用鉆填法提供導電通孔。
[0003]一種克服鉆填法的許多固有缺陷的替代解決方案是通過將銅或其它金屬沉積到在光刻膠中形成的圖案內(nèi)來制造通孔(via)，使用的技術(shù)另稱為“圖案鍍覆(patternplating)，，。
[0004]在圖案鍍覆中，首先在基板上沉積種子層，用以在可能沉積銅的部位上提供導電層。然后，在其上沉積光刻膠層并隨后曝光以形成圖案，接著進行選擇性移除以形成暴露出種子層的溝槽。通過將銅沉積進入光刻膠溝槽中而形成通孔柱。隨后，移除剩余的光刻膠，蝕刻掉種子層，接著在其上方及其周圍層壓介電材料以包封該通孔柱，所述介電材料通常是聚合物浸潰的玻璃纖維氈。接著，可以使用各種技術(shù)和工藝對介電材料進行平坦化，移除部分介電材料以暴露出通孔柱的頂部，從而允許由此導電接地，用于在其上構(gòu)建下一金屬層?？梢酝ㄟ^重復(fù)該過程而在其上沉積后續(xù)的金屬導體層和通孔柱以構(gòu)建所期望的多層結(jié)構(gòu)。
[0005]在一種替代性且緊密關(guān)聯(lián)的技術(shù)即下文稱為“面板鍍覆(panel plating)”的技術(shù)中，在基板上沉積連續(xù)的金屬層或合金層。在基板頂部上沉積光刻膠層，然后在其中顯影形成圖案。將顯影光刻膠的圖案剝除，選擇性地暴露出其下方的金屬，隨后可蝕刻掉該金屬。未顯影的光刻膠保護下方金屬不被蝕刻，從而留下直立的特征結(jié)構(gòu)和通孔的圖案。
[0006]在剝除未顯影的光刻膠之后，可以在直立的銅特征結(jié)構(gòu)和/或通孔柱周圍或其上方層壓介電材料，例如聚合物浸潰的玻璃纖維氈。在平坦化之后，可以通過重復(fù)該過程在其上沉積后續(xù)的金屬導體層和通孔柱以構(gòu)建所期望的多層結(jié)構(gòu)。
[0007]通過上述圖案鍍覆或面板鍍覆方法創(chuàng)建的通孔層通常被稱為銅制“通孔柱”和特征層。
[0008]應(yīng)該認識到，微電子演化的一般推動力涉及制造更小、更薄、更輕和更大功率的高可靠性產(chǎn)品。使用厚且有芯的互連不能得到超輕薄的產(chǎn)品。為了在互連IC基板或“插件”中形成更高密度的結(jié)構(gòu)，需要具有甚至更小連接的更多層。事實上，有時希望在彼此的頂部上堆疊元件。
[0009]如果在銅或其它合適的犧牲基板上沉積鍍覆層壓結(jié)構(gòu)，則可以蝕刻掉基板，留下獨立的無芯層壓結(jié)構(gòu)。可以在預(yù)先附著在犧牲基板上的側(cè)面上沉積其它層，由此能夠形成雙面積層，從而最大限度地減少翹曲并有助于實現(xiàn)平坦化。
[0010]一種制造高密度互連的靈活技術(shù)是構(gòu)建由在介電基質(zhì)中的金屬通孔或特征結(jié)構(gòu)構(gòu)成的圖案或面板鍍覆多層結(jié)構(gòu)。所述金屬可以是銅，所述電介質(zhì)可以是纖維增強聚合物，通常使用的是具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的聚合物，例如聚酰亞胺。這些互連可以是有芯的或無芯的，并可包括用于堆疊元件的空腔。它們可具有奇數(shù)或偶數(shù)層。實現(xiàn)技術(shù)描述在授予 Amitec-Advanced Multilayer Interconnect Technologies Ltd.的現(xiàn)有專利中。
[0011]例如，赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“先進多層無芯支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法(Advanced multilayer coreless support structures and method for theirfabrication)”的美國專利US7，682，972描述了一種制造包括在電介質(zhì)中的通孔陣列的獨立膜的方法，所述膜用作構(gòu)建優(yōu)異的電子支撐結(jié)構(gòu)的前體。該方法包括以下步驟:在包圍犧牲載體的電介質(zhì)中制造導電通孔膜，和將所述膜與犧牲載體分離以形成獨立的層壓陣列?；谠摢毩⒛さ碾娮踊蹇赏ㄟ^將所述層壓陣列減薄和平坦化，隨后端接通孔來形成。該公報通過引用全文并入本文。
[0012]赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“用于芯片封裝的無芯空腔基板及其制造方法(Coreless cavity substrates for chip packaging and their fabrication)，，的美國專利US7，669，320描述了一種制造IC支撐體的方法，所述IC支撐體用于支撐與第二 IC芯片串聯(lián)的第一 IC芯片；所述IC支撐體包括在絕緣周圍材料中的銅特征結(jié)構(gòu)和通孔的交替層的堆疊，所述第一 IC芯片可粘合至所述IC支撐體，所述第二 IC芯片可粘合在所述IC支撐體內(nèi)部的空腔中，其中所述空腔是通過蝕刻掉銅基座和選擇性蝕刻掉累積的銅而形成的。該公報通過引用全文并入本文。
[0013]赫爾維茨(Hurwitz)等人的題為“集成電路支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法(integratedcircuit support structures and their fabrication)，，的美國專利 US7, 635，641 描述了一種制造電子基板的方法，包括以下步驟:(A)選擇第一基礎(chǔ)層；(B)將第一蝕刻阻擋層沉積到所述第一基礎(chǔ)層上；(C)形成交替的導電層和絕緣層的第一半堆疊體，所述導電層通過貫穿絕緣層的通孔而互連；(D)將第二基礎(chǔ)層施加到所述第一半堆疊體上；(E)將光刻膠保護涂層施加到第二基礎(chǔ)層上；(F)蝕刻掉所述第一基礎(chǔ)層；(G)移除所述光刻膠保護涂層；(H)移除所述第一蝕刻阻擋層；(I)形成交替的導電層和絕緣層的第二半堆疊體，導電層通過貫穿絕緣層的通孔而互連；其中所述第二半堆疊體具有與第一半堆疊體基本對稱的構(gòu)造；(J)將絕緣層施加到交替的導電層和絕緣層的所述第二半堆疊體上；(K)移除所述第二基礎(chǔ)層，以及，(L)通過將通孔末端暴露在所述堆疊體的外表面上并對其施加端子來端接基板。該公報通過引用全文并入本文。
[0014]RF (射頻)技術(shù)例如藍牙、WIFI等越來越廣泛地在應(yīng)用于包括移動電話和汽車的各種裝置中。
[0015]除了處理和存儲芯片外，特別是RF器件需要無源元件，例如各種的電容器和濾波器。這樣的無源元件可以表面安裝，但為了能夠極其顯著地縮小體積和節(jié)省成本，這樣的器件可以嵌入在基板內(nèi)。
[0016]通孔制造鍍覆工藝的一個優(yōu)點在于可以沉積產(chǎn)生形狀并非是簡單圓柱形的通孔。這對于電容器的制造提供了一些靈活性，電容器可以自身嵌入在基板中或者單獨制造并隨后表面安裝到基板上。
[0017]在基板內(nèi)的嵌入式無源器件并非沒有負面因素。基板越復(fù)雜，則某些方面出故障的可能性就越高，因此嵌入式元件會對良品率產(chǎn)生不利影響。元件越復(fù)雜、集成度越高，則杜絕其某些故障的根本原因以及注意潛在原因就更困難。
[0018]本發(fā)明的多個方面涉及具有嵌入式無源元件的基板及其制造方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的第一方面涉及提供一種電容器，所述電容器包括金屬電極和介電層，所述介電層包括陶瓷和/或金屬氧化物，所述電容器嵌入在聚合物基包封材料中并且可通過與下電極和沉積在所述電容器上的通孔柱的接觸來連接電路。
[0020]任選地，至少一個電極包括貴金屬。
[0021 ] 在一些實施方案中，所述貴金屬選自包括鉭、金和鉬的組別。
[0022]在一些實施方案中，陶瓷介電層選自包括Ta2O5、BaO4SrTi和TiO2的組別。
[0023]任選地，所述陶瓷介電層還包括夾在所述金屬電極和所述陶瓷介電層之間的氧化鋁層，使得所述介電層中的缺陷被氧化鋁密封。
[0024]在一些實施方案中，所述聚合物基包封材料選自聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、BT (雙馬來酰亞胺/三嗪)樹脂及其共混物。
[0025]任選地，所述聚合物基包封材料還包括玻璃纖維。
[0026]任選地，所述聚合物基質(zhì)還包括平均粒徑0.5微米?30微米并且顆粒重量百分比15wt%?30wt%的無機顆粒填料。
[0027]所述電容器可嵌入在基板中，所述基板包括經(jīng)由通孔柱連接的特征層，所述通孔柱被以包封介電材料層壓。
[0028]所述電容器可被由阻焊層隔離的銅焊盤端接，所述銅焊盤用ENEPIG保護以防止銹蝕。
[0029]作為替代方案，所述被由阻焊層隔離的銅焊盤端接的電容器，其中所述銅焊盤用有機清漆保護以防止銹蝕。
[0030]第二實施方案涉及提供一種制造電容器的方法，包括以下步驟:
[0031](i)獲取載體；
[0032](ii)沉積阻擋層；
[0033](iii)平坦化所述阻擋層；
[0034](iv)在所述阻擋層上沉積薄銅層；
[0035](V)沉積第一電極；
[0036](vi)沉積介電層；
[0037](viii)派射銅種子層；
[0038](ix)在所述種子層上沉積光刻膠，并將所述種子層上的所述光刻膠層圖案化以形成通孔層；
[0039](X)在光刻膠圖案中電鍍銅通孔；
[0040](xi)剝除所述光刻膠；
[0041](xii)蝕刻掉所述種子層；
[0042](xiv)在薄膜電容器上層壓介電材料；
[0043](XV)減薄并平坦化所述介電材料。
[0044]任選地，所述方法還包括選自以下組別中所包括步驟的附加步驟:步驟(vb)和(vib)—相鄰介電層沉積鋁層，并將其氧化成氧化鋁，由此密封所述介電層中的缺陷。
[0045]在一些實施方案中，在步驟(vi)沉積介電層之后和在步驟(viii)沉積銅種子層之前，進行步驟(Vii)沉積貴金屬上電極。
[0046]在一些實施方案中，在步驟(xii)蝕刻掉種子層之后以及在步驟(xiv)層壓之前，還有附加步驟(xiii)等離子體蝕刻在銅通孔周圍的電容器的電極和電介質(zhì)以及將所述電容器的尺寸縮減至其上銅通孔所占據(jù)的面積。
[0047]通常，所述方法還包括以下步驟:
[0048](xvi)在所述第二電極上沉積另一銅層；
[0049](xvii)在所述銅載體的兩面上施加光刻膠并圖案化上層以形成電容器陣列；
[0050](xviii)蝕刻掉上銅層的暴露區(qū)域；
[0051](xix)移除上電極、電介質(zhì)和下電極材料的暴露區(qū)域；
[0052](xx)剝除所述光刻膠。
[0053]任選地，所述電極由貴金屬制成。
[0054]任選地，所述貴金屬選自包括金、鉬和鉭的組別。
[0055]通常，所述介電層由陶瓷制成。
[0056]任選地，所述陶瓷選自包括Ta205、BaO4SrTi和TiO2的組別。
[0057]任選地，該制造可表面安裝電容器的方法還包括以下步驟:
[0058](xxi)移除所述銅載體；
[0059](χχ?)移除所述阻擋層；
[0060](xxiii)沉積鈦種子層；
[0061](xxiv)沉積銅種子層；
[0062](xxv)在具有嵌入式電容器的基板的兩面上布設(shè)光刻膠層并將其圖案化；
[0063](xxvi)在圖案化的光刻膠層中電鍍銅接觸端口 ；
[0064](xxvii)剝除所述圖案化的光刻膠層；
[0065](xxviii)蝕刻掉鎳和銅種子層，留下離散的銅接觸端口 ；
[0066](xxix)在所述離散的銅接觸端口周圍布設(shè)阻焊層；以及
[0067](XXX)端接。
[0068]在制成陣列的情況下，可隨后通過分割步驟(xxxi)將電容器進行分割。
[0069]任選地，所述端接包括用ENEPIG防銹導電層涂覆所述銅接觸端口。
[0070]作為替代方案，所述端接包括用有機清漆涂覆所述銅接觸端口。
[0071]在一些實施方案中，所述方法還包括在步驟(iv)之前的沉積至少一個特征層或通孔層的步驟。
[0072]在一些實施方案中，所述方法還包括在步驟(xx)之后的沉積至少一個特征層或通孔層的步驟。
[0073]術(shù)語微米或μ m是指微米或10-6米。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0074]為了更好地理解本發(fā)明并示出本發(fā)明的可實施方式，純粹以舉例的方式參照附圖進行介紹。
[0075]具體地詳細參照附圖時，必須強調(diào)的是特定的圖示是示例性的并且目的僅在于說明性地討論本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，并且基于提供被認為是對于本發(fā)明的原理和概念方面的描述最有用和最易于理解的說明的原因而被呈現(xiàn)。就此而言，沒有試圖將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細節(jié)以超出對本發(fā)明基本理解所必需的詳細程度來圖示；參照附圖的說明使本領(lǐng)域技術(shù)人員認識到本發(fā)明的幾種形式可如何實際體現(xiàn)出來。在附圖中:
[0076]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多層復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)的簡化截面圖；
[0077]圖2是包括在聚合物基基質(zhì)中的單層電容器和銅通孔的基板的示意性截面圖；
[0078]圖3是包括在聚合物基基質(zhì)中的雙層電容器和銅通孔的基板的示意性截面圖；
[0079]圖4是包括在聚合物基基質(zhì)中的三層電容器和銅通孔的基板的示意性截面圖；
[0080]圖5是示出用于制造更復(fù)雜電容器的方法的流程圖；
[0081]圖5(i)_圖5(xxii)是示出如何構(gòu)建圖5的電容器的分階段系列注釋示意圖；
[0082]圖6是示出用于端接圖5所示的電容器的方法的流程圖；
[0083]圖6(xxiii)-圖6(XXX)是示出用于端接具有嵌入式電容器的基板的方法的一系列示意截面圖；
[0084]圖7是變化方案的電容器的示意截面圖，其中銅通孔用作電容器的上板并且限定電容器的電容，而不需進行等離子體蝕刻；
[0085]圖8是另一變化方案的電容器的示意截面圖，其中銅通孔用作電容器的上板，但是在此仍進行等離子體蝕刻以移除介電層和下電極的多余區(qū)域，以確保銅種子層被完全移除，由此防止短路并提高可靠性；
[0086]圖9示出可如何將獨立電容器的陣列進行分割從而用于表面安裝。
【具體實施方式】
[0087]在以下說明中，涉及的是包括在介電基質(zhì)中的金屬通孔的支撐結(jié)構(gòu)，特別是在聚合物基質(zhì)中的銅通孔柱，所述聚合物基質(zhì)例如是玻璃纖維增強的聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂或BT(雙馬來酰亞胺/三嗪)樹脂或它們的共混物。
[0088]因為電容器包括夾在電極之間的介電材料，通常是具有極高介電常數(shù)的材料，所以用于封裝的介電材料在下文中稱為“封裝性電介質(zhì)”或“包封電介質(zhì)”，以區(qū)別于電容器的電介質(zhì)。
[0089]Access公司的光刻膠及圖案或面板鍍覆以及層壓技術(shù)的特征是對于特征結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)尺寸不存在有效的上限，如在赫爾維茨(Hurwitz )等人的美國專利US7, 682，972，US7, 669，320和US7，635，641中所描述的，這些文件通過引用并入本文。
[0090]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多層復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)的簡化截面圖?，F(xiàn)有技術(shù)的多層支撐結(jié)構(gòu)100包括被絕緣各層的包封介電層110、112、114、116隔離的元件或特征結(jié)構(gòu)108的功能層102、104、106。穿過包封介電層的通孔118提供在相鄰的功能層或特征層之間的電連接。因此，特征層102、104、106包括在X-Y平面內(nèi)通常布設(shè)在所述層內(nèi)的特征結(jié)構(gòu)108，以及跨包封介電層110、112、114、116導通電流的通孔118。通孔118設(shè)計為具有最小的電感并得到充分的隔離以在其間具有最小的電容。
[0091]在采用鉆填技術(shù)制造通孔時，通孔通常具有基本圓形的截面，因為它們是通過首先在包封介電材料中進行激光鉆孔來制造的。因為包封電介質(zhì)是非均勻的和各向異性的，并且由含有無機填料和玻璃纖維增強體的聚合物基質(zhì)構(gòu)成，所以其圓形截面通常具有粗糙的邊緣并且其截面可能略微偏離真正的圓形。此外，通孔趨于具有一定的錐度，成為逆截頭錐形而不是圓柱形。
[0092]如美國專利舊7，682，972，舊7，669，320和舊7，635，641中所述，例如，圖1的結(jié)構(gòu)
或者可以通過在光刻膠中顯影的圖案內(nèi)鍍覆(圖案鍍覆)制造，或者通過面板鍍覆接著選擇性蝕刻來制造，兩種方法均留下直立的通孔柱，然后在其上及其周圍層壓包封電介質(zhì)預(yù)浸料，以將通孔柱和特征層埋入其中。
[0093]利用“鉆填通孔”方法時，由于截面控制和形狀方面的困難，使得不能制造非圓形孔。由于激光鉆孔的限制，還存在約50-60微米直徑的最小通孔尺寸。這些困難在上文的【背景技術(shù)】部分中作了詳細描述，并且這些困難特別涉及由于銅通孔填充電鍍過程導致的凹痕和/或半球形頂部、由于激光鉆孔過程導致的通孔錐度形狀和側(cè)壁粗糙、以及由于在“布線模式(routing mode)”中用以產(chǎn)生在聚合物/玻璃電介質(zhì)中的溝槽而使用的用于統(tǒng)削狹縫的昂貴的激光鉆孔機所導致的較高成本。
[0094]除了前文所述的激光鉆孔的其它限制外，鉆填技術(shù)的另一限制在于難以在同一層中產(chǎn)生不同直徑的通孔，這是因為當鉆出不同尺寸的通孔通道然后用金屬填充以制造不同尺寸通孔時，通孔通道是以不同的速率被填充的。因此，作為鉆填技術(shù)特征的凹痕或溢出(圓頂)的典型問題被惡化，因為不可能同時對不同尺寸通孔來優(yōu)化沉積技術(shù)。因此，在實際應(yīng)用中，鉆填通孔具有基本圓形截面，盡管由于基板的不均勻特性導致有時略微變形，并且所有通孔具有基本相同的截面。
[0095]此外，應(yīng)該注意的是，在復(fù)合介電包封材料如聚酰亞胺/玻璃或環(huán)氧樹脂/玻璃或BT (雙馬來酰亞胺/三嗪)樹脂/玻璃或它們與陶瓷和/或其它填料顆粒的共混物中的激光鉆出的通孔實際上被限制在約60X 10_6米直徑，即使如此，由于所鉆的復(fù)合材料的特性而導致存在顯著的錐度形狀以及側(cè)壁粗糙的問題，這都是由于所涉及的剝蝕過程所導致的后果。
[0096]已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn)，利用鍍覆技術(shù)和光刻膠技術(shù)的靈活性，可以成本有效地制造出形狀和尺寸范圍廣泛的通孔。此外，可以在同一層中制造出不同形狀和尺寸的通孔。這在使用銅圖案鍍覆方法時尤其有利，通過首先沉積金屬種子層，隨后沉積光刻膠材料并在其中顯影光滑、筆直、無錐度的溝槽，隨后在通過在暴露的金屬層上圖案鍍覆的這些溝槽中沉積銅而填充這些溝槽。與鉆填通孔方法相反的是，通孔柱技術(shù)使得光刻膠層中的溝槽被填充從而得到無凹痕、無圓頂?shù)你~連接器。在銅沉積后，隨后剝除光刻膠，然后移除金屬種子層并在其上和其周圍施加一個永久的聚合物-玻璃復(fù)合包封材料。由此產(chǎn)生的“通孔導體”結(jié)構(gòu)可使用在赫爾維茨(Hurwitz)等人的美國專利US7，682，972，US7, 669, 320和US7, 635，641中描述的工藝流程。
[0097]除了導電通孔和特征結(jié)構(gòu)外，還發(fā)現(xiàn)可以利用電鍍、PVD和封裝技術(shù)來制造無源元件，例如電容器。
[0098]參照圖2，示出嵌入在包封電介質(zhì)34中的單層電容器20的截面圖。該結(jié)構(gòu)包括沉積在銅特征層24上的介電材料層22以及生長在介電層22上的銅柱26。介電材料可以是例如Ta205、BaO4SrTi和TiO2并且可以通過物理氣相沉積法例如濺射或通過化學氣相沉積法進行沉積。銅柱26、28、30、32包封在包封介電材料34中。當利用電鍍將銅柱26、28、30,32制成通孔柱時，包封介電材料34可以是層壓在銅柱26、28、30、32上的玻璃纖維增強聚合物樹脂預(yù)浸料。[0099]在一些實施方案中，在布設(shè)電介質(zhì)之前或之后，在Ta205、Ba04SrTi和TiO2電介質(zhì)附近布設(shè)鋁層。之后，在氧存在下進行加熱處理，將鋁氧化形成氧化鋁(三氧化二鋁-Al2O3X
[0100]銅特征層24可具有約15微米的厚度，容限為約+-5微米。每個通孔柱層通常厚約40微米，但可以為20?80微米?？梢猿蔀槎私雍副P的外特征層24、38也通常厚約15微米，但可以為10微米?25微米。
[0101]采用圖2的簡單單層電容器，可以優(yōu)化介電材料22的厚度及其沉積工藝。電容是介電材料22的介電常數(shù)和金屬電極面積的屬性，在此情況下，金屬電極面積即為銅柱26的截面積。
[0102]參照圖3，示出略微更復(fù)雜的電容器38。該略微更復(fù)雜的電容器38比照類似于電容器20,但包括第二介電層40。
[0103]如圖4所示，示出三層電容器42。該三層電容器42包括介電材料22，使用銅作為電極材料。
[0104]電容器的電容定義為介電層的介電常數(shù)與電容器表面積(即通孔柱26的面積)的乘積再除以介電層22的厚度。
[0105]參照圖5的步驟⑴?(xxii)以及圖5(i)?5 (xxii),示出一種制造嵌入在電介質(zhì)中的更復(fù)雜且可精確調(diào)節(jié)的電容器的方法。圖5 (xxii)所示的電容器248比圖2、3和4所示的電容器更為復(fù)雜。與具有銅電極的圖2?4所示的電容器不同的是，圖5的電容器具有不同材料的專用電極，該材料通常是鉭。當介電材料及其厚度保持恒定時，電容器248的電容可通過控制覆蓋區(qū)的準確尺寸即沉積在其上的通孔232的截面積來調(diào)節(jié)。因為通孔232是通過在光刻膠中電鍍制造的，所以其可以具有幾乎任意的形狀或尺寸并且無需如同鉆填通孔那樣成為基本圓形。其可以是例如矩形或正方形。
[0106]首先，獲取載體210 -步驟5 (i)。載體210通常為犧牲銅基板。在一些實施方案中，其可以是在其上附著快速釋放薄銅膜的銅載體。
[0107]在銅載體210上沉積阻擋層212-步驟5(ii)。阻擋金屬層212可由鎳、金、錫、鉛、鈀、銀及其組合制成。在一些實施方案中，阻擋金屬層具有I微米?10微米的厚度范圍。通常，阻擋層212包括鎳。薄鎳層可以通過物理氣相沉積法或通過化學氣相沉積法沉積，通常是濺射或電鍍到銅載體上。為了加快制程，阻擋層212可以電鍍。為了確保平坦度，隨后可以通過例如化學機械拋光(CMP)進行平坦化-步驟5(iii)。
[0108]接著，在阻擋層212上沉積薄銅層214-步驟5 (iv)。銅層214的厚度通常為幾個微米并且可以通過濺射或通過電鍍制造。
[0109]然后，沉積第一電極材料216-步驟5(v)。例如，第一電極材料216可以是鉭，其可通過濺射沉積。也可使用其它貴金屬，例如金或鉬。
[0110]接著，沉積介電層218-步驟5(vi)。為了得到高性能電容器，介電層218必須保持盡可能薄，而又沒有使得電荷泄漏的故障風險。存在多種可以使用的備選材料。這些材料包括Ta205、BaO4SrTi和TiO2，例如可以通過濺射進行沉積。通常，介電層218的厚度為
0.1?0.3微米的范圍。
[0111]制造沒有可能導致電荷泄漏的缺陷的Ta205、BaO4SrTi或TiO2的薄介電層是困難的。在一些實施方案中，在沉積Ta205、Ba04SrTi或TiO2層之前-步驟(vi)b或之后-步驟5(vii)b沉積鋁層(未示出)，并且暴露在有氧環(huán)境中進行加熱。隨著加熱的進行，鋁氧化成氧化鋁(三氧化二鋁-Al2O3),其為介電材料并且這樣做之后會膨脹，以填充介電層中的空隙和其它缺陷。這樣，可以消除缺陷并確保連續(xù)薄電介質(zhì)隔離電極。
[0112]然后，可以在介電層上沉積第二電極220 -步驟5 (vii)。例如，第二電極220可以通過鉭濺射制成。參照以下的圖7和8，實際上可以通過在介電層218上直接生長通孔柱來制造變化的電容器。然而，出于可靠性考慮，鉭或其它貴金屬制成的第二電極通常采用濺射方式。
[0113]接著，在第二電極220上沉積另一銅層222 -步驟5(viii)。例如，可以通過濺射來沉積另一銅層222。
[0114]例如，上銅層222可利用光刻膠進行圖案鍍覆或通過印刷及蝕刻以制造焊盤、導體及電感器。可在銅載體210下方施加光刻膠層208，并且在所述另一銅層222上施加第二光刻膠層224并顯影成圖案-步驟5(ix)。
[0115]蝕刻掉所述另一銅層222的未被圖案化的光刻膠層224保護的區(qū)域-步驟5 (X)?？梢圆捎脻裎g刻。例如，一種蝕刻掉所述另一銅層222的未被圖案化的光刻膠224保護的區(qū)域的方法包括將犧牲基板暴露于高溫氫氧化銨溶液中。作為替代方案，可以采用氯化銅蝕刻或濕式氯化鐵蝕刻。
[0116]可以利用等離子體蝕刻工藝干蝕刻電極層216、220和介電層218 -步驟5(xi)。例如，可以使用CF4和O2的混合物來等離子體蝕刻TiO2或Ta2O5，可以使用CF4和氬氣的混合物來蝕刻BaO4SrTi (BST)。通常，CF4:02的濃度比為50:50?95:5 (CF4占95)。通常，CF4:Ar的濃度比為50:50?95:5 (其中，95為氬氣濃度)。
[0117]接著，通常將圖案化的光刻膠層224剝除-步驟5(xii)，因而，不久之后被類似的光刻膠層228替代的第二光刻膠層208得以保留。
[0118]在電極222上沉積銅種子層226 -步驟5(xiii)。為了有助于粘附，可以先沉積第
一鉭種子層。
[0119]然后，前進到不同比例的圖5(xiv)，施加另一光刻膠層228以保護銅基板(除非光刻膠層208得到保留)，并且在種子層226上沉積光刻膠厚層230并對其進行圖案化-步驟5 (xiv)。接著，在光刻膠230產(chǎn)生的圖案中電鍍形成銅互連232 -步驟5 (xv)。然后，剝除光刻膠228 (208),230,留下電容器和暴露的銅通孔_步驟5 (xvi)。
[0120]作為替代方案，可以省略掉上電極220，代之以可在陶瓷電介質(zhì)上直接沉積的銅通孔，銅通孔的截面積可易于控制并且提供調(diào)節(jié)電容器的便利手段。在這種情況下，無需蝕刻掉電介質(zhì)或下電極。
[0121]接著，蝕刻掉種子層226 -步驟5 (xvii)，并且在一個變化工藝中，通過等離子體蝕刻移除電極216、220和電介質(zhì)218的多余材料_步驟5 (xviii)。銅通孔232保護其下方的電容器248的電極216、220和電介質(zhì)218。銅通孔232的截面積，即其在電容器248上的覆蓋區(qū)，限定電容器248的面積，這能夠?qū)崿F(xiàn)精細調(diào)節(jié)。實質(zhì)上，通過恒定工藝條件使得介電層的厚度和介電常數(shù)保持恒定，則通孔柱232的截面積限定電容。與鉆填通孔不同之處在于，因為通孔柱232是利用在光刻膠230中電鍍制成的，所以其可具有幾乎任意的現(xiàn)狀和尺寸并且可以被制成精確的尺寸。由此，有可能在電容器形狀方面獲得顯著的靈活性，從而提供精確調(diào)節(jié)的電容。
[0122]在銅基板和通孔上層壓聚合物基包封介電材料層234 -步驟5 (xix)。聚合物基包封介電材料層234通常為聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂或BT (雙馬來酰亞胺/三嗪)樹脂或其共混物，并且可以用玻璃纖維增強。在一些實施方案中，可以使用織造纖維氈浸潰在聚合物樹脂中構(gòu)成的預(yù)浸料。
[0123]聚合物基質(zhì)可包括無機顆粒填料，其通常具有0.5微米~30微米的平均粒徑，且顆粒重量百分比為15~30wt%。
[0124]聚合物基包封介電材料234的介電常數(shù)低于介電層218的介電常數(shù)，介電層218通常是更為獨特的材料，例如Ta2O5或BaO4SrTi或Ti02。
[0125]接著，可以移除銅載體210 -步驟5(XX)。通常，利用氯化銅或氯化銨溶液將其蝕刻掉， 阻擋層(通常為鎳)212用作蝕刻停止層。
[0126]然后可以利用合適的蝕刻技術(shù)例如等離子體蝕刻或使用特定化學蝕刻劑移除阻擋層212-步驟5(xxi)。例如，可以使用硝酸和過氧化氫的溶液來溶解鎳而不溶解銅?？梢允褂锰娲奈g刻劑例如鹽酸+過氧化氫、熱濃硫酸和鹽酸酸化的氯化鐵(III)來溶解鎳，而不溶解銅。
[0127]接著，將聚合物層234進行減薄和平坦化-步驟5 (xxii)，以暴露出銅通孔232的端部?？梢圆捎醚心?、拋光或組合的化學機械拋光(CMP )。
[0128]目前為止，已經(jīng)描述了可如何在可包括嵌入在聚合物基介電基質(zhì)234、246中的周圍銅通孔、下方及上方的銅特征層的復(fù)合結(jié)構(gòu)250中嵌入高性能先進電容器248。
[0129]應(yīng)該注意的是，通孔232不限于簡單圓柱形通孔柱，因為它不是通過鉆填技術(shù)制造的。通過在光刻膠242的圖案中利用電鍍來制造，通孔柱244也可以具有基本任意的形狀。電容器248也可以具有基本任意的形狀，且通常是例如正方形或矩形。
[0130]參照圖6的步驟6 (xxiii)~6 (XXX)以及圖6 (xxiii)~6 (xxx),描述了一種用于施加端子的技術(shù)。
[0131]參照圖6 (xxiii)，在基質(zhì)234和銅通孔(電感器)232的暴露端上濺射鈦種子層252 -步驟6(xxiii)。參照圖6 (xxiv)，接著在鈦層252上濺射銅層254 -步驟6(xxiv)。
[0132]參照圖6 (xxv)，在復(fù)合結(jié)構(gòu)250的每一面上布設(shè)光刻膠層256、258并將其圖案化-步驟6(xxv)。參照圖6(11￥丨)，在圖案化的光刻膠256、258中電鍍銅260、262 _步驟
6(xxvi)。
[0133]參照圖6(xxvii),接著剝除光刻膠層256、258，留下直立的銅-步驟6 (xxvii)。參照圖6 (xxviii)，蝕刻掉鈦層和銅層-步驟6 (xxviii)。在該工藝中，銅焊盤250、262略微受損?？梢赃x擇性蝕刻掉鈦層252和上銅層254的區(qū)域。
[0134]參照圖6 (xxix)，由此形成的空腔中可填充阻焊層264 -步驟6 (xxix)，并且利用化學鍍鎳化學鍍鈀與浸金(一般稱為ENEPIG) 266或利用其它合適的端接技術(shù)來保護銅，例如利用有機清漆，其可防止氧化，又能夠容易地用溫和有機溶劑移除而不影響阻焊劑或包封聚合物-圖6 (xxx)-步驟6 (xxx)。
[0135]參照圖7，應(yīng)該認識到，可以在介電層218上直接沉積銅通孔232，用作上電極，由此不再需要單獨的上電極222。因此，電容器348由下電極216、介電層218和通孔柱232構(gòu)成。下電極216和介電層218可寬于銅通孔232，銅通孔232作為較小的電極可限定電容。
[0136]雖然由于不需要沉積上電極并且省略了等離子體蝕刻階段而節(jié)省了制造步驟，但是缺點在于難以在不損傷銅通孔232的情況下完全移除銅種子層226，并且短路也是會降低良品率的故障問題。
[0137]因此，參照圖8，即使沒有區(qū)別于銅通孔柱232的上電極(220)，下電極216和介電層218也可以通過蝕刻掉超出銅通孔232覆蓋的額外材料而圖案化至銅通孔232的尺寸，從而消除種子層226的所有痕跡以及短路的風險。
[0138]參照圖9，雖然已經(jīng)示出了單電容器248的制造，但是應(yīng)當認識到，實際上隨后可以在大板上的大陣列中共同制造電容器348的大型陣列，并且它們也可以彼此分割。
[0139]電容器可以表面安裝在基板上，如同存儲器、處理器芯片和其它元件那樣。但是，還應(yīng)當認識到，基板的表面，即所謂的基板面(real-estate)是有限的。本發(fā)明的電容器可以通過在其周圍沉積其它的特征層和通孔層而在其制造過程中嵌入到基板中。
[0140]通常，嵌入式元件的固有缺點在于，如果發(fā)生故障，則嵌入的元件和結(jié)構(gòu)必須舍棄。有時，當元件不能被隔離進行單獨測試時，難以診斷出導致問題的原因。
[0141]本發(fā)明的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)制造即可嵌入又可表面安裝的電容器。因為工藝非常相似，所以可以在原型設(shè)計和開發(fā)或小制程運行期間表面安裝元件，而只在確信具備了一般可靠性能力之后才嵌入元件。應(yīng)當認識到，圖案化光刻膠、電沉積和濺射是允許高度的控制和再現(xiàn)性的工藝。電極和介電層可以沉積為具有寬范圍的厚度，并且可以具有寬范圍的層內(nèi)尺寸。電容器可以是圓形、正方形或矩形的。它們可以包括一層或多于一層。
[0142]本發(fā)明的優(yōu)點在于，可將相同的制造步驟用于制造嵌入式電容器和表面安裝電容器二者。因此，電容器可被制造為具有精確的規(guī)格并進行廣泛的測試，當制造商和用戶對元件的再現(xiàn)性及其性能完全滿意時，可將電容器在基板內(nèi)進行再定位并且在基板內(nèi)共同制造，由此將基板表面寶貴的基板面釋放給芯片和其它元件，并且減少需要后續(xù)組裝的元件數(shù)目。
[0143]本發(fā)明的電容器可具有寬范圍的電容，這取決于其尺寸、厚度以及陶瓷的介電常數(shù)。通常，電容為1.5pF?300pF。更通常，電容器具有5?15pF的電容范圍。該電容器可用于各種目的，包括例如去耦合、阻抗電路匹配以及靜電釋放(ESD)保護。
[0144]上述說明只是以解釋性的方式提供。應(yīng)當認識到本發(fā)明能夠具有多種變化形式。
[0145]已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干實施方案。然而，應(yīng)當理解的是，可以進行各種改變而不偏離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。因此，其它實施方案也在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
[0146]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，本發(fā)明不限于上文中具體圖示和描述的內(nèi)容。而且，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定，包括上文所述的各個技術(shù)特征的組合和子組合以及其變化和改進，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前述說明后將會預(yù)見到這樣的組合、變化和改進。
[0147]在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”及其變體例如“包含”、“含有”等是指所列舉的要素被包括在內(nèi)，但一般不排除其它要素。
【權(quán)利要求】
1.一種電容器,包括金屬電極和介電層，所述電容器嵌入在聚合物基包封材料中并且通過銅接觸與電路可連接，所述銅接觸中的一種是直立在所述電容器上的通孔柱。
2.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中至少一個電極包括貴金屬。
3.如權(quán)利要求2所述的電容器，其中至少一個電極包括選自包括鉭、金和鉬的組別中的貴金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述介電層包括陶瓷或金屬氧化物。
5.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述介電層選自包括Ta205、Ba04SrTi和TiO2的組別。
6.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述介電層還包括氧化鋁，使得所述介電層中的缺陷被氧化鋁密封。
7.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述聚合物基包封材料選自包括聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、BT (雙馬來酰亞胺/三嗪)樹脂及其共混物的組別。
8.如權(quán)利要求7所述的電容器，其中所述聚合物基包封材料還包括玻璃纖維。
9.如權(quán)利要求7所述的電容器，其中所述聚合物基質(zhì)還包括平均粒徑0.5微米~30微米并且顆粒重量百分比為15wt%~30wt%的無機顆粒填料。
10.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述電容器嵌入在基板中，所述基板包括經(jīng)由通孔柱連接的特征層，所述通孔柱被包封介電材料層壓。
11.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述電容器由被阻焊層隔離的銅焊盤端接，所述銅焊盤用ENEPIG保護以防止污損。
12.如權(quán)利要求1所述的電容器，其中所述電容器由被阻焊層隔離的銅焊盤端接，所述銅焊盤用有機清漆保護以防止污損。
13.一種制造電容器的方法，包括以下步驟: (i)獲取載體； (?)沉積阻擋層； (iii)平坦化所述阻擋層； (iv)在所述阻擋層上沉積薄銅層； (v)沉積第一電極； (vi)沉積介電層； (viii)濺射銅種子層； (ix)在所述種子層上沉積光刻膠，并將所述種子層上的所述光刻膠層圖案化以形成通孔層； (x)在光刻膠圖案中電鍍銅通孔； (xi)剝除所述光刻膠； (xii)蝕刻掉所述種子層； (xiv)在薄膜電容器上層壓介電材料； (XV)減薄并平坦化所述介電材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括選自包括以下步驟的組別中的附加步驟: (vb)和(vib)與介電層相鄰地沉積鋁層，并將其氧化成氧化鋁，由此密封所述介電層中的缺陷。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一電極由貴金屬制成。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述貴金屬選自包括金、鉬和鉭的組別。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括附加步驟(vii)沉積第二電極。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二電極由選自包括金、鉬和鉭的組別中的貴金屬制成。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述介電層由陶瓷制成。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述陶瓷選自包括Ta205、Ba04SrTi和TiO2的組別。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括附加步驟(xiii)等離子體蝕刻掉多余的電介質(zhì)和電極材料。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下步驟: (xvi)在平坦化的材料上沉積另一銅層； (xvii)在所述銅載體的兩面上施加光刻膠并圖案化上層以形成電容器陣列； (xviii)蝕刻掉上銅層的暴露區(qū)域； (xix)移除上電極、電介質(zhì)和下電極材料的暴露區(qū)域； (xx)剝除所述光刻膠。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，用于制造表面安裝的電容器還包括以下步驟: (xxi)移除所述銅載體； (χχ?)移除所述阻擋層； (xxiii)沉積鈦種子層； (xxiv)沉積銅種子層； (xxv)在具有嵌入式電容器的基板的每面上布設(shè)光刻膠層并將其圖案化； (xxvi)在圖案化的光刻膠層中電鍍銅接觸端口； (xxvii)剝除所述圖案化的光刻膠層； (xxviii)蝕刻掉鎳和銅種子層，留下離散的銅接觸端口； (xxix)在所述銅接觸端口周圍布設(shè)阻焊層；以及 (XXX)端接。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括分割步驟。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述端接包括用ENEPIG防銹導電層涂覆所述銅接觸端口。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述端接包括用有機清漆涂覆所述銅接觸端口。
27.如權(quán)利要求13所述的方法，用于制造嵌入式電容器的方法還包括在步驟(iv)之前的沉積至少一個特征層或通孔層的步驟。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，用于制造表面可安裝電容器的方法還包括在步驟(xvi)之 后沉積至少一個特征層或通孔層的步驟。
【文檔編號】H01G4/005GK103956265SQ201410081144
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】卓爾·赫爾維茨, 黃士輔 申請人:珠海越亞封裝基板技術(shù)股份有限公司