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CN113539953B - 一种集成电路中的微孔填充工艺 - Google Patents

一种集成电路中的微孔填充工艺 Download PDF

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吴润熹
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Abstract

本发明公开一种集成电路中的微孔填充工艺，包括以下步骤：(1)选用金属作为填充材料，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中；(2)在可控气氛下，将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔；(3)对已填充的微孔表面进行抛光；(4)对基板进行图形电镀，使得基板上各个微孔互连，形成线路层，从而获得带有线路层的载板。该工艺能够实现大深颈比的微孔填充，并且不会发生孔洞与夹口填充等缺陷，另外，该工艺中的填孔效率更高。

Description

一种集成电路中的微孔填充工艺
技术领域
本发明涉及半导体与集成电路制造领域，具体涉及一种集成电路中的微孔填充工艺。
背景技术
集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。
随着电子产品的应用越来越广泛，对于体积小功能强大的集成电路和线路板的需求也越来越高，在集成电路或线路板的制造工艺中，通常在集成电路或电路板各层上设置通孔或者盲孔，通过填孔工艺实现各层互连，从而减小延时，降低能耗并提高集成度，在2.5D/3D封装、WLCSP、SiP、Fan out等先进封装技术领域具有至关重要的作用。目前，通常采用电镀铜填孔工艺，例如，申请申请公告号为CN111270277A的发明专利申请公开了一种盲孔填孔电镀工艺及采用该工艺得到的镀件、镀件的应用、电子产品；该工艺采用脉冲电镀对镀件的盲孔进行充填，或采用脉冲电镀和直流电镀的组合对镀件的盲孔进行充填。该工艺可以有效提高镀铜性能、效率和镀层分布。但是，上述填孔工艺存在以下不足：
1、采用电镀工艺对盲孔进行填充，在填充大深颈比的微孔中，容易产生孔洞与夹口填充等缺陷，一方面影响了盲孔的导电与导热性能，另一方面由于铜与镀件的热膨胀系数不匹配，容易引起应力集中，诱发裂纹并导致失效。
2、为了避免填充缺陷的产生，在电镀过程中，需要使用较低的电流，这导致填孔效率大大的降低，对于大尺寸盲孔（>10μm）而言，电镀铜填孔效率非常低下。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种集成电路中的微孔填充工艺，该工艺能够实现大深颈比的微孔填充，并且不会发生孔洞与夹口填充等缺陷，另外，该工艺中的填孔效率更高。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种集成电路中的微孔填充工艺，包括以下步骤：
（1）选用金属作为填充材料，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中；
（2）在可控气氛下，将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔；
（3）对已填充的微孔表面进行抛光；
（4）对基板进行图形电镀，使得基板上各个微孔互连，形成线路层，从而获得带有线路层的载板。
本发明的一个优选方案，其中，所述金属为金属线，该金属线为一根，所述金属线的直径小于微孔的直径；
在步骤（1）中，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中的具体步骤为：将金属线的其中一端伸入微孔中；
在步骤（2）中，将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔的具体步骤为：熔断外露在所述微孔外面的金属线的根部，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔与金属线之间的间隙中。采用上述步骤，金属线的直径小于微孔的直径便于将金属线伸入微孔中，以便对微孔进行填充；另外，能够保证部分熔化后的金属线能够充分的填充在金属线与微孔之间。
优选地，所述金属为金属线，该金属线为两根，分别为第一根金属线和第二根金属线，其中，所述第一根金属线和第二根金属的材料相同；所述第一根金属线的直径小于微孔的直径；
在步骤（1）中，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中的具体步骤为：将第一根金属线的其中一端伸入微孔中，然后引第二根金属线置于微孔上方并靠近外露在所述微孔外面的第一根金属线的根部；
在步骤（2）中，将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔的具体步骤为：熔断外露在所述微孔外面的第一根金属线的根部，同时将第二根金属线熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔与第一根金属线之间的间隙中。上述步骤中，通过使用两根相同的金属线，使得熔化后具有足够的金属，从而保证熔化的金属充分填充在第一金属线与微孔之间。
优选地，所述金属为金属线，该金属线为两根，分别为第一根金属线和第二根金属线，其中，所述第二根金属线的熔点低于第一根金属线的熔点；所述第一根金属线的直径小于微孔的直径；
在步骤（1）中，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中的具体步骤为：将第一根金属线的其中一端伸入微孔中，然后引第二根金属线置于微孔上方并靠近外露在所述微孔外面的第一根金属线的根部；
在步骤（2）中，将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔的具体步骤为：将第二根金属线熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔与第一根金属线之间的间隙中，然后熔断外露在所述微孔外面的第一根金属线的根部，熔化后的金属进一步对微孔与第一根金属线之间的间隙进行填充。采用上述步骤，一方面能够保证使得熔化后具有足够的金属，从而保证熔化的金属充分填充在第一金属线与微孔之间；另一方面，第二根金属线的熔点低于第一金属线的熔点，在填充微孔时，可以降低熔化金属的温度，从而避免基板因高温而损坏，同时也能提高导电性能。
优选地，所述金属为金属线，该金属线为一根，该金属线外部电镀有一层金属层，其中，所述金属线的直径小于微孔的直径；
在步骤（1）中，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中的具体步骤为：将镀有金属层的金属线的其中一端伸入微孔中；
在步骤（2）中，将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔的具体步骤为：将金属层进行熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔与金属线之间的间隙中；然后熔断外露在所述微孔外面的金属线的根部，熔化后的金属进一步对微孔与第一根金属线之间的间隙进行填充。采用上述步骤，能够对微孔进行充分填充，操作简单方便。
进一步地，所述金属层的熔点低于金属线的熔点。其目的在于，在较低温度下能够对金属层的熔化，从而避免基板因高温而损坏，同时搞熔点的金属线具有良好的导电性能。
优选地，所述金属线的直径为微孔直径的0.7~0.95倍。其目的在于，保证金属线能够伸入微孔的同时，也能将熔化后的金属充分填充在金属线与微孔之间的间隙中。
优选地，步骤（2）中，将金属熔融和/或熔断的具体方式为： 对金属通入脉冲电流或者对金属进行激光加热。具体的，对金属线通入脉冲电流或者进行激光加热，使得金属线与金属层熔断，或者金属线与金属层熔融。
优选地，所述可控气氛包含空气、氮气、氢气、惰性气体或者氢气加惰性气体混合气氛中的其中一种。
优选地，所述微孔为盲孔和/或通孔。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中的微孔填充工艺，通过将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔，填充方法简单方便，能够实现大深颈比的微孔填充，且不会发生孔洞与夹口填充等缺陷。
2、本发明中的微孔填充工艺，通过将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔，填孔效率高，填充后结构稳定，质量更好。
附图说明
图1为本发明中的一种集成电路中的微孔填充工艺的第一种实施方式的工艺流程示意图。
图2为本发明中的一种集成电路中的微孔填充工艺的第二种实施方式的工艺流程示意图。
图3为本发明中的一种集成电路中的微孔填充工艺的第三种实施方式的工艺流程示意图。
图4为本发明中的一种集成电路中的微孔填充工艺的第四种实施方式的工艺流程示意图。
图5为本发明中的一种集成电路中的微孔填充工艺的第五种实施方式的工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图1，本实施例公开一种集成电路中的微孔填充工艺，包括以下步骤：
（1）选用金属线1作为填充材料，通过送线机构6，夹取金属线1，将金属线1的其中一端伸入设置在基板2上的微孔3中，其中，该金属线1的直径是微孔3的直径的0.7~0.95倍；
（2）在可控气氛下，使用激光加热工具7对外露在所述微孔3外面的金属线1的根部进行激光加热，使得金属线1熔断，部分熔化的金属通过毛细现象填充在微孔3与金属线1之间的间隙中；
（3）对已填充的微孔3表面通过抛光机4进行抛光；
（4）对基板2进行图形电镀，使得基板2上各个微孔3互连，形成线路层5，从而获得带有线路层5的载板，接着对载板进行钝化，印涂炭油墨。
参见图1，本实施例中的微孔填充工艺，通过将金属熔融和/或熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔3，填充方法简单方便，能够实现大深颈比的微孔3填充，且不会发生孔洞与夹口填充等缺陷；另外，该填充工艺的填孔效率高，填充后结构稳定，质量更好。
参见图1，本实施例中，金属线1的直径小于微孔3的直径便于将金属线1伸入微孔3中，以便对微孔3进行填充；另外，能够保证部分熔化后的金属线1能够充分的填充在金属线1与微孔3之间。
具体地，所述金属线1的材料为铜、银、金或者铂。上述金属具有良好的导电性能，从而能够提高载板性能。
具体地，所述基板2的材料为玻璃、硅、陶瓷、PI或者FR4。
具体地，所述可控气氛包含空气、氮气、氢气、惰性气体或者氢气加惰性气体混合气氛。
参见图1，所述微孔3为盲孔和/或通孔。本实施例中的微孔3为通孔，该通孔的直径为20μm，深度为100μm，选用铜线作为填充材料，该铜线的直径为15μm。
实施例2
参见图2，本实施例中公开的微孔填充工艺与实施例1中存在不同，具体地，该工艺包括以下步骤：
（1）选用两根相同材料的金属线1作为填充材料，其中，两根金属线1分别为第一根金属线1-1和第二根金属线1-2，通过送线机构6，夹取第一根金属线1-1，将第一根金属线1-1的其中一端伸入设置在基板2上的微孔3中，然后引第二根金属线1-2置于微孔3上方并靠近外露在所述微孔3外面的第一根金属线1-1的根部；其中，该第一根金属线1-1的直径是微孔3的直径的0.7~0.95倍；
（2）在可控气氛下，通过激光加热工具7对外露在所述微孔3外面的第一根金属线1-1的根部进行激光加热，使得第一根金属线1-1熔断；同时通过激光加热工具7对第二根金属线1-2进行激光加热，使得第二根金属线1-2熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔3与第一根金属线1-1之间的间隙中；
（3）对已填充的微孔3表面通过抛光机4进行抛光；
（4）对基板2进行图形电镀，使得基板2上各个微孔3互连，形成线路层5，从而获得带有线路层5的载板，接着对载板进行钝化，印涂炭油墨。
参见图2，本实施例中的微孔填充工艺，通过使用两根相同的金属线1，使得熔化后具有足够的金属，从而保证熔化的金属充分填充在第一金属线1与微孔3之间。
参见图2，所述金属线1的材料为铜、银、金或者铂。上述金属具有良好的导电性能，从而能够提高载板性能。
具体的，所述基板2的材料为玻璃、硅、陶瓷、PI或者FR4。
具体的，所述可控气氛包含空气、氮气、氢气、惰性气体或者氢气加惰性气体混合气氛。本实施例中的可控气氛为氩气气氛。
参见图2，所述微孔3为盲孔和/或通孔。本实施例中的微孔3为通孔，该通孔的直径为30μm，深度为150μm，两根金属线1均为铜线，该铜线的直径为25μm。
实施例3
参见图3，本实施例中公开的微孔填充工艺与实施例1中存在不同，具体地，该工艺包括以下步骤：
（1）选用两根金属线1作为填充材料，其中，两根金属线1分别为第一根金属线1-1和第二根金属线1-2，所述第二根金属线1-1的熔点低于第一根金属线1-2的熔点，通过送线机构6，夹取第一根金属线1-1，将第一根金属线1-1的其中一端伸入设置在基板2上的微孔3中，然后引第二根金属线1-2置于微孔3上方并靠近外露在所述微孔3外面的第一根金属线1-1的根部；其中，该第一根金属线1-1的直径是微孔3的直径的0.7~0.95倍；
（2）在可控气氛下，将第一根金属线1-1与第二根金属线1-2同时连接脉冲电源8，通入幅值为40A且脉宽为1微秒的脉冲电流，第二根金属线1-2的端部与第一根金属线1-1的根部接触，使得第二根金属线1-2端部熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔3与第一根金属线1-1之间的间隙中；然后脉冲电源8使用幅值为60A的高频脉冲电流，对外露在所述微孔3外面的第一根金属线1-1的根部进行熔断，进一步对微孔3与第一根金属线1-1之间的间隙进行填充；
（3）对已填充的微孔3表面通过抛光机4进行抛光；
（4）对基板2进行图形电镀，使得基板2上各个微孔3互连，形成线路层5，从而获得带有线路层5的载板，接着对载板进行钝化，印涂炭油墨。
参见图3，本实施例中的微孔填充工艺，一方面能够保证使得熔化后具有足够的金属，从而保证熔化的金属充分填充在第一金属线1与微孔3之间；另一方面，第二根金属线1-2的熔点低于第一金属线1的熔点，在填充微孔3时，可以降低熔化金属的温度，从而避免基板2因高温而损坏，同时也能提高导电性能。
具体的，所述金属线1的材料为铜、银、金或者铂。上述金属具有良好的导电性能，从而能够提高载板性能。
具体的，所述基板2的材料为玻璃、硅、陶瓷、PI或者FR4。
具体的，所述可控气氛包含空气、氮气、氢气、惰性气体或者氢气加惰性气体混合气氛。本实施例中的可控气氛为氩气气氛。
参见图3，所述微孔3为盲孔和/或通孔。本实施例中的微孔3为通孔，该通孔的直径为30μm，深度为150μm，所述第一根金属线1-1为铜线，第二根金属线1-2为锡线。该铜线的直径为25μm。
实施例4
参见图4，本实施例中的具体步骤与实施例3相同，不同之处在于，在步骤（2）中，在可控气氛下，通过激光加热工具7对第二根金属线1-2的端部进行激光加热，使得第二根金属线1-2的端部熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔3与第一根金属线1-1之间的间隙中；然后使用激光加热工具7对外露在所述微孔3外面的第一根金属线1-1的根部进行激光加热，使得第一根金属线1-1熔断，熔化后的金属进一步对微孔3与第一根金属线1-1之间的间隙进行填充。
实施例5
参见图5，本实施例中公开的微孔填充工艺与实施例1中的存在不同，具体地，该工艺包括以下步骤：
（1）选用金属线1作为填充材料，首先在金属线1上电镀一层金属层9，将镀有金属层9的金属线1的其中一端伸入微孔3中，其中，该金属线1的直径是微孔3的直径的0.7~0.95倍，镀有金属层9的金属线1的总直径是微孔3的直径的0.9~1.2倍；
（2）在可控气氛下，通过激光加热工具7对金属层9进行加热，或者将金属线1连接脉冲电源8，对金属线1通入脉冲电流；使得金属线1外侧的金属层9熔化，熔化的金属通过毛细现象填充在微孔3与金属线1之间的间隙中；然后通过机械切割、激光切割、激光加热或者电脉冲熔断等方式将外露在所述微孔3外面的金属线1的根部切断；
（3）对已填充的微孔3表面通过抛光机4进行抛光；
（4）对基板2进行图形电镀，使得基板2上各个微孔3互连，形成线路层5，从而获得带有线路层5的载板，接着对载板进行钝化，印涂炭油墨。
本实施例中的微孔填充工艺，能够对微孔3进行充分填充，操作简单方便。
具体的，所述金属层9的熔点低于金属线1的熔点。其目的在于，在较低温度下能够对金属层9的熔化，从而避免基板2因高温而损坏，同时搞熔点的金属线1具有良好的导电性能。
参见图5，本实施例中通过剪切机构10对金属线1进行切割，采用上述方式操作简单，相比激光加热，不会有温度影响，保证基板2不会损坏。
具体的，所述金属线1的材料为铜、银、金或者铂。上述金属具有良好的导电性能，从而能够提高载板性能。
具体的，所述基板2的材料为玻璃、硅、陶瓷、PI或者FR4。
具体的，所述可控气氛包含空气、氮气、氢气、惰性气体或者氢气加惰性气体混合气氛。本实施例中的可控气氛为氮气气氛。
参见图5，所述微孔3为盲孔和/或通孔。本实施例中的微孔3为通孔，该通孔的直径为30μm，深度为150μm，所述金属线1为铜线，所述金属层9为锡层。该铜线的直径为25μm，包裹锡层的铜线总直径为30μm。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集成电路中的微孔填充工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选用金属作为填充材料，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中；
（2）在可控气氛下，将金属熔融和熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔；
（3）对已填充的微孔表面进行抛光；
（4）对基板进行图形电镀，使得基板上各个微孔互连，形成线路层，从而获得带有线路层的载板；
所述金属为金属线，该金属线为两根，分别为第一根金属线和第二根金属线，其中，所述第一根金属线和第二根金属线的材料相同；所述第一根金属线的直径小于微孔的直径；
在步骤（1）中，将部分金属伸入设置在基板上的微孔中的具体步骤为：将第一根金属线的其中一端伸入微孔中，然后引第二根金属线置于微孔上方并靠近外露在所述微孔外面的第一根金属线的根部；
在步骤（2）中，将金属熔融和熔断，熔化后的金属通过毛细现象填充微孔的具体步骤为：熔断外露在所述微孔外面的第一根金属线的根部，同时将第二根金属线熔化，熔化后的金属通过毛细现象填充在微孔与第一根金属线之间的间隙中。
2.根据权利要求1所述的一种集成电路中的微孔填充工艺，其特征在于，所述金属线的直径为微孔直径的0.7~0.95倍。
3.根据权利要求1所述的一种集成电路中的微孔填充工艺，其特征在于，步骤（2）中，将金属熔融和熔断的具体方式为：对金属通入脉冲电流或者对金属进行激光加热。
4.根据权利要求1所述的一种集成电路中的微孔填充工艺，其特征在于，所述可控气氛包含空气、氮气、氢气、惰性气体或者氢气加惰性气体混合气氛中的其中一种。
5.根据权利要求1所述的一种集成电路中的微孔填充工艺，其特征在于，所述微孔为盲孔和/或通孔。
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