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.半导体晶圆制程能力年年提升，半导体基板的制程能力亦要跟上脚步才能符合芯片与基板的对接。focos(fan out chip on substrate)是现在结合fan
‑
out与substrate的主要方法，fosub(fan
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out substrate)是另外一个结合fan
‑
out与substrate的另一种方法，通过粘合层(adhesion film)去结合fan
‑
out(rdl layer)与substrate，再通过导通孔(via)去联通fan
‑
out与substrate之间的电性通道。
3.现今fosub制程中，在fan out结构通过adhesive film固定于substrate后，再开孔以形成via，但又受限于现今激光(laser)制程能力的极限(最小孔径和最大孔深)，无法制备出小孔径以及一次性满足孔深。若选择等离子(plasma)蚀刻，会出现侧蚀现象，造成孔壁异常的情形。而导通孔制作的质量，会影响重布线层与基板之间的电连接性能，影响半导体结构的稳定性。


技术实现要素：

4.本公开提供了半导体结构及其制造方法。
5.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，具有衬垫；粘合层，设于基板上；第一重布线层，设于粘合层上；至少一个导通孔，导通孔包括自下而上设置的第二导通孔和第一导通孔，第一导通孔延伸于第一重布线层至粘合层中，第二导通孔延伸于粘合层至基板的衬垫。
6.在一些可选的实施方式中，各第一导通孔的下端面位于同一水平位置。
7.在一些可选的实施方式中，各第二导通孔的高度不同。
8.在一些可选的实施方式中，第一导通孔包括第一种子层、第二种子层以及导电柱。
9.在一些可选的实施方式中，第二导通孔包括第二种子层和导电柱。
10.在一些可选的实施方式中，第一导通孔的下开孔的孔径大于第二导通孔的孔径。
11.在一些可选的实施方式中，第二导通孔在朝向基板的方向上先逐渐膨胀再逐渐收缩。
12.在一些可选的实施方式中，该半导体结构还包括：第二粘合层，设于第一重布线层上；第二重布线层，设于第二粘合层上；第三导通孔，电连接第一重布线层和第二重布线层。
13.在一些可选的实施方式中，该半导体结构还包括：电子元件，电性连接第一重布线层和/或第二重布线层；底部填充材，以填充电子元件与第二重布线层之间的缝隙。
14.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：提供载体，载体包括导通孔开孔模具、脱模层、第一种子层以及第一重布线层；通过粘合层将载体结合至基板上，基板具有衬垫；移除导通孔开孔模具和脱模层，以定义出延伸于第一重布线层至粘合层中的第一导通孔开孔；移除部分粘合层以露出衬垫，以定义出延伸于粘合层至基板的
第二导通孔开孔；在第一导通孔开孔和第二导通孔开孔中依次形成第二种子层和导电柱，形成电性连接第一重布线层和基板的导通孔。
15.在一些可选的实施方式中，载体是通过以下步骤形成的：提供晶圆；刻蚀晶圆，以形成导通孔开孔模具；在导通孔开孔模具上依次形成脱模层、第一种子层以及第一重布线层；刻蚀部分第一种子层，以露出脱模层的尖端，以形成包括依次设置的导通孔开孔模具、脱模层、第一种子层以及第一重布线层的载体。
16.在一些可选的实施方式中，该方法还包括：提供第二重布线层；通过第二粘合层将第二重布线层结合至第一重布线层上；在第二重布线层上形成第三导通孔，以电连接第一重布线层和第二重布线层。
17.为了解决导通孔开孔受限于现今激光(laser)制程能力的极限(最小孔径和最大孔深)，无法制备出小孔径以及一次性满足孔深，或选择等离子(plasma)蚀刻，会出现侧蚀现象，造成孔壁异常的情形的问题，本公开提供的半导体结构及其制造方法，通过将预先形成的用于定义导通孔开孔(via opening)的模具(例如细柱fine/thin post)和第一重布线层(fan
‑
out)结合至基板上的粘合层上，并通过移除用于定义导通孔开孔的模具，以于第一重布线层定义出第一导通孔开孔，再通过等离子刻蚀移除部分粘合层露出基板的衬垫，以定义出第二导通孔开孔，最后于第一导通孔开孔和第二导通孔开孔中填充导电材料以形成电性连接第一重布线层和基板的导通孔(via)，提高了半导体结构的稳定性，有利于提高产品良率。另外，通过等离子刻蚀移除部分粘合层露出基板的衬垫，以定义出第二导通孔开孔，易于导通孔底部接触匹配厚度不一致的衬垫，避免了由于基板的衬垫厚度不一致而引起的各种电性连接问题。
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
‑
图10是根据本公开的半导体结构的一个实施例的第一结构示意图至第十结构示意图；
20.图11a到图11h是根据本公开的半导体结构的制造过程中的结构示意图。
21.符号说明：
[0022]1‑
基板，2
‑
粘合层，21
‑
颗粒，3
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第一重布线层，4
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导通孔，41
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第一导通孔，411
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第一种子层，412
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第二种子层，413
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导电柱，42
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第二导通孔，5
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第二粘合层，6
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第二重布线，7
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第三导通孔，8
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电子元件，9
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载体，91
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晶圆，92
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导通孔开孔模具，93
‑
脱模层，10
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底部填充材，11
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导线，12
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多层重布线层。
具体实施方式
[0023]
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。
[0024]
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。
[0025]
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0026]
请参考图1
‑
图10，图1
‑
图10示出了根据本公开的半导体结构的一个实施例的第一结构示意图至第十结构示意图。
[0027]
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。如图1所示，该半导体结构可以包括：基板1、粘合层2、第一重布线层3以及至少一个导通孔4。基板1具有衬垫。粘合层2设于基板1上。第一重布线层3设于粘合层2上。导通孔4包括自下而上设置的第二导通孔42和第一导通孔41，第一导通孔41延伸于第一重布线层3至粘合层2中，第二导通孔42延伸于粘合层2至基板1的衬垫。
[0028]
基板1可以包括有机物和/或无机物，有机物例如可以是：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，无机物例如可以是硅(si)，玻璃(glass)，陶瓷(ceramic)，氧化硅，氮化硅，氧化钽等。基板1也可以是pcb(printed circuit board，印制电路板)。
[0029]
粘合层2可以是结构之间起粘接作用的结构层。
[0030]
第一重布线层3中可以设置有各种导线、通孔、埋孔或盲孔以实现线路连接。需要说明的是，这里对通孔、埋孔或盲孔的大小或方向并不做具体限定。如果设置有通孔、埋孔或盲孔，则通孔、埋孔或盲孔中可以填充例如金属或金属合金的导电材料，或包含例如金属或金属合金的导电材料。这里，金属例如可以是金(au)、银(ag)、铝(al)、铜(cu)或其合金。
[0031]
导通孔4可以实现基板1与第一重布线层3之间的电性连接。
[0032]
在一些可选的实施方式中，如图1所示，各第一导通孔41的下端面可以位于同一水平位置。
[0033]
这里，由于第一导通孔41是由预先形成的用于定义导通孔4开孔的模具所定义的，该模具可以具有至少一个高度相同的细柱，所以所定义出的各第一导通孔41的高度相同，各第一导通孔41的下端面可以位于同一水平位置。
[0034]
在一些可选的实施方式中，如图1所示，各第二导通孔42的高度可以不同。
[0035]
这里，由于基板1的衬垫厚度不一致，所以通过等离子刻蚀移除部分粘合层2露出基板1的衬垫，所定义出的第二导通孔42的高度可以不同，以暴露厚度不一致的衬垫。
[0036]
在一些可选的实施方式中，如图1所示，第一导通孔41可以包括设置的第一种子层411、第二种子层412以及导电柱413。
[0037]
这里，第一导通孔41是于第一重布线层3所定义出的，而第一重布线层3时预先形成的，在预先形成的过程中包括所设置的第一种子层411。
[0038]
在一些可选的实施方式中，如图1所示，第二导通孔42可以包括设置的第二种子层412和导电柱413。
[0039]
在一些可选的实施方式中，如图10所示，第一导通孔41的下开孔的孔径可以大于第二导通孔42的孔径。
[0040]
在一些可选的实施方式中，如图10所示，第二导通孔42在朝向基板1的方向上可以先逐渐膨胀再逐渐收缩。
[0041]
在一些可选的实施方式中，如图2所示，半导体结构还可以包括第二粘合层5。第二粘合层5可以设于第一重布线层3上。第二重布线层6可以设于第二粘合层5上。第三导通孔7可以电连接第一重布线层3和第二重布线层6。
[0042]
在一些可选的实施方式中，如图5所示，该半导体结构还可以包括电子元件8和底部填充材10。电子元件8可以电性连接第一重布线层3和/或第二重布线层6。底部填充材10可以填充电子元件8与第二重布线层6之间的缝隙。
[0043]
在一些可选的实施方式中，如图6所示，该半导体结构还可以包括导线11。可以通过导线11的两端分别与电子元件8和第二重布线层6引线键合，而形成电性连接。
[0044]
在一些可选的实施方式中，如图3所示，第一重布线层3可以是多层重布线层12。
[0045]
在一些可选的实施方式中，如图4所示，基板1可以是重布线层。
[0046]
在一些可选的实施方式中，如图7所示，粘合层2还可以包括颗粒21。颗粒例如可以是填充料(fillers)，以增强结构强度。
[0047]
在一些可选的实施方式中，如图8所示，导电柱413可以是非完全填充，例如可以在导电柱413中心设置通孔。可以节省成本，避免完全填充容易产生空隙而影响电性效果的问题。
[0048]
在一些可选的实施方式中，如图9所示，导通孔4的上开孔孔径d可以在10微米到20微米之间，导通孔4的下开孔孔径d可以在3微米到10微米之间，导通孔4的上开孔孔径d和导通孔4的下开孔孔径d的比值在0.65到1之间。第一重布线层3的厚度t1可以在3微米到10微米之间，粘合层2的厚度t2可以在10微米到40微米之间，粘合层2到基板1的距离a可以在20微米到60微米之间，衬垫的厚度h可以在5微米到20微米之间，第一导通孔41在粘合层2中的高度p在5微米到30微米之间，第二导通孔42的高度k在5微米到20微米之间。导通孔4的侧壁角θ在30度到80度之间，第一重布线层3的厚度t1与粘合层2的厚度t2的和与导通孔4的上开孔孔径d之间的比值在0.65到5之间。
[0049]
本公开提供的半导体结构，通过将预先形成的用于定义导通孔4开孔(via opening)的模具(例如细柱fine/thin post)和第一重布线层3(fan
‑
out)结合至基板1上的粘合层2上，并通过移除用于定义导通孔的导通孔开孔模具92，以于第一重布线层3定义出第一导通孔41开孔，再通过等离子刻蚀移除部分粘合层2露出基板1的衬垫，以定义出第二导通孔42开孔，最后于第一导通孔41开孔和第二导通孔42开孔中填充导电材料以形成电性连接第一重布线层3和基板1的导通孔4(via)，提高了半导体结构的稳定性，有利于提高产品良率。另外，通过等离子刻蚀移除部分粘合层2露出基板1的衬垫，以定义出第二导通孔42开孔，易于导通孔4底部接触匹配厚度不一致的衬垫，避免了由于基板1的衬垫厚度不一致而引起的各种电性连接问题。
[0050]
图11a到图11h是根据本公开的半导体结构的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11d，提供载体9，载体9可以包括导通孔开孔模具92、脱模层93、第一种子层411以及第一重布线层3。
[0052]
在一些可选的实施方式中，请参考图11a
‑
图11d，载体9可以是通过以下步骤形成的：提供晶圆91(图11a)。刻蚀晶圆91，以形成导通孔开孔模具92(图11b)。在导通孔开孔模具92上依次形成脱模层93、第一种子层411以及第一重布线层3(图11c)。刻蚀部分第一种子层411，以露出脱模层93的尖端，以形成导通孔开孔模具92、脱模层93、第一种子层411以及第一重布线层3的载体9(图11d)。
[0053]
请参考图11e，通过粘合层2将载体9结合至基板1上，基板1具有衬垫。
[0054]
请参考图11f，移除导通孔开孔模具92和脱模层93，以定义出延伸于第一重布线层3至粘合层2中的第一导通孔开孔。移除部分粘合层2以露出衬垫，以定义出延伸于粘合层2至基板1的第二导通孔开孔。
[0055]
请参考图11g，在第一导通孔开孔和第二导通孔开孔中依次形成第二种子层412和导电柱413，形成电性连接第一重布线层3和基板1的导通孔4。
[0056]
在一些可选的实施方式中，请参考图11h，该方法还可以包括：提供第二重布线层6。通过第二粘合层5将第二重布线层6结合至第一重布线层3上。在第二重布线层6上形成第三导通孔7，以电连接第一重布线层3和第二重布线层6。
[0057]
本实施例中的方法能够实现与前述实施例中的半导体封装结构类似的技术效果，这里不再赘述。
[0058]
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元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设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，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在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。