金属导线结构的形成方法与流程

本发明关于一种3d打印技术，且特别关于一种金属导线结构的形成方法。

背景技术：

由于3d打印具有成本低、工艺简单等优点，近年来3d打印广泛受到设计及制造业的注目。其中，选择性激光烧结(selectivelasersintering,sls)技术是目前打印技术中极为可靠且高强度的制作方法，其原理为在散布的金属粉末上，以高强度的激光将金属粉末烧结成型，使其具有良好的机械强度。

然而，由于选择性激光烧结技术所使用的基材金属只具有导电的特性而缺乏介电的特性，使得此工艺在半导体产业的应用上受到限制。

技术实现要素：

本发明提供一种金属导线结构的形成方法，包括：形成金属粉末层于基底上；对金属粉末层的第一部分进行第一激光烧结，以形成金属层；及在氧气的存在下，对金属粉末层的第二部分进行第二激光烧结，以形成金属氧化物层，金属氧化物层作为第一介电层。

本发明提供一种金属导线结构的形成方法，包括：提供封装体于基底上；形成金属粉末层于基底上；对金属粉末层的第一部分进行第一激光烧结，以形成第一金属层；在氧气的存在下，对金属粉末层的第二部分进行第二激光烧结，以形成金属氧化物层，金属氧化物层作为第一介电层；及在第一金属层及第一介电层上，重复上述形成金属粉末层、第一激光烧结及第二激光烧结的步骤，以形成多个第一金属层及多个第一介电层，其中，多个第一金属层及多个第一介电层作为第一导线结构。

综合上述，本发明通过在氧气的环境下对金属粉末层进行激光烧结，可形成金属氧化物层以作为介电结构，因此，可通过连续的激光烧结形成金属层以及金属氧化物 层，以进一步形成半导体所需的金属导线结构。

本实施例通过选择性激光烧结技术可在封装体各个表面的任意位置上烧结出金属结构及/或介电结构，并可得到各种不同的电路图案，进而完成晶片等级的封装，更具有工艺简单及成本低等优点。另外，由于激光烧结所形成的金属结构具有极强的结构特性，故可提高封装的稳定性；且通过激光烧结所形成的金属氧化物结构，其导热效果较一般塑胶或高分子物质更佳，故可改善元件过热的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的金属导线结构的形成方法的流程图。

图2a～图2e是本发明第一实施例的金属导线结构的形成方法的示意图。

图3a～图3c是本发明第二实施例的金属导线结构的形成方法的示意图。

图4a～图4c是本发明第三实施例的金属导线结构的形成方法的示意图。

附图标号：

100方法

102～112步骤

200、300、400金属导线结构

210基底

220金属粉末层

230、250激光光源

240金属层

260金属氧化物层

320、334、354、434、454介电结构

330、350、430、450导线结构

332、352、432、452金属结构

410载体

420封装体

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施 例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图1是本揭露实施例的金属导线结构的形成方法100的流程图。图2a～图2e是本发明第一实施例的金属导线结构200的形成方法的示意图。

请同时参照图1及图2a。首先，在一腔体(未绘示)中提供基底210(步骤102)。在一些实施例中，基底210可为半导体晶圆、裸晶、封装体、封装基底或电路板(pcb)。在一些实施例中，基底210可包括元素半导体材料、化合物半导体材料及/或合金半导体材料。元素半导体材料的实例可为单晶硅、多晶硅、非晶硅、锗及/或钻石；化合物半导体材料的实例可为碳化硅、砷化镓、磷化铟、砷化铟及/或锑化铟；及合金半导体材料的实例可为硅化锗、碳化锗硅、磷化砷镓及/或磷化铟镓。在一些实施例中，基底210可包括各种硬质支撑基材，例如金属、玻璃、陶瓷、高分子材料或上述的组合。在一些实施例中，腔体是控制在低真空的状态，例如，腔体气压为约10^-3mbar～10^-5mbar。

请同时参照图1及图2b。接着，于基底210上形成金属粉末层220(步骤104)。在一些实施例中，金属粉末层的材料可为cu、al、cr、mo、ti、fe、不锈钢、钴铬合金、锻钢、ti-6al-4v合金或其他金属材料。在一些实施例中，金属粉末层的厚度为约1um～500um，例如，金属粉末可为250um。若金属粉末层的厚度太厚(大于500um)，可能造成烧结不完全；若金属粉末层的厚度太薄(小于1um)，则烧结时可能破坏基底。

请同时参照图1及图2c。然后，对金属粉末层220的第一部份周边提供高浓度的惰性气体g(例如氮气、氩气)，并通过移动激光光源230对金属粉末220的第一部分进行激光烧结，以形成金属层240(步骤106)。其中，第一部份的形状可根据设计需求而形成不同形状的金属层240。在一些实施例中，也可直接在腔体中提供超过腔体内气体的比例至少约90％的惰性气体g(例如氮气、氩气)在一些实施例中，激光光源230可为yb光纤激光、co2红外线激光或电子束，且激光光源230的强度为约50w～5000w，例如，使用yb光纤激光的强度可为400w。若激光光源230的强度太强(大于5000w)，可能会破坏基底；若激光光源230的强度太弱(小于50w)，则可能造成烧结不完全。

请同时参照图1及图2d。接着，对金属粉末层220的第二部分的周边提供高浓度的氧气，并通过移动激光光源230对金属粉末220的第二部分进行激光烧结，以形 成金属氧化物层260(步骤108)。在一些实施例中，第二部分为金属层240的周边，以将金属层240与其他元件电性隔离。在一些实施例中，也可直接在腔体中提供超过腔体内气体的比例至少约90％的氧气。在一些实施例中，激光光源250可为yb光纤激光、co2红外线激光或电子束，且激光光源250的强度为约50w～5000w，例如，使用yb光纤激光的强度可为400w。在一些实施例中，金属氧化物层260的介电常数εr为约3～200。

请同时参照图1及图2e。接着，在金属层240及金属氧化物层260上，重复图2b～图2d中形成金属粉末层220、第一激光烧结及第二激光烧结的步骤，一层完成后再进行下一层烧结，以形成多个金属层240及多个金属氧化物层260的多层金属导线结构200。在一些实施例中，多个金属层240之间以电性互相连接。并且，各金属层240的形状并不限于直线或块状图案，而可视设计需求各自具有不同的图案。另外，值得注意的是，由于金属层240及金属氧化物层260皆从金属粉末层220烧结而来，因此两者具有相同的金属元素。

最后，于进行第一激光烧结及第二激光烧结之后，移除未被烧结的金属粉末层220(步骤112)。例如，在一些实施例中，可通过压缩空气以除去残留的金属粉末。值得注意的是，可在重复完成所有第一及第二激光烧结步骤之后，移除所有未被烧结的金属粉末层220；亦可在每次进行第一及第二激光烧结之后，逐次移除未被烧结的金属粉末层220。

虽然上述方法是先进行无氧的第一激光烧结，再进行有氧的第二激光烧结，但应当理解的是，第一激光烧结亦可进行于第二激光烧结之后。另外，在本发明的实施例中，在第一激光烧结及第二激光烧结重复交替进行时，可通过仅于烧结处周边提供高浓度的气体，而无须替换整体环境的气体来进行激光烧结；例如，于第一激光烧结处周边提供高浓度的惰性气体g(例如氮气、氩气)及于第二激光烧结处浓度提供高比例的氧气。因此，可大幅减少形成本发明金属导线结构所需的时间。

根据上述，本发明形成的金属导线结构包括：由多个金属层240连接而形成的金属结构，以及由多个金属氧化物层260堆叠而成的介电结构。其中，由于本发明是通过于一腔体内连续对金属粉末进行有氧及无氧的激光烧结，因此可大幅降低传统需多道沉积、光刻、沉积工艺方可形成的金属导线结构的成本及时间。另外，通过于对金属粉末进行激光烧结的同时，提供高浓度的氧气，可形成金属氧化物层，进而克服传 统选择性激光烧结技术中无法形成介电材料的问题，进而将此技术应用至半导体或其它产业中。

此外，值得注意的是，传统金属导线结构的垂直部分，须通过先在介电层中形成插塞通孔，并填入金属来形成。因此，其可形成的高度会受到深宽比及金属填洞能力的限制。然而，由于本发明是逐层的形成金属导线结构，其垂直的部分不会受到上述因素的影响，可以需求而形成想要的高度。

虽然上述所发明的方法是用一系列的步骤来进行说明，但应当理解的是，上述步骤的说明顺序并非以限制的意义进行解释。例如，一些步骤可以不同的顺序发生及/或与这些说明以外的其它步骤同时进行。例如，第一激光烧结可进行于第二激光烧结之前，也可进行于第二激光烧结之后；例如，移除未被烧结的金属粉末层可进行于第一及第二激光烧结重复完成之后，亦可进行于第一及第二激光烧结逐次完成之后。此外，并非所有描述的步骤都需要在一或多方面的实施例进行，且可以一或多个分开的步骤及/或阶段进行一或多个描述于此的步骤。

图3a～图3c是本发明第二实施例的金属导线结构300的形成方法的示意图。本实施例主要利用烧结以外的沉积方式，额外设置一介电结构作为导线结构的支撑物件，以减少重复烧结的步骤并简化工艺。

请参照图3a，于基底210上方形成介电结构320。基底210的材料与上述相同，在此不再详述。在一些实施例中，介电结构320的材料可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述的组合。在一些实施例中，可使用化学气相沉积(cvd)工艺、原子层沉积(ald)工艺、物理气相沉积(pvd)工艺、或其他可适用的工艺或其组合来沉积介电结构320。

请参照图3b，利用图1所揭露的方法100沿介电结构320的一侧面形成具有金属结构332及介电结构334的导线结构330。在一些实施例中，金属结构332的材料可为cu、al、cr、mo、ti、fe、不锈钢、钴铬合金、锻钢、ti-6al-4v合金或其他金属材料。在一些实施例中，介电结构334的材料为金属结构332的材料的氧化物(即，金属结构332与介电结构334具有相同的金属元素)。其中，金属结构332的各金属层可视需求具有各种不同的电路图案。

请参照图3c，在一些实施例中，可继续于介电结构320及导线结构330之上形成具有金属结构352及介电结构354的导线结构350。其中，金属结构352可视需求 具有各种不同的电路图案，并电性连接至金属结构332。至此，完成本实施例的金属导线结构。

在本实施例中，金属导线结构是由介电结构320、导线结构330以及导线结构350所构成，且介电结构320是作为导线结构350的支撑元件。通过另行形成介电结构320，可使得形成金属导线结构时，能够不需烧结大量的介电结构334就能支撑导线结构350，降低所需的时间及成本。另外，在一些实施例中，亦可先形成导线结构330之后，再形成介电结构320。

在一般的封装工艺中，于封装体的不同表面制作各种电路图案时，通常需要利用多个不同的掩膜，造成工艺复杂及花费成本高等问题。本发明的第三实施例提供一种金属导线结构的形成方法，可应用于制造封装体表面的电路图案，并具有工艺简单及成本低等优点。

图4a～图4c是本发明第三实施例的金属导线结构400的形成方法的示意图。本实施例将前述金属导线结构的形成方法100应用于各种封装体420中，且前述的基底在此处即为各种封装载体。

请参照图4a，在载体410上方设置封装体420。在一些实施例中，载体410的材料可为各种硬质支撑基材，例如金属、玻璃、陶瓷、高分子材料或上述的组合。在一些实施例中，封装体420可为发光二极管(led)封装体、太阳能封装体、微机电(mem)封装体或其它半导体封装体。

请参照图4b，利用图1所揭露的方法100沿封装体420的一侧面形成具有金属结构432及介电结构434的导线结构430。在一些实施例中，金属结构432的材料可为cu、al、cr、mo、ti、fe、不锈钢、钴铬合金、锻钢、ti-6al-4v合金或其他金属材料。在一些实施例中，介电结构434的材料为金属结构432的材料的氧化物(即，金属结构432与介电结构434具有相同的金属元素)。其中，金属结构432的各金属层可视需求具有各种不同的电路图案。

请参照图4c，在一些实施例中，可于封装体420及导线结构430之上形成具有金属结构452及介电结构454的导线结构450。其中，金属结构452可视设计需求具有各种不同的电路图案，并电性连接至金属结构432。

在先前技术中，必须使用多个掩膜才能在封装体各个表面制作电路图案而造成工艺复杂且成本高等问题；相较之下，本实施例通过选择性激光烧结技术可在封装体各 个表面的任意位置上烧结出金属结构及/或介电结构，并可得到各种不同的电路图案，进而完成晶片等级的封装，更具有工艺简单及成本低等优点。另外，由于激光烧结所形成的金属结构具有极强的结构特性，故可提高封装的稳定性；且通过激光烧结所形成的金属氧化物结构，其导热效果较一般塑胶或高分子物质更佳，故可改善元件过热的问题。

前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中相关技术人员可以更佳的了解本发明的各个方面。本技术领域中相关技术人员应该可理解，他们可以很容易的以本发明为基础来设计或修饰其它工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与本发明介绍的实施例相同的优点。本技术领域中相关技术人员也应该了解这些相等的结构并不会背离本发明的发明精神与范围。本发明可以作各种改变、置换、修改而不会背离本发明的发明精神与范围。