專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造方法，特別是關于裝有多塊半導體芯片的多層布線底板的布線間連接方法。
近年來，為謀求半導體器件的高密集化、小型化，已使用多芯片封裝，即把多塊構(gòu)成集成電路(IC)元件、分立半導體元件等的半導體芯片收容于一個組件內(nèi)。尤其是隨著要求電子設備功能的大規(guī)模化、高速化，例如邏輯大規(guī)模集成電路(LSI)的每個門的延遲時間快達幾百微微秒。對此，以往那種將許多雙列直插式組件(DIPdual inline package)直插式、插入式組件等裝在印刷線路板上的裝配形式使已高速化的LSI的性能不能充分發(fā)揮。即在信號傳遞時間方面，因芯片間的布線長而不能縮短其延遲時間。為此，現(xiàn)已開發(fā)出在一塊陶瓷襯底或者硅等半導體襯底上裝上多塊半導體芯片，使半導體芯片間布線長度大為縮短的高性能、高密集安裝的多芯片模塊(MCMmultichip module)。電路底板、半導體襯底上的布線間連接是構(gòu)成IC、LSI等半導體器件方面的重要制造工序之一。尤其是隨著半導體器件的高集成化、小型化的發(fā)展，在電路底板上形成多層布線，該多層布線間的有效連接對于形成高性能的半導體器件是必不可少的。
參見圖10，說明以往MCM多層布線底板的多層布線間的連接方法。例如，表面上形成有1000埃厚的熱氧化膜的硅襯底1上，形成具有所要布線圖案的第一層布線2。該布線2具有由各層厚度約為600埃的兩層Ti和夾于此兩層Ti之間的約3μm厚的一層cu構(gòu)成的Ti/cu/Ti疊層結(jié)構(gòu)，其制造方法是利用真空蒸鍍法或者濺射法。接著，對半導體襯底全面涂聚酰亞胺溶液，使之干燥后形成聚酰亞胺絕緣膜3(僅為一例)。并用光刻技術在聚酰亞胺膜3上形成接觸孔31后，形成作為層間絕緣膜的聚酰亞胺膜3。再用與第1層布線相同的過程，在其上面形成Ti/cu/Ti、Al等第2層布線4。此時，第2層布線4也形成于上述接觸孔31內(nèi)，所以第1層及第2層布線相互電氣連接。重復此過程能使更多層布線相互連接。
接觸孔開孔時，需要光刻技術、RIE(反應離子腐蝕)等腐蝕技術、光刻膠剝離等過程。采用聚酰亞胺時，可用膽堿溶液進行濕式腐蝕，但有機絕緣膜的加工不能濕式腐蝕，要靠干式腐蝕，因濕式腐蝕溶液的使用受大幅度限制的場合多，絕緣膜所具有的特性與制造成本不能兩全其美。又因?qū)娱g絕緣膜的厚度約為10μm，若上層布線密度高，則形成上層布線時要求下層平坦。
本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，目的在于提供容易制造，而且能以較少的過程形成用于布線間連接的金屬柱的同時，能進行絕緣膜平坦化的半層體器件制造方法。
本發(fā)明的特征是用絲網(wǎng)印刷在裝載半導體芯片的MCM的多層布線底板等電路底板、半導體襯底的布線上形成金屬柱，在其上面覆絕緣膜，使該金屬柱從絕緣膜內(nèi)露出，在其上面形成上層布線后進行這些布線間的連接。
也就是說，本發(fā)明半導體器件的制造方法的特征在于具有①在由裝有多塊半導體芯片的半導體襯底或者絕緣底板構(gòu)成的電路底板上形成下層布線的過程；②用具有對應于上述下層布線所希望位置的開口的絲網(wǎng)版將金屬漿料作絲網(wǎng)印刷，對印上的金屬漿料進行熱處理干燥和燒結(jié)，在上述電路底板上的包含上述下層布線的所定區(qū)域上形成金屬柱的過程；③形成覆蓋上述下層布線和上述金屬柱的絕緣膜，并使上述金屬柱前端露出的過程；④在上述絕緣膜上形成上層布線，使之疊在上述金屬柱露出的前端的過程。
形成覆蓋上述下層布線和上述金屬柱的絕緣膜，并使上述金屬柱的前端露出的過程中，在上述電路底板上先形成層間絕緣膜，使上述下層布線及上述金屬柱埋入膜內(nèi)后，對該絕緣膜表面進行深腐蝕，直至上述金屬柱的前端露出。用半導體襯底作上述電路底板時，以絕緣膜覆蓋該半導體襯底的表面。通過具有所希望布線圖案開口的絲網(wǎng)版，將金屬漿料印刷至上述電路底板上。通過對被印上的金屬漿料進行熱處理的干燥和燒結(jié)，便能在上述電路底板上形成上述下層布線或者上述上層布線，或者是上述上層及下層的雙重布線。
由于利用絲網(wǎng)印刷在半層體襯底、電路底板等上形成布線間作連接的連接電極等導電膜，當采用光刻過程，腐蝕過程且進行深腐蝕時，層間絕緣膜表面被平整化，不必再進行平坦化過程，較之以往通過層間絕緣膜上形成的開孔進行布線間連接的過程，能大幅度地削減制造過程。
以下參照


本發(fā)明的實施例。
參見圖1至圖4說明第1實施例。圖1是本實施例的多層布線底板的剖面圖、圖2至圖4是其制造過程剖面圖。作為電路底板半導體襯底1由硅半導體襯底構(gòu)成，半導體襯底正面上形成約厚1000埃的硅的熱氧化膜(圖中未示出)，在其上面形成多層布線。此實施例用硅半導體襯底，但該底板也可用由裝載半導體芯片等的AIN等構(gòu)成的電路底板。而且，即使用硅半導體襯底，在其上形成聚酰亞胺等層間絕緣膜，也能在其上面形成上述多層布線。在此表面已形成硅熱氧化膜的半導體襯底1上形成具有所定布線圖案的下層第1布線2。該第1布線2既可以是半導體襯底1上的起始布線層，也可以已是形成第幾層。
用真空蒸鍍法、濺射法連續(xù)堆積約1000埃厚的Ti或者含Ti的塑料膜覆面金屬、約3μm厚的Cu、約1000埃厚的Pd后，用光刻過程作布線圖案，例如用HCl、HNO3和CH3COOH的混合液腐蝕Pd，用H2O2與C6H8O7的混合液腐蝕Cu、Ti，形成作為第1布線的20—30μm線寬的Pd/Cu/Ti系金屬布線圖案。在底板上表成光刻膠，對該底板腐蝕形成布線圖案，也可以通過該光刻膠用蒸鍍法等在底板上堆積布線用金屬，最后去除光刻膠而在底板上形成布線圖案。然后，用后述的絲網(wǎng)印刷法在金屬布線圖案上大致為30—50μm2正方形的邊緣部形成作為進行布線間連接的連接電極—金屬柱11(圖2)。印刷用金屬漿料采用例如約2000埃粒徑的Au粒子、玻璃熔接物(PbO)含量為15Wt％以下的材料。
第1布線2上用絲網(wǎng)印刷Au漿料后，在大氣環(huán)境中以200℃/hr的速度升溫，并在450℃下保持30分鐘進行燒結(jié)，形成上述Au金屬柱11。Au與第1布線2表面的Pd層具有良好密接性，接觸電阻小。接著向該半導體底板1上滴下約20000cp粘度的聚酰亞胺溶液，依次進行5000γpm/秒、1500γpm/秒的旋轉(zhuǎn)后，在氮氣環(huán)境中經(jīng)150℃/60分的干燥固化，形成約30μm厚的聚酰亞胺膜的層間絕緣膜3(參見圖3)。層間絕緣膜不只限于聚酰亞胺，也可以用PSG、硅氧化膜等。接著用膽堿溶液對該層間絕緣膜3全面進行深腐蝕，使Au金屬柱11的前端露出，再進行320℃/30分的最后固化，完全地形成層間絕緣膜3(參見圖4)。接著，用上述相同方法形成上層的由Pd/cu/Ti構(gòu)成的第2布線4。圖中雖未示出，但也可以在該布線4上，通過其后的層間絕緣膜形成第3、第4或更高層的布線，也可以立即形成BPSG等構(gòu)成的保護絕緣膜5。
如圖所示，用連接電極Au金屬柱11進行第1及第2布線的連接。該連接電極11埋于層間絕緣膜3，使位于上下的兩層布線電氣連接。漿料繞結(jié)后的Au含PbO，晶粒也小，電阻率較主體成分高，約為5μΩm，盡管因?qū)娱g絕緣膜耐熱限制不能通過多層布線后的高溫退火進行再結(jié)晶和加粗晶粒，但在金屬柱約高20μm，直徑約為30μm時的電阻值為1.4mΩ，不會妨礙半導體器件的特性。另外，由于無表面氧化，Au金屬柱與第2布線的接觸電阻變小。而且，本實施例通過深腐蝕聚酰亞胺，能在使金屬柱前端露出的同時進行平坦化。因此，還能用絲網(wǎng)印刷法在其上面形成金屬布線。不過因金屬漿料的燒結(jié)溫度上限限于層間絕緣膜的耐熱溫度以下，可用漿料受限制。
本發(fā)明的特征在于利用絲網(wǎng)印刷法。這種方法是在張設成版的絲網(wǎng)上，主要用照相制版法形成由開口部分和非開口部分組成的圖案后，構(gòu)成絲網(wǎng)印刷版，再置印刷用漿料于該版上，使涂刷器在絲網(wǎng)面上滑動接觸，以上述開口部分壓出漿料，從而將圖案轉(zhuǎn)印至置于絲網(wǎng)之下的被印刷面。至于印刷方法，有圖5的方法和圖6的方法。圖5為絲網(wǎng)印刷機印刷方式剖面圖。網(wǎng)版15是將絲網(wǎng)13四邊拉張在木制或金屬制矩形框架12上，使其處于具有規(guī)定張力的狀態(tài)下用粘接劑等安裝而成。印刷時，讓靠真空吸附等裝載、固定于印刷臺14上的半導體襯底1同絲網(wǎng)13之間存有空隙(d)，并通過對框架12進行固定，將網(wǎng)版15裝在印刷機主體上。
此時，絲網(wǎng)13如雙點點劃線所示，為水平張拉狀態(tài)。在此狀態(tài)下將漿料16涂在絲網(wǎng)上。接著讓涂刷器17壓接絲網(wǎng)13，使絲網(wǎng)壓在半導體襯底1的表面上與其接觸。此時，絲網(wǎng)13被拉伸，為實線所示狀態(tài)。此狀態(tài)下使涂刷器17向箭號方向移動，通過絲網(wǎng)13的開口部分將漿料16翻印至半導體襯底1。伴隨涂刷器17的移動，絲網(wǎng)13因其張力依次進行所謂邊脫離網(wǎng)版邊移動與半導體1的接觸位置的印刷。本實施例中采用圖6的印刷法。圖6為絲網(wǎng)印刷機印刷方式剖面圖，圖7為其俯視圖。該印刷機具有固定框架18和可動框架19，可動框架19以固定框架18為支點作移動。設半導體襯底1的絲網(wǎng)印刷面與可動框架19所成角度為θ，則因?qū)谕克⑵?7移動，網(wǎng)版15自由端的可動框架19向上抬起，使上述角度θ按θ1、θ2、θ3依次變大，所以半導體襯底1的絲網(wǎng)印刷面與網(wǎng)版15之間的間隙d在印刷時總是為零。由于不存在涂刷器撳壓等引起的網(wǎng)版15變形，故印刷精度提高。
上述實施例中用半導體襯底作裝載由多個集成電路元件、分立半導體元件等構(gòu)成的半導體芯片的電路底板。因該底板為導電性，所以其表面再形成硅等氧化膜、聚酰亞胺等絕緣膜。然后，將半導體芯片裝載其上。該絕緣膜的一部分，也可以用來作為例如該半導體器件構(gòu)件中所包括的電容器的介質(zhì)。形成電阻時，在絕緣膜上用絲網(wǎng)印刷等將導電膜形成在適當?shù)膮^(qū)域。
下面，參照圖8說明第2實施例。圖8為用本實施例做成的半導體器件的電路底板剖面圖。電路底板1利用AIN底板，在其上形成多層布線。本實施例中是用硅半導體襯底作底板，但也可以用裝有半導體芯片等的AIN等構(gòu)成的電路底板。在該AIN底板1上形成具有所定圖案的第1布線2。形成該布線時，如圖6所示，首先通過具有所定布線圖案的絲網(wǎng)，將含15wt％以下玻璃熔接物(PbO)的Ag、Cu等金屬漿料涂印至AIN底板1上，將其燒結(jié)后形成由此Ag等構(gòu)成的20—30μm線寬的第1布線2。接著用絲網(wǎng)印刷法在第1金屬布線2上的大致為30—50μm2正方形邊緣部上形成作布線間連接的連接電極—金屬柱11。印刷用金屬漿料采用例如約2000埃粒徑的Au粒、玻璃熔接物(PbO)含量為15wt％以下的材料。
在第1布線2上用絲網(wǎng)印刷Au漿料后，在大氣環(huán)境中，以2000℃/hr的速度升溫，并在450℃下保持30分鐘，進行燒結(jié)后，形成上述Au金屬柱11。接著，向該半導體襯底1上滴下約20000cp粘度的聚酰亞胺溶液，依次進行500γpm/10秒、1500γpm/15秒的旋轉(zhuǎn)后，于氮氣環(huán)境中作150℃/60分的干燥固化，形成約30μm厚的聚酰亞胺膜層間絕緣膜3。再用膽堿溶液對該層間絕緣膜3全面深腐蝕，使Au金屬柱11的前端露出后進行320℃/30分的最后固化，完全地形成層間絕緣膜3。接下來，與上述一樣，用圖6所示絲網(wǎng)形成第2布線4。在其上面形成由PSG等構(gòu)成的保護絕緣膜5。用于第2布線的材料，因金屬漿料燒結(jié)溫度上限被限制在層間絕緣膜的耐熱溫度以下，所以可用材料受限制。由于本實施例的第1布線、第2布線以及金屬柱都用絲網(wǎng)印刷形成，所以較前述實施例過程更簡化。
接著，參照圖9說明第3實施例。圖9為用本實施例做成的半導體器件的電路底板剖面圖。電路底板1，采用AIN底板，在其表面上形成具有所定圖案的第1布線2。用真空蒸鍍法、濺射法等連續(xù)堆積約1000埃厚的Ti或者含Ti的塑料膜覆面金屬、約3μm厚的Cu和約1000埃厚的Pd后，用光刻作布線圖案，例如用HCl、HNO3和CH3COOH的混合液腐蝕Pd、用H2O2和C8H8O7的混合液腐蝕Cu、Ti，形成作為第1布線的20—30μm線寬Pd/Cu/Ti系金屬布線2。然后，用絲網(wǎng)印刷法在金屬布線2上大致為30—50μm2正方形的邊緣部形成作布線間連接的金屬柱11。印刷用金屬漿料，采用例如約2000埃粒徑的Au粒子、玻璃熔接物(PbO)含量為15wt％以下的材料。將Au漿料用絲網(wǎng)印刷至第1布線2上后，在大氣環(huán)境中以200℃/hr的速度升溫，并在450℃下保持30分鐘燒結(jié)后，形成上述Au金屬柱11。
接著，向該半導體襯底1滴下約20000cp粘度的聚酰亞胺溶液，依次進行500γpm/10秒、1500γpm/15秒的旋轉(zhuǎn)后，置于氮氣環(huán)境中作150℃/60分的干燥固化，形成30μm厚的聚酰亞胺膜層間絕緣膜3。再用膽堿溶液對該層間絕緣膜全面深腐蝕，使Au金屬柱11的前端露出后，進行320℃/30分鐘的最后固化，使層間絕緣3完全固化。接著，用絲網(wǎng)印刷法形成第2布線4。為形成此布線，首先通過例如圖6所示具有所定布線圖案的絲網(wǎng)，將含15wt％以下玻璃熔接物(PbO)的Ag、Cu、Al等金屬漿料涂印至AIN底板1上。然后，進行燒結(jié)，形成由Ag等構(gòu)成的20—30μm線寬的第2布線4。在其上面形成由PSG等構(gòu)成的保護絕緣膜5。
本實施例用濺射法來形成第1布線，用絲網(wǎng)印刷法來形成第2布線，但也能用絲網(wǎng)印刷法來形成第1布線，用濺射法來形成第2布線。
用上述絲網(wǎng)印刷形成的金屬柱，在上述實例中是采用Au，除此外，還能用Pd、Pt、Ag等材料。
上述本發(fā)明的實施例中，布線的形成采用濺射、真空蒸鍍、絲網(wǎng)印刷等方法，但本發(fā)明不限于這些，例如也有以用氣體淀積法，即用惰性氣體將受蒸發(fā)的金屬微粒化，再利用該微粒子發(fā)生處與電路底板裝載處之間的壓差，將微粒子吹至該電路底板，在其上形成由微粒子構(gòu)成的布線。
本發(fā)明，根據(jù)上述構(gòu)成，在形成底板上的多層布線時，由于用絲網(wǎng)印刷法形成作布線間連接的導電膜，所以層間絕緣膜上不必開孔，能省去用于形成它的光刻過程和腐蝕過程。而且，由于對層間絕緣膜作深腐蝕使上述導電膜露出時該層間絕緣膜表面進行平坦化，所以可在深腐蝕后于層間絕緣膜上連續(xù)形成上層布線，能大幅度地縮短制造過程。
圖1是本發(fā)明第1實施例的多層布線底板的剖面圖；圖2是圖1多層布線底板的制造過程剖面圖；圖3是圖1多層布線底板的制造過程剖面圖；圖4是圖1多層布線底板的制造過程剖面圖；圖5是說明本發(fā)明所用的布線圖案印刷方法的剖面圖；圖6是說明本發(fā)明所用布線圖案印刷方法的剖面圖；圖7是說明圖6印刷方法的俯視圖；圖8是本發(fā)明第2實施例的多層布線底板的剖面圖；圖9是本發(fā)明第3實施例的多層布線底板的剖面圖；圖10是以往多層布線底板的剖面圖。
以下作圖中標號說明，1底板(電路底板、半導體襯底)、2第1布線、3層間絕緣膜、4第2布線、5絕緣保護膜、11導電膜(金屬柱)、12絲網(wǎng)框架、13絲網(wǎng)、14印刷臺、15網(wǎng)版、16漿料、17涂刷器、18固定框架、19可動框架、20被印刷面、21層間絕緣膜的接觸孔。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，其特征在于具有①在由裝有多塊半導體芯片的半導體襯底或者絕緣底板構(gòu)成的電路底板上形成下層布線的過程；②用具有對應于上述下層布線所希望位置的開口的絲網(wǎng)版將金屬漿料作絲網(wǎng)印刷，對印上的漿料進行熱處理的干燥和燒結(jié)，在上述電路底板上的包含上述下層布線的所定區(qū)域上形成金屬柱的過程；③形成覆蓋上述下層布線和上述金屬柱的絕緣膜，并使上述金屬柱前端露出的過程；④在上述絕緣膜上形成上層布線，使之疊在上述金屬柱露出的前端的過程。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，形成覆蓋上述下層布線和上述金屬柱的絕緣膜，并使上述金屬柱前端露出的過程中，在上述電路底板上，先形成層間絕緣膜使上述下層布線及上述金屬柱埋入膜內(nèi)，然后對該絕緣膜表面進行深腐蝕，直至上述金屬柱的前端露出。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導器件的制造方法，其特征在于用半導體襯底作上述電路底板時，該半導體襯底的表面覆絕緣膜。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體器件的制造方法，其特征在于覆蓋上述半導體襯底表面的絕緣膜所定區(qū)域，用作電容器的介質(zhì)。
5.根據(jù)權利要求1至4所述的半導體器件的制造方法，其特征在于通過具有所希望的布線圖案開口的絲網(wǎng)版，將金屬漿料用絲網(wǎng)印刷至上述電路底板上，通過對印上的金屬漿料進行熱處理干燥和燒結(jié)，在上述電路底板上形成上述下層布線或者上述上層布線，或者是上述上層及下層的雙重布線。
全文摘要
一種半導體器件的制造方法，在表面用硅熱氧化膜絕緣的半導體襯底(1)上，用濺射等形成具有所定布線圖案的下層布線(2)，用絲網(wǎng)印刷在該下層布線上形成作為連接電極的金屬柱(3)將該金屬樁埋入，再對該絕緣膜深腐蝕，使金屬柱前端露出，并在絕緣膜上加與金屬柱前端連接的布線(4)，使兩層布線電氣連接。本發(fā)明在形成用于布線間連接的金屬柱的同時，使絕緣膜平坦化，制造容易且過程少。
文檔編號H05K3/40GK1126369SQ9312136
公開日1996年7月10日 申請日期1993年12月24日 優(yōu)先權日1993年1月15日
發(fā)明者江澤弘和, 宮田雅弘 申請人:東芝株式會社