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双面电镀在先进封装中应用的可行性研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-18  浏览次数:756
核心提示:  Richard Hollman  (美国英科系统股份有限公司,Billerica,MA 01821-3929,USA)  摘要:在晶圆双面及孔的侧壁用一种简单的
   Richard Hollman

  (美国英科系统股份有限公司,Billerica,MA 01821-3929,USA)

  摘要:在晶圆双面及孔的侧壁用一种简单的工序电沉积金属的能力,在先进封装和某些工艺中提供了一些基本的优势。双面电镀样机硬件已经过用配置垂直电镀槽的生产型ECD装置的试验。这种工艺已经成功地在几种不同的金属和多种应用中得以展示。

  关键词:3D封装;硅通孔;封装体叠层;倒装芯片;双面电镀;电镀

  中图分类号:TQ153文献标识码:B文章编号:1004-4507(2012)03-0017-03

  在先进封装,MEMS,LED制造和其他领域,会涉及到在基板的双面电镀金属形成互连线的一些加工程序[1]。在许多情况下,实际的做法是,分别用单独的工序来加工基板的双面。然而,在有些情况下,例如,如果有通孔或其他开口穿过基板时,对基板的双面同时加工的能力更具有独特的优势。在标准的电镀工艺中,通常需要将基板安装在载体上,以避免镀液泄漏。对于减薄后的基板,晶圆经过第一面的电镀后,会产生一个大的弯曲,这使得电镀晶圆另一面时更加困难。

  在基板两侧和通孔内用一种单一的工序电镀,也可以大大简化Das等人[2]讨论的3D结构转接板的加工。参考文献2介绍了用导电胶填充转接板通孔的工艺。对基板双面及通孔电镀互连,不仅能简化工艺流程,而且会提供更好的电气和热传导性能(见图1)。

  

 

  正如Tummala[3]和图2所示,双面电镀,也可以简化TSV工艺。在标准的工艺中,通孔是部分地在基板上蚀刻后经过电镀铜填充。通过背面研磨基板暴露出孔的另一端,之后经研磨减薄的基板面形成互连。一种双面工艺可以从采用减薄后的基板开始,蚀刻成穿通基板的通孔,并通过单一的电镀工艺对基板双面填充后形成互连。

  

 

  1·双面电镀的设备改进

  一种垂直电镀槽通过一些改进后便可用于双面电镀用途的试验。如图3所示,这种镀槽设计成一次可镀两个晶圆,相向安装在晶圆夹持器具的两侧。

  在每个镀槽内设置两个阳极,两个屏蔽板组件(形成电场)和两个剪切板(控制边界层厚度),便能同时对两枚晶圆进行电镀。配做一种单晶圆双面电镀类型所需的垂直镀槽(a)在晶圆夹持器上制作一个大型开口,(b)提供电接触并在晶圆背面的边缘密封镀液。图4显示了用这种方式改制的晶圆夹持器。

  2·工艺应用与结果

  这种双面电镀结构已经过基本的电镀试验,并进行了最新的两种不同工艺的开发。图4所示的改进型结构是准备用于原理性研究试验的一个原型。如图5所示,在镀铜工艺后,获得了晶圆两面匹配非常良好的效果。

  双面电镀已单独和顺序经过多种金属测试。在一个应用程序中,基板两面在不同的可电镀区域各有不同图形。通过对两面施加不同的电流,即使可镀面积密度差异超过30%,有可能使基板两面镀层厚度匹配性小于1.5%。

  图6说明了在有通孔的晶圆上双面电镀时3种不同的选项。如果用于电镀基板的孔壁上没有子晶层,那么将只有晶圆表面被镀。如果在孔壁上沉积一层子晶,这时晶圆的孔壁便可以形镀或填充。图7显示了一个形镀通孔的例子。

  3·结论

  一种生产型ECD装置在先进封装应用中的双面晶圆电镀中已通过验证。用于这种试验的原型设备给出了可喜的结果。即使基板两面可镀区域不同时,也可以得到相等的电镀速率。当对基板的两面电镀时,采用相同的工序形镀通孔已得以验证。进一步的硬件和工艺开发正在进行中。

  参考文献:略


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