[發明專利]無芯襯底處理中的電解沉積和通孔填充

在審

• 申請號: 201180056593.8
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN103229294A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 吳濤;N.R.瓦茨
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L23/12
• 分類號: H01L23/12;H01L23/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曲衛濤;朱海煜

背景技術

可以在由諸如硅的材料制成的半導體晶圓上形成集成電路。對半導體晶圓進行處理以便形成各種電子器件。將晶圓切割成半導體芯片（芯片又稱為管芯），然后可利用各種已知方法將芯片附連到襯底。襯底通常設計成將管芯耦合到印刷電路板、插口或其它連接。襯底還可以執行一個或多個其它功能，包括但不限于保護、隔離、絕緣和/或熱控制管芯。傳統上，襯底由核芯形成，核芯由包括浸漬環氧樹脂材料的玻璃織物層的層壓多層結構組成。在該結構上形成接觸焊盤和導電跡線以便將管芯電耦合至與封裝襯底耦合的器件。

已經開發了無芯襯底以便減小襯底的厚度。在無芯襯底中，通常提供可去除核芯層，在可去除核芯上堆積導電層和電介質層，然后去除核芯。無芯襯底通常包括多個通孔，在這些通孔中形成有層間電連接。

在一種類型的管芯附連工藝中，通過利用稱為C4（可控塌陷芯片連接）工藝的方法，利用倒裝芯片配置中的常規焊料凸塊陣列將管芯安裝到襯底上，其中，焊料凸塊位于管芯和襯底之間。在C4工藝中，可以利用例如鏤空掩膜印刷法將焊料放置在管芯的活性一側上、襯底上或管芯和襯底上的焊盤上。然后，將焊料熔融并允許其流動，從而確保每個凸塊完全浸潤它下面的焊盤。接著，進行二次回流操作，并在管芯焊盤和襯底焊盤之間進行焊料連接。然后，使接合后的封裝冷卻以完成焊料凸塊接點。也可以在封裝和諸如母板的印刷電路板之間進行焊料凸塊連接。

可以在襯底上提供表面處理層。表面處理層通常起到在裝配之前保護底層襯底電連接的作用。例如，如果襯底包括銅（Cu）連接，那么可以在銅上設置表面處理層。如果將器件焊接到襯底，那么表面處理層可以與焊料相互作用。或者，可以在焊接操作之前去除表面處理層。用于保護銅的典型表面處理層包括鎳/鈀/金（Ni/Pd/Au）層和有機可焊性保護層（OSP）。鎳鈀金表面處理層包括位于銅上的鎳層，緊接是鎳上的鈀層，再緊接是鈀上的金層。鎳提供銅遷移屏障，并保護銅表面以免氧化。鈀充當鎳層的氧化屏障。金層起到在焊料接點形成期間提高浸潤性的作用。OSP表面處理層通常包括水基有機化合物，它與銅選擇性地鍵合以便形成起到保護銅以免氧化的作用的有機金屬層。

當使用無鉛焊料來將管芯耦合到襯底時，通常使用包括錫、銀和銅合金（SAC）的錫基焊料。表面處理層對于確保堅固、耐用的接點來說很重要。例如，如果表面處理層不足以保護銅，那么會發生氧化，并且氧化銅和無鉛焊料之間的相互作用會導致形成不合適的接點。另外，取決于表面處理層中所用的材料，可能會發生不良反應而不利地影響接點的性能。

附圖說明

將參考附圖舉例描述實施例，附圖不一定按比例繪制，并且其中：

圖1(A)-1(U)示出根據某些實施例用于形成無芯襯底的處理操作的視圖；

圖2示出根據某些實施例用于形成無芯襯底的工藝操作的流程圖；

圖3示出根據某些實施例包括耦合到管芯和板的無芯襯底的組件的橫截面圖；

圖4示出可應用實施例的電子系統裝置。

具體實施方式

在制造無芯襯底期間用于填充通孔的常規方法利用無電解鍍(electroless?plating)來形成Cu層以作為用于隨后電解電鍍的電鍍母線（buss）。在無電解沉積層上圖案化光刻膠層以定義導電跡線之后，在通過電解Cu電鍍法電鍍跡線的同時填充通孔。無電解Cu層（其延伸到襯底的邊緣）在邊緣之一處電耦合到電源，并充當電鍍母線以便為電解沉積提供電流。用于在高密度焊盤上形成表面處理層(surface?finish)的常規方法也利用無電解鍍。在無電解鍍中，不使用電流。通過電鍍溶液中的化學物來還原金屬離子，并在所有表面上沉積期望的金屬。但是，隨著通孔尺寸減小以及電介質層厚度增加（改變了通孔的高寬比），在常規的無電解通孔填充期間會出現空隙和通孔凹穴形成，從而導致可靠性問題。另外，無電解鍍一般以比電解電鍍緩慢的速率進行。注意，電解沉積層是結晶性的，并且一般具有比無電解沉積層大得多的密度。并且，對于表面層形成和隨后的焊料接點形成，已發現，無電解表面處理鍍層具有磷誘導焊料接點質量問題、氧化和較差抗腐蝕性的缺陷。

某些實施例涉及無芯襯底的形成，其中利用電解電鍍工藝來填充通孔，而無需如同常規工藝中的第一無電解鍍操作。電解電鍍工藝利用穿過包含溶解金屬離子的溶液的電流，離子附著到待沉積的帶電金屬表面。某些實施例利用這樣一種方法，其中臨時襯底核芯可以用作電鍍母線，然后利用電解工藝來填充通孔。