微电子内建层及其形成方法与流程

本说明书的实施例总体上涉及微电子器件制造的领域，并且更具体地，涉及用于内建层的金属化结构及其制造方法。

背景技术：

微电子器件通常由各种部件制造，包括但不限于：至少一个微电子管芯(例如，微处理器、芯片组、图形器件、无线器件、存储器器件、专用集成电路等)；至少一个无源部件(例如，电阻器、电容器、电感器等)；以及用于安装部件的至少一个微电子衬底(例如，内插件、母板等)。各种部件可以通过包括多个电介质层的内建层彼此相互连接，其中多个电介质层具有多个金属化结构，例如，形成在电介质层上和/或穿过电介质层形成的导电迹线和导电通孔。这些内建层可以形成在微电子器件内的任何部件上。

微电子工业不断努力生产用于各种电子产品的更快和更小的微电子器件，这些电子产品包括但不限于诸如便携式计算机、数码相机、电子平板电脑、蜂窝电话等的便携式产品。随着部件的尺寸(例如微电子管芯和微电子衬底)减小，金属化的尺寸也必须减小。因此，需要开发金属化结构及其制造方法以用于减小金属化结构的尺寸。

附图说明

本公开内容的主题是在本说明书的结论部分中特别指出且明确要求保护的。根据以下描述和所附权利要求并结合附图，本公开内容的前述和其它特征将变得更加显而易见。应当理解的是，附图仅描绘了根据本公开内容的若干实施例，并且因此不应被认为是限制其范围。将通过使用附图、利用附加的特异性和细节来描述本公开内容，以使得可以更容易地确定本公开内容的优点，在附图中：

图1是根据本说明书的实施例的包括电介质材料的微电子电介质层的侧面剖视图，该电介质材料具有散布在其中的金属化催化剂。

图2是根据本说明书的实施例的形成在微电子电介质层上的底漆层的侧面剖视图。

图3是根据本说明书的实施例的穿过底漆层并且进入电介质材料层形成的凹槽的侧面剖视图。

图4是根据本说明书的实施例的当将激光消融用于形成凹槽时形成在凹槽中的电介质材料层内的活化层的侧面剖视图。

图5是根据本说明书的另一个实施例的通过浸入活化溶液中而形成在凹槽中的电介质材料层内的活化层的侧面剖视图。

图6和图7是根据本说明书的实施例的通过浸入沉积溶液中而形成在活化层上的金属层的侧面剖视图。

图8示出了根据本说明书的一个实施方式的计算设备。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考附图通过说明的方式示出了可以实践的要求保护的主题的具体实施例。足够详细地描述了这些实施例以使本领域的技术人员能够实践主题。应当理解的是，各种实施例虽然不同，但不一定是相互排斥的。例如，本文结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性可以在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下在其它实施例中实现。在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本说明书所包含的至少一个实施方式中。因此，使用的短语“一个实施例”或“在实施例中”不一定指代同一实施例。另外，应当理解的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以修改每个公开的实施例中的各个元件的位置或布置。因此，以下详细描述不应被认为是限制性的，并且主题的范围仅由所附权利要求书以及所附权利要求书赋予的等同物的全部范围适当地解释。在附图中，相同的附图标记在整个若干视图中指代相同或相似的元件或功能，并且其中所描绘的元件不一定相互缩放，而是可以放大或缩小各个元件以便更容易地理解在本说明书的上下文中的元件。

本文所使用的术语“之上”、“到”、“之间”和“上”是指一层相对于其它层的相对位置。一层在另一层“之上”或“上”或者一层接合“到”另一层可以是一层与另一层直接接触或者可以具有一个或多个中间层。层“之间”的一层可以是与层直接接触或者可以具有一个或多个中间层。

目前，通过形成电介质材料层实现对内建层的形成，其中，通过任何适当的技术使该电介质材料层的表面变得粗糙并且在离子或胶态溶液中将其暴露于金属化催化剂。如本领域技术人员将理解的，例如，通过还原化学物(例如，二甲基胺硼烷)将具有电介质材料层的金属化催化剂络合物的分子和活化工艺用于使金属化催化剂达到正确的氧化态以提高催化剂活性。然后将活化的电介质材料层暴露于期望的金属(例如，铜和还原剂)的溶液中，这导致金属层沉积在具有金属化催化剂与电介质材料层复合的区域中(即，需要金属化催化剂开始金属层沉积)。该工艺在工业中被称为无电镀沉积。然而，这种方法缺乏空间特异性，并且依赖于通过完全浸入催化剂溶液中在相对大的区域上对金属层的沉积。

本说明书的实施例包括制造对金属层沉积或“图案化”具有高度控制的内建层的方法，并且包括利用这些方法形成的内建层。在一个实施例中，微电子电介质层可以被形成为包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料。可以在微电子电介质层上形成底漆层，并且然后可以利用消融激光器穿过底漆层并且进入电介质材料层形成凹槽。在凹槽内，活化层可以形成在暴露的微电子电介质层中或形成在暴露的微电子电介质层上，其中底漆层用作掩模。可以在活化层上形成金属层，例如，利用无电镀工艺。因此，可以通过用于形成凹槽的工艺来精确地控制金属层沉积的分辨率，例如，消融激光器的高精度。

如图1中所示，可以形成微电子电介质层110，其中微电子电介质层110可以包括电介质材料112，电介质材料112具有散布在其中的金属化催化剂114。电介质材料112可以是任何适当的电介质材料，包括但不限于环氧聚合物混合材料、二氧化硅和氮化硅，以及低k和超低k电介质(介电常数小于约3.6)，包括但不限于碳掺杂电介质、氟掺杂电介质、多孔电介质、有机聚合物电介质、基于硅的聚合物电介质等。如将要讨论的，金属化催化剂114可以是可以发起随后的金属层沉积的任何适当的材料。金属化催化剂114可以包括以下材料，包括但不限于钯盐(例如，乙酸钯，双-三苯基膦钯等)、银盐、铜盐、铂盐、镍盐等。

微电子电介质层110可以通过本领域已知的任何工艺形成，包括但不限于掺杂、共沉积等。此外，如本领域技术人员将理解的，微电子电介质层110可以包括填充材料(未示出)，以有助于防止热膨胀问题。在一个实施例中，填充材料(未示出)可以具有约1μm的最大填料尺寸和小于约0.3μm的平均填料尺寸。在具体示例中，微电子电介质层110可以包括用于电介质材料112的环氧-聚合物混合物，并且可以进一步包括二氧化硅填充材料。

如图2中所示，底漆层120可以形成在微电子电介质层110的第一表面116上。在本说明书的一个实施例中，如将要讨论的，底漆层120可以包括被选择为对随后的化学工艺(包括活化和金属化工艺)有抗性的有机聚合物膜。在本说明书的另外实施例中，底漆层120可以由适当的有机材料构成，有机材料包括但不限于利用基于酯-氰酸或酯-苯酚的固化工艺形成的环氧-苯酚或环氧-酰亚胺材料。在本说明书的实施例中，底漆层120可以通过任何适当的技术形成，技术包括但不限于旋涂/狭缝式涂覆、膜层压等。

在本说明书的实施例中，底漆层120可以相对较薄。在一个实施例中，底漆层120可以具有小于约1μm的厚度t。如本领域技术人员将理解的，对于相对薄的底漆层120，其材料配方在最小化热膨胀影响的设计方面的要求要低得多。

底漆层120可以包括填充材料(未示出)，其可以具有相对较小的粒度。在一个实施例中，如本领域技术人员将理解的，填充材料可以具有小于约100nm的粒度，以使得在随后的加工步骤期间避免其伴随的任何副反应。应当注意的是，使用没有填充材料的底漆层120可能是有利的，因为它将完全避免这种副反应。应当理解的是，底漆层120不需要被去除，以使得底漆层120将是由本说明书的实施例产生的内建层的永久性特征。

如图3中所示，可以穿过底漆层120并且进入微电子电介质层110形成凹槽130，其中，凹槽130可以包括微电子电介质层110的至少一个暴露的表面(被示为侧壁132和底表面134)。在本说明书的一个实施例中，凹槽130可以由激光消融(如箭头125所示)形成，例如利用受激准分子层，其消融掉底漆层120和微电子电介质层110的所需部分。

如图4中所示，当激光消融125(参见图3)用于形成凹槽130时，该工艺可以在凹槽130内的微电子电介质层110的暴露表面(例如，侧壁132和底表面134)处使微电子电介质层110的金属化催化剂114进入针对催化活性的氧化态(例如，活化)，从而形成活化层150。然而，如果激光消融125(参见图3)不用于形成凹槽130或者如果其产生不充分的活化，则凹槽130内微电子电介质层110的暴露表面(例如，侧壁132和底表面134)可以通过浸入活化溶液140中而被活化，如图5中所示。活化溶液140将在凹槽130内的微电子电介质层110的暴露表面(例如，侧壁132和底表面134)处使微电子电介质层110的金属化催化剂114进入针对催化活性的氧化态，从而形成活化层150。

活化溶液140(如果使用的话)可以是任何适当的还原溶液，例如二甲基硼烷(dimethyborane)。用于催化活化的各种组分和工艺是本领域技术人员公知的，并且为了简单明了，将不在本文中对其进行描述或说明。

如图6中所示，如果需要这种活化步骤，则可以从活化溶液140(参见图4)去除微电子电介质层110，并将其浸入沉积溶液160中以在活化层150上形成金属层170。如图所示，沉积可能产生大体上共形的金属层170。沉积溶液160可以是任何适当的溶液，例如，在水介质中包含金属盐、还原剂和ph介质(如果需要)的无电镀溶液。在一个实施例中，金属盐可以包含铜盐。用于无电镀沉积的各种组分和工艺是本领域技术人员公知的，并且为了简单明了，将不在本文中对其进行描述或说明。

如图7中所示，可以从电镀溶液160中去除微电子电介质层110以形成内建层100的至少一部分。应当理解的是，本说明书的工艺可以用于形成多个微电子电介质层110和针对内建层100的金属层170，其中，金属层170可以形成内建层100内的导电迹线和/或导电通孔的至少一部分。

图8示出了根据本说明书的一个实施方式的计算设备200。计算设备200容纳板202。该板可以包括多个微电子部件，包括但不限于处理器204、至少一个通信芯片206a、206b、易失性存储器208(例如，dram)、非易失性存储器210(例如rom)、闪速存储器212、图形处理器或cpu214、数字信号处理器(未示出)、加密处理器(未示出)、芯片组216、天线、显示器(触摸屏显示器)、触摸屏控制器、电池、音频编解码器(未示出)、视频编解码器(未示出)、功率放大器(amp)、全球定位系统(gps)设备、罗盘、加速度计(未示出)、陀螺仪(未示出)、扬声器(未示出)、相机和大容量存储设备(未示出)(例如，硬盘驱动器、光盘(cd)、数字多功能盘(dvd)等)。微电子部件中的任一个可以物理和电气地耦合到板202。在一些实施方式中，微电子部件中的至少一个可以是处理器204的一部分。

通信芯片实现了用于将数据传送到计算设备和从计算设备传送数据的无线通信。术语“无线”及其衍生物可以用于描述可以通过使用经调制的电磁辐射来通过非固体介质传送数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不意味着相关联的设备不包含任何电线，尽管在一些实施例中它们可能不包括任何电线。通信芯片可以实现多种无线标准或协议中的任何一种，包括但不限于wi-fi(ieee802.1系列)、wimax(ieee802.16系列)、ieee802.20、长期演进(lte)、ev-do、hspa+、hsdpa+、hsupa+、edge、gsm、gprs、cdma、tdma、dect、蓝牙及其衍生物，以及被指定为3g、4g、5g及更高代的任何其它无线协议。计算设备可以包括多个通信芯片。例如，第一通信芯片可以专用于诸如wi-fi和蓝牙之类的较短距离的无线通信，并且第二通信芯片可以专用于诸如gps、edge、gprs、cdma、wimax、lte、ev-do之类的较长距离的无线通信。

术语“处理器”可以指代对来自寄存器和/或存储器的电子数据进行处理，以将该电子数据转换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何设备或设备的任何部分。

如本文所述，计算设备200内的微电子部件中的任一个可以包括内建层，该内建层包含微电子电介质层，该微电子电介质层包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料，以及形成在微电子电介质层上的底漆层。

在各种实施方式中，计算设备可以是膝上型电脑、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板电脑、个人数字助理(pda)、超移动pc、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器或数字视频记录器。在另外的实施方式中，计算设备可以是处理数据的任何其它微电子器件。

应当理解的是，本说明书的主题不一定限于图1-7中所示的具体应用。如本领域技术人员将理解的，主题可以应用于其它微电子器件和组件应用。

以下示例涉及另外的实施例，其中，示例1是一种制造微电子内建层的方法，包括：形成包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层，其中，微电子电介质层包括第一表面；在微电子电介质层第一表面上形成底漆层；穿过底漆层并且进入微电子电介质层形成凹槽；以及在所述凹槽内形成与微电子电介质层相邻的金属层。

在示例2中，示例1的主题可以可选地包括，穿过底漆层并且进入微电子电介质层形成凹槽包括：穿过底漆层并且进入微电子电介质层激光消融出凹槽。

在示例3中，示例1或2的主题可以可选地包括，形成包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层包括：环氧聚合物混合电介质材料。

在示例4中，示例1或2的主题可以可选地包括，形成包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层包括：选自于由钯盐、银盐、铜盐、铂盐和镍盐构成的组的金属化催化剂。

在示例5中，示例1或2的主题可以可选地包括：在微电子电介质层的第一表面上形成底漆层包括：在所述微电子电介质层的第一表面上形成有机聚合物底漆层。

在示例6中，示例5的主题可以可选地包括，在微电子电介质层的第一表面上形成有机聚合物底漆层包括：形成选自于由环氧-苯酚材料和环氧-酰亚胺材料构成的组的有机聚合物底漆层。

在示例7中，示例1或2的主题可以可选地包括，在凹槽内的电介质材料层上形成金属层包括：对凹槽内的微电子电介质层进行活化以在电介质材料层内形成活化层；并且在活化层上沉积金属层。

在示例8中，示例7的主题可以可选地包括，对微电子电介质层进行活化包括：将微电子电介质层和底漆层浸入活化溶液。

在示例9中，示例8的主题可以可选地包括，将微电子电介质层和底漆层浸入活化溶液包括：将微电子电介质层和底漆层浸入二甲基胺硼烷(dimethylborane)活化溶液。

在示例10中，示例7的主题可以可选地包括，在活化层上沉积金属层包括：将活化层浸入沉积溶液。

在示例11中，示例10的主题可以可选地包括，将活化层浸入沉积溶液包括：将活化层浸入包括金属盐和还原剂的水沉积溶液。

在示例12中，示例11的主题可以可选地包括，将活化层浸入包括金属盐和还原剂的水沉积溶液包括：将活化层浸入包括铜盐和还原剂的水沉积溶液。

以下示例涉及另外的实施例，其中，示例13是一种微电子内建层，其包括：包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层，其中，微电子电介质层包括第一表面；位于微电子电介质层的第一表面上的底漆层；穿过底漆层并且进入微电子电介质层的凹槽；以及在凹槽内与微电子电介质层相邻的金属层。

在示例14中，示例13的主题可以可选地包括，穿过底漆层并且进入微电子电介质层的凹槽包括：穿过底漆层并且进入微电子电介质层的激光消融出的凹槽。

在示例15中，示例13的主题可以可选地包括，包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层包括：环氧聚合物混合电介质材料。

在示例16中，示例13至15中的任一项的主题可以可选地包括，包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层包括：选自于由钯盐、银盐、铜盐、铂盐和镍盐构成的组的金属化催化剂。

在示例17中，示例13至15中任一项的主题可以可选地包括，位于微电子电介质层的第一表面上的底漆层包括：位于微电子电介质层的第一表面上的有机聚合物底漆层。

在示例18中，示例17的主题可以可选地包括，位于微电子电介质层的第一表面上的有机聚合物底漆层包括：选自于由环氧-苯酚材料和环氧-酰亚胺材料构成的组的有机聚合物底漆层。

在示例19中，示例13至15中的任一项的主题可以可选地包括：设置在凹槽内的金属层与电介质材料层之间的活化层。

在示例20中，示例13至15中的任一项的主题可以可选地包括：包括共形金属层的金属层。

在示例21中，示例13至15中的任一项的主题可以可选地包括：包括铜层的金属层。

以下示例涉及另外的实施例，其中，示例22是一种电子系统；该电子系统包括：板；以及附接到板的微电子部件，其中，微电子部件包括微电子内建层，该微电子内建层包括：包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层，其中，微电子电介质层包括第一表面；位于微电子电介质层的第一表面上的底漆层；穿过底漆层并且进入微电子电介质层的凹槽；以及在凹槽内与微电子电介质层相邻的金属层。

在示例23中，示例22的主题可以可选地包括，穿过底漆层并且进入微电子电介质层的凹槽包括：穿过底漆层并且进入微电子电介质层的激光消融出的凹槽。

在示例24中，示例22的主题可以可选地包括，包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层包括：环氧聚合物混合电介质材料。

在示例25中，示例22至24中的任一项的主题可以可选地包括，包括具有散布在其中的金属化催化剂的电介质材料的微电子电介质层包括：选自于由钯盐、银盐、铜盐、铂盐和镍盐构成的组的金属化催化剂。

在示例26中，示例22至24中的任一项的主题可以可选地包括，位于微电子电介质层的第一表面上的底漆层包括：位于微电子电介质层的第一表面上的有机聚合物底漆层。

在示例27中，示例26的主题可以可选地包括，位于微电子电介质层的第一表面上的有机聚合物底漆层包括：选自于由环氧-苯酚材料和环氧-酰亚胺材料构成的组的有机聚合物底漆层。

在示例28中，示例22至24中的任一项的主题可以可选地包括，设置在凹槽内的金属层与电介质材料层之间的活化层。

在示例29中，示例22至24中的任一项的主题可以可选地包括，包括共形金属层的金属层。

在示例30中，示例22至24中任一项的主题可以可选地包括，包括铜层的金属层。

因此，已经详细描述了本说明书的实施例，应当理解的是，由所附权利要求限定的本说明书不受以上描述中阐述的特定细节的限制，因为在不脱离其精神或范围的情况下，许多明显的变型是可能的。