雙面電鍍在先進封裝中應用的可行性研究

Richard Hollman

(美國英科系統股份有限公司，Billerica,MA 01821-3929，USA)

在先進封裝，MEMS，LED制造和其他領域，會涉及到在基板的雙面電鍍金屬形成互連線的一些加工程序[1]。在許多情況下，實際的做法是，分別用單獨的工序來加工基板的雙面。然而，在有些情況下，例如，如果有通孔或其他開口穿過基板時，對基板的雙面同時加工的能力更具有獨特的優勢。在標準的電鍍工藝中，通常需要將基板安裝在載體上，以避免鍍液泄漏。對于減薄后的基板，晶圓經過第一面的電鍍后，會產生一個大的彎曲，這使得電鍍晶圓另一面時更加困難。

在基板兩側和通孔內用一種單一的工序電鍍，也可以大大簡化Das等人[2]討論的3D結構轉接板的加工。參考文獻2介紹了用導電膠填充轉接板通孔的工藝。對基板雙面及通孔電鍍互連，不僅能簡化工藝流程，而且會提供更好的電氣和熱傳導性能（見圖1）。

圖1 用一步工藝電鍍的硅轉接板互連和通孔

正如Tummala[3]和圖2所示，雙面電鍍，也可以簡化TSV工藝。在標準的工藝中，通孔是部分地在基板上蝕刻后經過電鍍銅填充。通過背面研磨基板暴露出孔的另一端，之后經研磨減薄的基板面形成互連。一種雙面工藝可以從采用減薄后的基板開始，蝕刻成穿通基板的通孔，并通過單一的電鍍工藝對基板雙面填充后形成互連。

圖2 標準工藝與簡化工藝

1 雙面電鍍的設備改進

一種垂直電鍍槽通過一些改進后便可用于雙面電鍍用途的試驗。如圖3所示，這種鍍槽設計成一次可鍍兩個晶圓，相向安裝在晶圓夾持器具的兩側。

在每個鍍槽內設置兩個陽極，兩個屏蔽板組件（形成電場）和兩個剪切板（控制邊界層厚度），便能同時對兩枚晶圓進行電鍍。配做一種單晶圓雙面電鍍類型所需的垂直鍍槽（a）在晶圓夾持器上制作一個大型開口，（b）提供電接觸并在晶圓背面的邊緣密封鍍液。圖4顯示了用這種方式改制的晶圓夾持器。

圖3 垂直電鍍槽的分解圖

圖4 進改后的單晶圓電鍍雙面電鍍晶圓夾持器

2 工藝應用與結果

這種雙面電鍍結構已經過基本的電鍍試驗，并進行了最新的兩種不同工藝的開發。圖4所示的改進型結構是準備用于原理性研究試驗的一個原型。如圖5所示，在鍍銅工藝后，獲得了晶圓兩面匹配非常良好的效果。

圖5 雙面鍍層的電鍍銅厚度。厚度值來自表面電阻測量

雙面電鍍已單獨和順序經過多種金屬測試。在一個應用程序中，基板兩面在不同的可電鍍區域各有不同圖形。通過對兩面施加不同的電流，即使可鍍面積密度差異超過30%，有可能使基板兩面鍍層厚度匹配性小于1.5%。

圖6說明了在有通孔的晶圓上雙面電鍍時3種不同的選項。如果用于電鍍基板的孔壁上沒有子晶層，那么將只有晶圓表面被鍍。如果在孔壁上沉積一層子晶，這時晶圓的孔壁便可以形鍍或填充。圖7顯示了一個形鍍通孔的例子。

圖6 有通孔的晶圓上雙面電鍍時3種不同的選項

圖7 用一種加工工序進行通孔電鍍和雙面電鍍示例

3 結 論

一種生產型ECD裝置在先進封裝應用中的雙面晶圓電鍍中已通過驗證。用于這種試驗的原型設備給出了可喜的結果。即使基板兩面可鍍區域不同時，也可以得到相等的電鍍速率。當對基板的兩面電鍍時，采用相同的工序形鍍通孔已得以驗證。進一步的硬件和工藝開發正在進行中。

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[1]Pagaila et al.(StatsChipPac，Ltd.)“Semiconductor device and method of forming double-sided through vias in saw streets”U.S.Patent7，666，711issued February23，2010.

[2]Das et al.“Package-Interposer-Package(PIP):A Breakthrough Package-on-Package(PoP)Technology for High End Electronics”2011Electronic Components and Technology IEEE Conference

[3]Tummala et al.“Impact of 3D ICs with TSV is profound but complex and costly-is there a better way?”Chip Scale Review July/August 2011.