双面电镀在先进封装中应用的可行性研究

Richard Hollman

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

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）。

图1 用一步工艺电镀的硅转接板互连和通孔

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。

图2 标准工艺与简化工艺

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。

图3 垂直电镀槽的分解图

图4 进改后的单晶圆电镀双面电镀晶圆夹持器

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。

图5 双面镀层的电镀铜厚度。厚度值来自表面电阻测量

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。

图6 有通孔的晶圆上双面电镀时3种不同的选项

图7 用一种加工工序进行通孔电镀和双面电镀示例

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。

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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.