TWI405869B

TWI405869B - Substrate with metal layer and method for manufacturing the same

Info

Publication number: TWI405869B
Application number: TW98143314A
Authority: TW
Inventors: Te Pang Chao
Original assignee: Perusetech Company
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2013-08-21
Also published as: TW201122152A

Description

具金屬層之底材及其製造方法

本發明係有關一種具金屬層之底材，以及與其相關之製作方法，旨在簡化整體製作流程、節省金屬使用量，以及降低生產設備成本。

眾所皆知，薄化金屬層是達成電路板或半導體晶片的多層化、絕緣層的薄膜化、通孔的小直徑化、電路的窄間距化等最直接有效之方法。目前用以製作薄化金屬層之方法，乃係在半導體晶片或合成樹脂薄膜表面上利用真空蒸鍍或濺鍍等方法來形成金屬薄膜，或再利用電鍍等方法形成所要求的厚度。

利用蒸鍍或濺鍍方式沉積形成金屬層之製造流程中，所欲沉積之金屬材質係可沉積於欲鍍物上外，亦會沉積於蒸鍍或濺鍍設備之真空腔體內壁上，造成靶材不必要的浪費，以致整體製造上之成本提高，更嚴重者，也將使真空腔體潔淨度大幅降低，進而影響其所沉積形成之金屬層的品質與良率。

是以，上述習用欲鍍物上之金屬層為由蒸鍍或濺鍍方式所沉積形成以致使用時仍存在有諸多問題與缺失，且尚有待進一步改良之必要，即為本發明人與從事於此行業者所亟欲改善之方向所在。

有鑑於此，本發明即在提供一種具金屬層之底材及其製作方法，該方法係可取代傳統製作圖案化金屬接點或線路的曝光與蝕刻製程，進而節省金屬使用量、簡化製作流程，以及降低生產設備成本者。

為達上述目的，本發明主要利用電漿表面處理造成底材表面之親水性或疏水性區域，並使用一種表面處理溶液在底材的親水或疏水表面附著一層由有機物或無機物形成之觸媒層或交換層或隔絕層，再使用一種金屬溶液，使觸媒層或交換層之表面因為觸媒反應或交換反應形成一金屬層；至於，隔絕層則可保護其他區域避免金屬沉積，且該金屬層係可被圖案化，供做為電路接點或線路，俾可以取代傳統製作圖案化金屬接點或線路的曝光與蝕刻製程，進而節省金屬使用量、簡化製作流程，以及降低生產設備成本。

本發明之次一目的係可以在粗糙底材上，製作出平坦的金屬接點或線路，並且具有填覆底材凹洞的能力，使沉積出的金屬層粗糙度大幅降低，提高後續製程中金屬表面的辨識度。

本發明之又一目的係可獲得純度極高的金屬層，藉以提升後續製程對於金屬接點表面的附著力，保障產品之良率。

本發明之特點，可參閱本案圖式及實施例之詳細說明而獲得清楚地瞭解。

本發明具金屬層之底材及其製造方法，主要利用電漿表面處理造成底材表面之親水性或疏水性區域，並使用一種表面處理溶液在底材的親水或疏水表面附著一層由有機物或無機物形成之觸媒層或交換層或隔絕層，再使用一種金屬溶液，使觸媒層或交換層之表面因為觸媒反應或交換反應形成一金屬層。

具體而言，本發明具金屬層之底材製作方法，可主要區分為利用電漿於底材表面產生疏水性區域、利用電漿於底材表面產生親水性區域，以及利用電漿於底材表面產生疏水性區域及親水區域三種不同施作方式；其中，利用電漿於底材表面產生疏水性區域之施作方式基本上係依序包括有下列步骤：

a.備製一底材，該底材可為半導體或二極體之晶圓或晶片(如IC、電晶體、發光二極體、雷射二極體等)或矽、二氧化矽、玻璃、玻璃纖維、砷化鎵、藍寶石、塑膠、金屬、PVDF、PTFE、PET、PI、PP、其他高分子薄膜或基板等。

b.如第一圖(A)所示，對該底材10表面之外露區域施以電漿處理，可於該底材10上覆蓋一具預定圖案之遮罩20，並對該底材10表面外露之區域施以電漿處理，如第一圖(B)所示，使該底材10表面外露之區域成為疏水性區域11；該電漿處理之氣體可包含CF₄ 、SF₆ 或其他單一種類或其多種氣體之混合。

c.如第一圖(C)所示，將該表面具有疏水性區域11之底材10浸泡入表面處理溶液內，藉由表面能使非屬於疏水區域11之其它區域附著一觸媒層13(或交換層)。

d.最後將經過表面溶液浸泡處理之底材10浸泡入金屬溶液內，即可使形成觸媒層13(或交換層)之區域藉由有機物或無機物之觸媒反應或交換反應，而如第一圖(D)所示沉積一細緻度高且純度高之金屬層30。

當然，在上揭將該表面具有疏水性區域11之底材10浸泡入表面處理溶液之表面處理流程當中，亦可藉由表面能使疏水區域11附著一如第二圖所示之隔絕層14；相對的，該隔絕層14可以提供阻絕效果，避免後續製程於非需要沉積金屬區域產生可能的金屬沉積。

由於，本發明主要利用電漿表面處理造成底材表面之親水性或疏水性區域，並使用一種表面處理溶液在底材的親水或疏水表面附著一層由有機物或無機物形成之觸媒層或交換層或隔絕層，再使用一種金屬溶液，使觸媒層或交換層之表面因為觸媒反應或交換反應形成一金屬層，因此不會有如習用蒸鍍或濺鍍方式使靶材部份沉積於真空腔體內壁上造成不必要的浪費、整體製造成本之提高等缺失發生，同時因省略傳統製作金屬層之曝光與蝕刻製程，可簡化製程、降低生產設備成本。

尤其，可以在粗糙底材上，製作出平坦的金屬接點或線路，習用的蒸鍍或濺鍍方式會對應底材粗糙度產生相同粗糙度的金屬層，而本發明方法可以有填覆底材凹洞的能力，使沉積出的金屬層粗糙度大幅降低，提高後續製程中金屬表面的辨識度。

以及，利用本發明之方法可以產生純度極高的金屬層，習用的蒸鍍或濺鍍方式往往可能產生金屬的交叉汙染或零件耗損所產生的汙染，而本發明方法其金屬純度可高於99.9%，有效提升後續製程對於電路接點表面的附著力，保障產品良品率。

再者，本發明利用電漿於底材表面產生親水性區域之施作方式，基本上係依序包括有下列步骤：

b.如第三圖(A)所示，對該底材10表面之外露區域施以電漿處理，可於該底材10上覆蓋一具預定圖案之遮罩20，並對該底材10表面外露之區域施以電漿處理，如第三圖(B)所示，使該底材10表面外露之區域成為親水性區域12；該電漿處理之氣體可包含N₂ 、O₂ 、Ar、NH₃ 或其他單一種類或其多種氣體之混合。

c.將該表面具有親水性區域12之底材10浸泡入表面處理溶液內，如第三圖(C)所示，藉由表面能使親水區域12附著一觸媒層13(或交換層)。

d.最後將經過表面溶液浸泡處理之底材10浸泡入金屬溶液內，即可使形成觸媒層13(或交換層)之區域藉由有機物或無機物之觸媒反應或交換反應，而如第三圖(D)所示沉積一細緻度高且純度高之金屬層30。

至於，本發明利用電漿於底材表面產生疏水區域及親水性區域之施作方式，基本上係依序包括有下列步骤：

b.如第四圖(A)所示，對該底材10表面之外露區域施以電漿處理，可於該底材10上覆蓋一具預定圖案之遮罩20，並對該底材10表面外露區域施以電漿處理，如第四圖(B)所示，使該底材10表面外露區域成為親水性區域12；該電漿處理之氣體可包含N₂ 、O₂ 、Ar、NH₃ 或其他單一種類或其多種氣體之混合。

c.對該底材10表面非屬於親水性區域12之其它區域施以電漿處理，可如第四圖(C)所示於該底材10上覆蓋另一具有預定圖案之遮罩20用以將親水性區域12遮蔽，並對該底材10表面施以電漿處理，如第四圖(D)所示，使該底材10非屬於親水性區域12之其它區域成為疏水性區域11；該電漿處理之氣體可包含CF₄ 、SF₆ 或其他單一種類或其多種氣體之混合。

d.將該表面具有疏水區域11及親水性區域12之底材10浸泡入表面處理溶液內，如第四圖(E)所示，藉由表面能使親水區域12附著一觸媒層13(或交換層)，以及使疏水區域11附著一隔絕層14。

e.最後將經過表面溶液浸泡處理之底材10浸泡入金屬溶液內，即可使形成觸媒層13(或交換層)之區域藉由有機物或無機物之觸媒反應或交換反應，而如第四圖(F)所示沉積一細緻度高且純度高之金屬層30；同樣的，該底材10表面形成隔絕層14之區域則在隔絕層14之阻絕作用下，不致於產生金屬沉積。

原則上，本發明當中之表面處理流程，主要係將底材浸泡入表面處理溶液內，使親水區或疏水區藉由表面能附著一層由有機物或無機物形成之觸媒層或交換層或隔絕層，觸媒層或交換層可以提供後續金屬化製程所需的觸媒效果或金屬交換效果，而隔絕層可以提供阻絕效果避免後續製程於非需要沉積金屬區域產生可能的金屬沉積。

此步驟亦可將表面處理溶液加溫至溫度介於攝氏30~80度之間，使底材溫度提高可提供後續製程較高的表面能。而親水區域上方可形成觸媒層或交換層或隔絕層，則可視製程需要調整表面處理溶液內成分與比例，以達到形成所需的材料層；疏水區域上方則主要形成隔絕層，此時表面處理溶液內主要包含親水性或疏水性的有機或無機材料，如界面活性劑、磷酸鹽類、硫酸鹽類、亞硫酸鹽類、苯磺酸鹽類、脂肪酸鹽類、酒石酸鹽類、長鍊烷類、無機酸、有機酸、高分子材料、硫醇類、硫脲類等，或其他金屬如鉈、鉛、鉍、鎳、銀、金、鈀、錫、鉛、鋅、銅、鋁、鉻、鐵、白金等。溶液主成分可為水或其他有機、無機溶劑等。

至於，本發明當中之金屬溶液處理流程，主要將底材浸入一金屬溶液內，使觸媒層或交換層上方藉由有機物或無機物之觸媒反應或交換反應沉積一層金屬，可產生一層細緻度高且純度高之金屬接點或線路，而隔絕層上方則不會產生金屬沉積。此金屬溶液內主要包含如界面活性劑、磷酸鹽類、硫酸鹽類、亞硫酸鹽類、苯磺酸鹽類、脂肪酸鹽類、酒石酸鹽類、長鍊烷類、無機酸、有機酸、高分子材料、硫醇類、硫脲類等，以及其他金屬如鉈、鉛、鉍、鎳、銀、金、鈀、錫、鉛、鋅、銅、鋁、鉻、鐵、白金等；且金屬接點或線路形成後，原本的觸媒層或交換層可能仍存在或厚度變薄亦或不存在。

在此步驟中，金屬沉積速率約每小時0.1~10μm，沉積厚度約0.1~10μm；同樣的此步驟亦可將金屬溶液加溫至溫度介於攝氏30~80度之間，使溶液溫度提高可提供較高的化學能以提升沉積速率。

值得一提的是，上述三種不同施作方式所使用之底材表面係可預設有金屬材，以第五圖(A)至(D)所示之實施方式為例：

本發明中之底材係可如第五圖(A)所示，預先於表面預設具有預定圖案之金屬材40，該金屬材40可為鎳、銀、金、鈀、錫、鉛、鋅、銅、鋁、鐵、白金、鈦、鍺、鎵、銦、鉮等單層金屬材或複合層金屬材，並可選擇性對該底材10之非屬於金屬材40之表面外露區域施以電漿處理，如第五圖(B)所示，使該底材10表面外露區域成為疏水區域11(或親水區域)；同時亦可視製程需要，調整表面處理溶液內成分與比例，如第五圖(C)所示，使觸媒層13(或交換層)只形成於該金屬材40上方，而疏水區域11(或親水區域)上方則形成隔絕層14(或不另外形成隔絕層)，最後經金屬溶液浸泡處理之後即可使形成觸媒層13(或交換層)之區域藉由有機物或無機物之觸媒反應或交換反應，而如第五圖(D)所示沉積一細緻度高且純度高之金屬層30，此外，原金屬材40亦可能提供直接或間接的觸媒或交換效果使金屬層30更能良好的附著於金屬材40上。

在此實施例中，該觸媒層13(或交換層)下方有金屬材40，其所附加於金屬材40上方之金屬層30材質可與下方之金屬材40相同或不同；故，利用本發明之方法所製作之底材10結構，係於表面附加有純度達99.9%之金屬層；或是，於表面設有具預定圖案金屬材，並於該金屬材上附加有純度達99.9%之金屬層，且該金屬材層係可被圖案化，以供做為特定用途之電路接點或線路。

再者，上述各實施例中，該底材10亦可以為複合材料，如第六圖(A)所示，該底材10係由兩種不同第一、第二基材10a、10b所複合而成，再利用電漿表面處理造成底材表面之親水性或疏水性區域，如第六圖(B)所示之實施例中，係於該第一基材10a上形成親水區12，並使用一種表面處理溶液在第一基材10a的親水區12表面附著一層由有機物或無機物形成之觸媒層13(或交換層)，如第六圖(C)所示，再使用一種金屬溶液，使觸媒層13(或交換層)之表面因為觸媒反應或交換反應形成一金屬層30，如第六圖(D)所示。

如上所述，本發明提供一種具高純度金屬層之底材結構，以及與其相關之製作方法，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10．．．底材

10a．．．第一基材

10b．．．第二基材

11．．．疏水區域

12．．．親水區域

13．．．觸媒層

14．．．隔絕層

20．．．遮罩

30．．．金屬層

40．．．金屬材

第一圖(A)至(D)係為本發明第一實施例之製作流程圖。

第二圖係為本發明第二實施例之底材半成品結構剖視圖。

第三圖(A)至(D)係為本發明第三實施例之製作流程圖。

第四圖(A)至(F)係為本發明第四實施例之製作流程圖。

第五圖(A)至(D)係為本發明第五實施例之製作流程圖。

第六圖(A)至(D)係為本發明第六實施例之製作流程圖。

10‧‧‧底材

11‧‧‧疏水區域

13‧‧‧觸媒層

20‧‧‧遮罩

30‧‧‧金屬層

Claims

一種具金屬層之底材製造方法，係包括有下列步驟：a.備製一底材；b.對該底材表面之外露區域施以電漿處理，使該底材表面外露之區域成為疏水性區域；c.將該表面具有疏水性區域之底材浸泡入表面處理溶液內，藉由表面能使非屬於疏水區域之其它區域附著一觸媒層；d.將具有該疏水性區域之底材進行表面處理，使該疏水區域附著一隔絕層，最後將經過表面溶液浸泡處理之底材浸泡入金屬溶液內，使形成觸媒層之區域沉積一細緻度高且純度高之金屬層。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中該底材係預先於表面設有金屬材，以便對該底材非屬於該金屬材之外露區域施以電漿處理。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，係於該底材上覆蓋一具預定圖案之遮罩，再對該底材表面外露之區域施以電漿處理。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，係使用包含CF₄ 、SF₆ 或其他單一種類或其多種氣體之混合，對該底材表面外露之區域施以電漿處理，使該底材表面外露之區域成為疏水區域。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中該表面處理溶液係加溫至溫度介於攝氏30~80度之間。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中該金屬溶液係加溫至溫度介於攝氏30~80度之間。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中將該表面具有疏水性區域之底材浸泡入表面處理溶液之表面處理流程當中，使該疏水區域附著一隔絕層。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中該底材係由兩種不同第一、第二基材所複合而成，而步驟b中係於其中一基材表面形成親水區。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中該表面處理溶液內主要包含親水性或疏水性的有機或無機材料，如界面活性劑、磷酸鹽類、硫酸鹽類、亞硫酸鹽類、苯磺酸鹽類、脂肪酸鹽類、酒石酸鹽類、長鍊烷類、無機酸、有機酸、高分子材料、硫醇類、硫脲類等，或其他金屬如鉈、鉛、鉍、鎳、銀、金、鈀、錫、鉛、鋅、銅、鋁、鉻、鐵、白金等。
如請求項1所述具金屬層之底材製造方法，其中該金屬溶液內主要包含如界面活性劑、磷酸鹽類、硫酸鹽類、亞硫酸鹽類、苯磺酸鹽類、脂肪酸鹽類、酒石酸鹽類、長鍊烷類、無機酸、有機酸、高分子材料、硫醇類、硫脲類等，以及其他金屬如鉈、鉛、鉍、鎳、銀、金、鈀、錫、鉛、鋅、銅、鋁、鉻、鐵、白金等。