半导体结构及其制造方法与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，具体涉及半导体结构及其制造方法。


背景技术：

2.fosub(fan
‑
out结合substrate)是目前结合fan
‑
out(扇出层/重布线层)与substrate(基板)的一种方法，具体地，通过adhesion film(粘合层/胶层)结合fan
‑
out与substrate，再通过via(导通孔)联通fan
‑
out与substrate之间的电性通道。然而，在激光钻孔工艺开孔并填充导电材料以形成via的过程中，由于目前激光钻孔工艺能力的极限所形成开孔的孔径约为50微米，无法满足形成更小孔径(例如孔径目标尺寸20微米)开孔的需求。而利用刻蚀开孔工艺所形成的更小孔径的开孔，则会由于刻蚀开孔工艺需要花费较多时间，工艺难度也大，刻蚀率低，导致产能低。


技术实现要素：

3.本公开提供了半导体结构及其制造方法。
4.第一方面，本公开提供了一种半导体结构，该半导体结构包括：基板；粘合层，设于基板上；重布线层，设于粘合层上；导通孔，贯穿重布线层和粘合层，重布线层与基板通过导通孔电性连接；其中，重布线层包括介电层和金属层，邻近导通孔的介电层的上表面和下表面为非平整表面。
5.在一些可选的实施方式中，导通孔的孔壁为非平整表面。
6.在一些可选的实施方式中，导通孔包括自下而上设置的种子层和导电柱。
7.在一些可选的实施方式中，导通孔还包括金属浸润层，种子层设于金属浸润层上。
8.在一些可选的实施方式中，贯穿粘合层的导通孔在朝向基板的方向上先逐渐膨胀再逐渐收缩。
9.在一些可选的实施方式中，贯穿粘合层的导通孔与基板定义出一容置空间，且金属浸润层充填于容置空间。
10.在一些可选的实施方式中，该半导体结构还包括：芯片，设于重布线层上；底部填充材，包覆芯片以及填充芯片与重布线层之间的缝隙。
11.在一些可选的实施方式中，导通孔的孔径小于20微米。
12.第二方面，本公开提供了一种半导体结构的制造方法，该方法包括：提供基板；在基板上设置粘合层；在粘合层上设置重布线层；提供第一模具，第一模具包括至少一个第一细柱体，第一细柱体的表面具有纳米研磨颗粒；压入第一模具，第一模具依次穿过重布线层和粘合层；移除第一模具，以定义出贯穿重布线层和粘合层的导通孔的预定位置；提供第二模具，第二模具包括至少一个第二细柱体；在第二细柱体上依次形成脱模层和种子层；压入第二模具，加热以使第二模具从脱模层脱模，再移除脱模层以将种子层留于预定位置；在种子层上填入导电材料以形成导电柱，得到电连接重布线层与基板的导通孔。
13.在一些可选的实施方式中，在移除第一模具，以定义出贯穿重布线层和粘合层的
导通孔的预定位置之后，方法还包括：移除残留的粘合层，以使基板的焊垫露出。
14.在一些可选的实施方式中，在第二细柱体上依次形成脱模层和种子层，包括：在第二细柱体上依次形成脱模层、种子层以及金属浸润层；以及再移除脱模层以将种子层留于预定位置，包括：再移除脱模层以将金属浸润层和种子层留于预定位置。
15.第三方面，本公开提供了一种半导体结构的制造方法，该方法包括：提供基板；在基板上设置粘合层；在粘合层上设置重布线层；提供第二模具，第二模具包括至少一个第二细柱体；在第二细柱体上依次形成脱模层和种子层；压入第二模具，以定义出贯穿重布线层和粘合层的导通孔的预定位置；加热以使第二模具从脱模层脱模，再移除脱模层以将种子层留于预定位置；在种子层上填入导电材料以形成导电柱，得到电连接重布线层与基板的导通孔。
16.在一些可选的实施方式中，在第二细柱体上依次形成脱模层和种子层，包括：在第二细柱体上依次形成脱模层、种子层以及金属浸润层；以及再移除脱模层以将种子层留于预定位置，包括：再移除脱模层以将金属浸润层和种子层留于预定位置。
17.为了解决激光钻孔工艺能力的极限无法形成更小孔径(例如孔径目标尺寸20微米)开孔，而使用刻蚀开孔工艺形成小尺寸孔径产能低的问题，本公开提供的半导体结构及其制造方法，在通过粘合层(adhesion film)结合重布线层(fan
‑
out)与基板(substrate)后，通过预先设置的第一模具对重布线层与粘合层进行挤压制程，并脱模形成贯穿布线层与粘合层的开孔(导通的预定位置)以露出基板的焊垫(pad)，再填充导电材料以形成导通孔(via)以电性连接重布线层与基板，相对于激光钻孔制程，可以实现更小目标尺寸孔径的开孔，而相对于蚀刻开孔工艺，可以提高产能。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1是根据本公开的半导体结构的一个实施例的结构示意图；
20.图2是图1所示的半导体结构的导通孔的局部放大图；
21.图3是根据本公开的半导体结构的又一个实施例的结构示意图；
22.图4a到图4i是根据本公开的半导体结构的第一制造过程中的结构示意图。
23.图5a到图5e是根据本公开的半导体结构的第二制造过程中的结构示意图。
24.符号说明：
[0025]1‑
基板，2
‑
粘合层，3
‑
重布线层，31
‑
金属层，32
‑
介电层，4
‑
导通孔，41
‑
金属浸润层，42
‑
种子层，43
‑
导电柱，5
‑
芯片，6
‑
底部填充材，7
‑
第一模具，71
‑
第一细柱体，72
‑
纳米研磨颗粒，8
‑
第二模具，81
‑
脱模层，82
‑
第二细柱体。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和实施例对说明本公开的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本公开所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
[0027]
需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本公开所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，应当也视为本公开可实施的范畴。
[0028]
另外，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考图1和图2并结合实施例来详细说明本公开。
[0029]
图1示出了本公开的半导体结构的一个实施例的结构示意图。如图2所示，该半导体结构可以包括基板1、粘合层2、重布线层3以及导通孔4。其中，粘合层2可以设于基板1上。重布线层3可以设于粘合层2上。导通孔4可以贯穿重布线层3和粘合层2。重布线层3与基板1可以通过导通孔4电性连接。重布线层3可以包括介电层32和金属层31。
[0030]
在本实施例中，粘合层2可以作为重布线层3和基板1之间起结合作用的结构层。重布线层3可以包括交替堆叠的多个介电层32及多个金属层31。基板1中的介电材料或重布线层3中的介电层32可以是有机物，例如聚酰胺纤维(polyamide，pa)、聚酰亚胺(polyimide，pi)、环氧树脂(epoxy)、聚对苯撑苯并二噁唑(poly
‑
p
‑
phenylene benzobisoxazole，pbo)纤维、fr
‑
4环氧玻璃布层压板、pp(prepreg，预浸材料或称为半固化树脂、半固化片)、abf(ajinomoto build
‑
up film)等，也可以是无机物，例如硅(si)、玻璃(glass)、陶瓷(ceramic)、氧化硅、氮化硅、氧化钽等。金属层31可以采用铜或铝等导电材料。
[0031]
这里，由于在利用预先设置的第一模具7(如图4b所示)对重布线层3与粘合层2进行挤压制程，并脱模形成贯穿布线层与粘合层2的开孔(导通孔开孔的预定位置)的制程中，由于重布线层3中的介电层32受到第一模具7的挤压，挤压后的介电层32的表面会呈现粗糙的状况，呈现出非平整表面。并且，受到第一模具7的两个细柱(用于定义导通孔开孔)之间的左右挤压后，介电层32会向上挤，因此介电层32上的金属层31会向上移动，呈现出上抬状态。因此，最终呈现出的半导体结构中的邻近导通孔4的介电层32的上表面和下表面可以为非平整表面。而相对于挤压前的重布线层3，最终呈现出的半导体结构中的重布线层3中邻近导通孔4的金属层31会呈现出上抬特征。
[0032]
在一些可选的实施方式中，导通孔4的孔壁可以为非平整表面。
[0033]
在该可选实施方式中，在利用预先设置的第一模具7(如图4b所示)对重布线层3与粘合层2进行挤压制程，并脱模形成贯穿布线层与粘合层2的开孔(导通孔开孔的预定位置)的制程中，由于第一模具7的细柱上设有很多纳米研磨颗粒，导致在挤压过程中，形成了粗糙表面(非平整表面)孔壁的开孔，再填充导电材料形成导通孔4。最终呈现出的半导体结构中导通孔4的孔壁可以为非平整表面。
[0034]
在一些可选的实施方式中，导通孔4可以包括自下而上设置的种子层42和导电柱43。
[0035]
在该可选实施方式中，种子层42可以包括阻挡层(钛层)和导电层(铜层)。
[0036]
这里，由于在利用第二模具8(如图4f所示)上依次预先设置脱模层81和种子层42(自下而上依次设置的阻挡层(钛层)和导电层(铜层))，以及再移除脱模层81以将种子层42
留于预定位置并填充导电材料形成导电柱43的制程，因而最终呈现出的半导体结构中种子层42包括自下而上依次设置的导电层(铜层)和阻挡层(钛层)。
[0037]
在一些可选的实施方式中，导通孔4还可以包括金属浸润层41。种子层42可以设于金属浸润层41上。
[0038]
在该可选实施方式中，金属浸润层41例如可以是纳米铜、纳米银。采用纳米级金属浸润层41可以有利于扩散填充于导通孔开孔，使金属浸润层41可以更好地结合于导通孔开孔中。
[0039]
这样，由于在利用第二模具8(如图4f所示)上依次预先设置脱模层81、种子层42以及金属浸润层41，以及再移除脱模层81以将金属浸润层41和种子层42留于预定位置并填充导电材料形成导电柱43的制程，因而最终呈现出的半导体结构的导通孔4可以包括自下而上依次设置的金属浸润层41、种子层42以及导电柱43。
[0040]
请参考图2，图2中的左下图示出了图1所示的半导体结构的导通孔4的局部放大图。
[0041]
在一些可选的实施方式中，如图2所示，贯穿粘合层2的导通孔4可以在朝向基板1的方向上先逐渐膨胀再逐渐收缩。
[0042]
在该可选实施方式中，由于在移除第一模具7(如图4b所示)以定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置后，再移除残留的粘合层2以露出基板1焊垫的制程中，可以采用刻蚀工艺移除残留的粘合层2，使贯穿粘合层2的导通孔4呈现出在朝向基板1的方向上先逐渐膨胀再逐渐收缩的形态。
[0043]
在一些可选的实施方式中，贯穿粘合层2的导通孔4与基板1可以定义出一容置空间。金属浸润层41可以充填于该容置空间。
[0044]
在该可选实施方式中，在移除残留的粘合层2以露出基板1焊垫后，形成一容置空间，进而再压入第二模具8(如图4f所示)，而第二模具8上的金属浸润层41可以充填于该容置空间。
[0045]
在一些可选的实施方式中，该半导体结构还可以包括芯片5和底部填充材6。芯片5可以设于重布线层3上，并与重布线层3电连接。底部填充材6可以包覆芯片5以及填充芯片5与重布线层3之间的缝隙。
[0046]
在一些可选的实施方式中，导通孔4的孔径可以小于20微米。
[0047]
在该可选实施方式中，相对于激光钻孔制程，可以实现更小目标尺寸孔径(例如20微米)的开孔，而相对于蚀刻开孔工艺，可以提高产能。
[0048]
请参考图3，图3示出了本公开的半导体结构的又一个实施例的结构示意图。相对于图1和图2所示的半导体结构所对应的制程，图3所示的半导体结构所对应的制程，不需要先利用第一模具7(如图4b所示)预先定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置以及移除残留的粘合层2的制程，而是直接压入第二模具8(如图4f所示)，同时定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置，以及加热以使第二模具8从脱模层81脱模以将种子层42留于导通孔4的预定位置。因此，由于不包括利用刻蚀工艺移除残留的粘合层2的制程，所以图3所示的半导体结构中的贯穿粘合层2的导通孔4，不会呈现出在朝向基板1的方向上先逐渐膨胀再逐渐收缩的形态。
[0049]
本公开提供的半导体结构及其制造方法，在通过粘合层2(adhesion film)结合重
布线层3(fan
‑
out)与基板1(substrate)后，通过预先设置的第一模具7(如图4b所示)对重布线层3与粘合层2进行挤压制程，并脱模形成贯穿重布线层3与粘合层2的开孔(导通开孔的预定位置)以露出基板1的焊垫(pad)，再填充导电材料以形成导通孔4(via)以电性连接重布线层3与基板1，相对于激光钻孔制程，可以实现更小目标尺寸孔径的开孔，而相对于蚀刻开孔工艺，可以提高产能。
[0050]
图4a到图4i示出了根据本公开的半导体结构的第一制造过程中的结构示意图。为了更好地理解本公开的各方面，已简化各图。
[0051]
请参考图4a，可以提供基板1，然后可以在基板1上设置粘合层2，再在粘合层2上设置重布线层3。
[0052]
请参考图4b，可以提供第一模具7，第一模具7上可以设置至少一个第一细柱体71，第一细柱体的表面可以设置纳米研磨颗粒72。
[0053]
请参考图4c，可以压入第一模具7，第一模具7可以依次穿过重布线层3和粘合层2。
[0054]
请参考图4d，可以移除第一模具7，以定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置。
[0055]
请参考图4e，在一些可选的实施方式中，可以利用刻蚀工艺移除残留在导通孔开孔底部的粘合层2，以使基板1的焊垫露出。另外，由于采用刻蚀工艺来移除在导通孔开孔底部的粘合层2，受刻蚀速率的影响，使贯穿于粘合层2的导通孔开孔底部，在朝向基板1的方向上先逐渐膨胀再逐渐收缩，导通孔开孔底部的侧壁在粘合层2中形成一弯曲状或弧状。
[0056]
请参考图4f，可以提供第二模具8，第二模具8可以设置至少一个第二细柱体82，然后可以在第二细柱体82上依次形成脱模层81和种子层42。
[0057]
在一些可选的实施方式中，可以在第二细柱体82上依次形成脱模层81、种子层42以及金属浸润层41。
[0058]
请参考图4g，可以压入第二模具8。
[0059]
请参考图4h，然后通过加热以使第二模具8从脱模层81脱模，最后可以再移除脱模层81以将种子层42留于预定位置。具体地，可以采用溶剂(例如水)移除脱模层(例如胶)。
[0060]
在一些可选的实施方式中，再移除脱模层81以将金属浸润层41和种子层42留于预定位置。
[0061]
请参考图4i，在种子层42上填入导电材料(例如铜或铝)以形成导电柱43，得到电连接重布线层3与基板1的导通孔4。具体地，可以采用电镀(plating)工艺填入导电材料。
[0062]
图5a到图5e示出了根据本公开的半导体结构的第二制造过程中的结构示意图。为了更好地理解本公开的各方面，已简化各图。
[0063]
请参考图5a，可以提供第二模具8，第二模具8可以设置至少一个第二细柱体82。可以在第二细柱体82上依次形成脱模层81和种子层42。
[0064]
在一些可选的实施方式中，可以在第二细柱体82上依次形成脱模层81、种子层42以及金属浸润层41。
[0065]
请参考图5b，可以提供基板1，然后可以在基板1上设置粘合层2，再在粘合层2上设置重布线层3。
[0066]
请参考图5c，可以压入第二模具8，以定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置。
[0067]
请参考图5d，可以加热以使第二模具8从脱模层81脱模，再移除脱模层81以将种子层42留于预定位置。
[0068]
在一些可选的实施方式中，可以再移除脱模层81以将金属浸润层41和种子层42留于预定位置。
[0069]
请参考图5e，可以在种子层42上填入导电材料以形成导电柱43，得到电连接重布线层3与基板1的导通孔4。
[0070]
综上所述，图4a到图4i可以示出图1所示的半导体结构的第一制造过程。图5a到图5e可以示出图3所示的半导体结构的第二制造过程。相对于第二制造过程，第一制造过程包含了先利用第一模具7预先定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置以及移除残留的粘合层2的制程，而通过移除残留的粘合层2可以避免残留的粘合层2覆盖基板1的焊垫，更好地保证露出基板1的焊垫，进一步保证实现基本与重布线层3之间的电性连接，提高产品的良率。而相对于第一制造过程，第二制造过程不包含了先利用第一模具7预先定义出贯穿重布线层3和粘合层2的导通孔开孔的预定位置以及移除残留的粘合层2的制程，因此可以简化制程，提高产能。
[0071]
本公开的提供的制造半导体结构的方法能够实现与前述半导体结构类似的技术效果，这里不再赘述。
[0072]
尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效组件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的技术再现与实际实施之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图示视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本公开。