基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的bga基板多層互連結(jié)構(gòu)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)及方法，利用選擇性鋁陽(yáng)極氧化工藝制造上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)和下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)，上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的鉭鋁合金薄膜中的若干導(dǎo)帶分別與鋁薄膜中的若干導(dǎo)帶電性連接；相鄰兩組的鉭鋁合金薄膜與鋁薄膜的結(jié)構(gòu)的連接面上的若干導(dǎo)帶分別電性連接；淀積在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)上的鉭鋁合金薄膜的若干導(dǎo)帶分別與若干鋁通柱的上端電性連接，簡(jiǎn)化了BGA基板的制造流程，降低了BGA基板的成本，提高了互連結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化工藝的 BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)及制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] BGA封裝即球柵陣列封裝，是一種新型的表面貼裝大規(guī)模集成電路的封裝形式，與 QFP(Quad Flat Package)相比，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模集成電路從四邊引線(xiàn)封裝到球柵陣列封裝。 BGA封裝具有以下顯著的特點(diǎn)：BGA封裝提供了高I/O端子數(shù)，適合MCM封裝，實(shí)現(xiàn)MCM的高 密度；BGA封裝使信號(hào)路徑短，減小了寄生電感和電容，改善了電性能；BGA封裝的共面特性 和焊球熔化時(shí)的表面張力具有的"自對(duì)準(zhǔn)"效應(yīng)，提高了互連的可靠性。因此，BGA封裝廣 泛應(yīng)用于巨型計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信等電子設(shè)備中。然而，在BGA封裝中，基板作為元器件載體 并實(shí)現(xiàn)元器件內(nèi)外電氣連接的關(guān)鍵部件，其性能優(yōu)劣及互連可靠性易受到材料與工藝的制 約。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成電路的BGA封裝，人們提出了多種BGA封裝方法，其基本思 想是將一個(gè)或多個(gè)芯片貼裝在基板上，采用引線(xiàn)鍵合互連、倒裝焊互連或引線(xiàn)鍵合與倒裝 焊混合互連方式實(shí)現(xiàn)芯片與基板的互連，然后植焊球于I/O端子上，形成BGA封裝?，F(xiàn)今， 按基板的種類(lèi)，BGA封裝的類(lèi)型主要有：PBGA (塑封BGA)封裝和CBGA (陶瓷BGA)封裝等。 PBGA基板多采用FR-4、BT樹(shù)脂基板，基板材料成本相對(duì)較低，但其制作工藝采用傳統(tǒng)的化 學(xué)鍍銅、電鍍銅、光刻、腐蝕、鉆孔和層壓等工藝，工藝步驟多，流程長(zhǎng)；其基板材料的熱膨脹 系數(shù)（CTE)與芯片的熱膨脹系數(shù)失配，在PBGA制作實(shí)和裝過(guò)程中，熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致芯片開(kāi)裂 而失效；PBGA基板對(duì)濕氣敏感，在實(shí)裝或使用中，還會(huì)產(chǎn)生"爆米花"(popcorn)現(xiàn)象；此外， PBGA基板的散熱性能差，不適用于大功率封裝。CBGA基板多為HTCC或LTCC基板，其制作 工藝采用漿料流延、沖孔、絲網(wǎng)印刷、疊層和燒成等多種工藝。雖解決了對(duì)濕氣敏感性和與 芯片CTE的匹配性，但對(duì)于大功率芯片封裝和高頻器件封裝來(lái)說(shuō)，散熱特性差和收縮率較 大是其主要特征，限制了其在大功率高頻器件封裝中的使用；尤其是CBGA封裝實(shí)裝中，會(huì) 遇到CBGA-FR4基板組裝問(wèn)題，CTE的失配和彈性模量差別，焊點(diǎn)產(chǎn)生較大應(yīng)力，熱疲勞壽命 短。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了進(jìn)一步降低BGA基板的成本，克服現(xiàn)有BGA基板工藝流程復(fù)雜、散熱特性差、 熱膨脹失配等諸多不利因素，降低BGA基板的制造成本，提高BGA基板多層互連的可靠性。 本發(fā)明提出了基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不僅能夠以較低的 成本和較簡(jiǎn)潔流程制造 BGA基板，提商基板散熱性能和熱穩(wěn)定性，而且還能提商BGA封裝的 可靠性。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，包括：上層鋁薄膜多層互 連結(jié)構(gòu)，以及下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)；
[0007] 下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)包括對(duì)一鋁基板進(jìn)行部分多孔陽(yáng)極氧化形成的：
[0008] 多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板；
[0009] 若干鋁通柱，位于多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的內(nèi)部，穿透且兩端分別裸露于多孔型 陽(yáng)極氧化鋁基板的上表面和下表面；
[0010] 若干柵格地，分別圍繞在鋁通柱周?chē)?br> [0011] 上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)包括：
[0012] 若干組依次淀積在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)上的：鉭鋁合金薄膜與鋁薄膜的結(jié) 構(gòu)，鉭鋁合金薄膜與鋁薄膜中都包括通過(guò)部分多孔陽(yáng)極氧化形成的：多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)與 若干導(dǎo)帶，若干導(dǎo)帶位于多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)中，暴露于多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)的上表面與下表 面；
[0013] 鉭鋁合金薄膜中的若干導(dǎo)帶分別與鋁薄膜中的若干導(dǎo)帶電性連接；相鄰兩組的鉭 鋁合金薄膜與鋁薄膜的結(jié)構(gòu)的連接面上的若干導(dǎo)帶分別電性連接；淀積在下層鋁基板穿孔 金屬化結(jié)構(gòu)上的鉭鋁合金薄膜的若干導(dǎo)帶分別與若干鋁通柱的上端電性連接。
[0014] 較佳的，下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)中的多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的孔洞內(nèi)填充有 絕緣材料，用以提高多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的絕緣性和強(qiáng)度。
[0015] 較佳的，下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)還包括再金屬化電極層，再金屬化電極層的 一側(cè)分別連接在若干鋁通柱的下端，另一側(cè)分別連接一焊球。
[0016] 較佳的，上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)還包括再金屬化電極層，再金屬化電極層的一 側(cè)分別連接在上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的上表面的導(dǎo)帶上，另一側(cè)分別連接一焊球。
[0017] 較佳的，再金屬化電極層為T(mén)iW/Cu/Ni/Au合金。
[0018] 較佳的，下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的厚度為300微米至500微米。
[0019] 較佳的，上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的中的鋁薄膜的厚度為2微米至10微米。
[0020] 較佳的，鉭鋁合金薄膜包括厚度為500埃至700埃的鉭薄膜以及厚度為2微米至 5微米的鋁薄膜。
[0021] 本發(fā)明另提供一種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連方法，不僅能夠以 較低的成本和較簡(jiǎn)潔流程制造 BGA基板，提高基板散熱性能和熱穩(wěn)定性，而且還能提高BGA 封裝的可靠性。
[0022] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0023] -種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連方法，包括制作下層鋁基板穿孔 金屬化結(jié)構(gòu)，以及在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)上側(cè)制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)；
[0024] 制作下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的步驟包括：
[0025] S11、提供一鋁基板，對(duì)其進(jìn)行初步的雙面多孔陽(yáng)極氧化，在鋁基板的上、下兩個(gè)表 面分別形成一薄層多孔陽(yáng)極氧化膜；
[0026] S12、分別在薄層多孔陽(yáng)極氧化膜的外側(cè)光刻出所需圖形的掩膜；
[0027] S13、對(duì)鋁基板進(jìn)行穿透多孔陽(yáng)極氧化，被掩膜覆蓋的部分未被穿透多孔陽(yáng)極氧 化，形成若干鋁通柱和柵格地，未被掩膜覆蓋的部分被穿透多孔陽(yáng)極氧化，形成多孔型陽(yáng)極 氧化鋁介質(zhì)；
[0028] S14、去除掩膜；
[0029] S15、通過(guò)表面絕緣陽(yáng)極氧化，在柵格地的表面形成多孔陽(yáng)極氧化鋁膜；
[0030] S16、退火整平；
[0031] S17、在多孔型陽(yáng)極氧化鋁介質(zhì)的孔洞內(nèi)填入聚酰亞胺，并固化；
[0032] S18、拋光，使鋁通柱的上下兩端裸露；
[0033] 制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的步驟包括：
[0034] S21、在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的上表面淀積第一層鉭鋁合金薄膜；
[0035] S22、在第一層的鉭鋁合金薄膜上設(shè)置所需圖形的第一掩膜；
[0036] S23、對(duì)第一層的鉭鋁合金薄膜上未被掩膜覆蓋部分進(jìn)行致密陽(yáng)極氧化，形成致密 氧化鋁膜；
[0037] S24、去除第一掩膜，在第一層的鉭鋁合金薄膜上淀積第二層的鋁膜；
[0038] S25、在第二層的鋁膜上設(shè)置所需圖形的第二掩膜，對(duì)應(yīng)于致密氧化鋁膜的一端， 第二掩膜寬度在10微米至20微米；
[0039] S26、對(duì)第一層的鉭鋁合金薄膜以及第二層的鋁膜進(jìn)行多孔陽(yáng)極氧化，位于第二掩 膜和致密氧化鋁膜下方的部分未被多孔陽(yáng)極氧化，形成導(dǎo)帶，其余部分被多孔陽(yáng)極氧化，形 成多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)；第一層的鉭鋁合金薄膜的導(dǎo)帶分別與第二層的鋁膜的導(dǎo)帶連接，第 一層的鉭鋁合金薄膜的導(dǎo)帶分別與鋁通柱的上端連接；
[0040] S27、去除第二掩膜；
[0041] S28、重復(fù)S21至S27,依次在第二層的鋁膜上淀積第三層的鉭鋁合金薄膜與第四 層的鋁膜，第三層的鉭鋁合金薄膜與第四層的鋁膜中的導(dǎo)帶與第一層的鉭鋁合金薄膜以及 第二層的鋁膜中的導(dǎo)帶連接。
[0042] 較佳的，在步驟S28后還包括：
[0043] S29、在鋁通柱的下端以及第四層鋁膜的導(dǎo)帶的上端形成一層再金屬化電極層；
[0044] S210、在再金屬化電極層的外側(cè)形成焊球。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1所示的是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖2所示的是本發(fā)明制作下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的流程圖；
[0047] 圖3至圖9所示的是本發(fā)明制作下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖；
[0048] 圖10所示的是本發(fā)明制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的流程圖；
[0049] 圖11至圖18所示的是本發(fā)明制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖；
[0050] 圖19所示的是本發(fā)明表面電極區(qū)再金屬化后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖20至圖22所示的是本發(fā)明在互連封裝過(guò)程中的流程圖；
[0052] 符號(hào)說(shuō)明：
[0053] 10 :封裝結(jié)構(gòu)；110b :倒裝芯片（FC) ;110a :引線(xiàn)鍵合芯片（WB) ;220 :下層鋁基板 穿孔鋁金屬化結(jié)構(gòu)；440 :BGA焊球；221 :鋁通柱；222 :柵格地；223 :致密化介質(zhì)；22 :薄層 多孔型氧化膜；23 :掩膜23 ;225 :多孔型氧化鋁介質(zhì)225 ;330 :上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)； 331 :第一層鉭鋁合金薄膜；332 :第二層鋁薄膜；333第三層鉭鋁合金薄膜；334 :第四層鋁 薄膜；11 :光刻掩膜；12 :導(dǎo)帶表面致密型氧化鋁膜；13 :多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)；14 :釘頭連接 結(jié)構(gòu)；15 :導(dǎo)帶；337 :再金屬化電極；111 :環(huán)氧膠；112 :焊球；114 :引線(xiàn)；224 :再金屬化電 極。

【具體實(shí)施方式】
[0054] 以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述 和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明 中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0055] 為了便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實(shí)施例為例作進(jìn)一步的 解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0056] 如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu) 10主要由上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)330,以及下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)220組成。
[0057] 下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)220包括：多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板（下層鋁基板穿孔 金屬化結(jié)構(gòu)220中黑色方格填充部分）、若干鋁通柱221，位于多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的內(nèi) 部，穿透且兩端分別裸露于多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的上表面和下表面、若干柵格地222,分 別圍繞在鋁通柱221的周?chē)?br> [0058] 上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)330包括：若干組依次淀積在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié) 構(gòu)220上的：鉭鋁合金薄膜（Ta/Al)331、333與鋁薄膜332、334的結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中為兩 組，包括第一層鉭鋁合金薄膜331、第二層鋁薄膜332、第三層鉭鋁合金薄膜333、第四層鋁 薄膜334,但本發(fā)明并不以此為限）。鉭鋁合金薄膜331、333與鋁薄膜332、334中都包括通 過(guò)部分多孔陽(yáng)極氧化形成的：多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)13與若干導(dǎo)帶15,若干導(dǎo)帶15位于多孔 陽(yáng)極氧化介質(zhì)13中，且暴露于多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)13的上表面與下表面；上下的導(dǎo)帶15相 互對(duì)應(yīng)互連：鉭鋁合金薄膜331、333中的若干導(dǎo)帶15分別與鋁薄膜332、334中的若干導(dǎo)帶 15電性連接；相鄰兩組的鉭鋁合金薄膜與鋁薄膜的結(jié)構(gòu)（331與332、333與334)的連接面 上的若干導(dǎo)帶15分別電性連接；淀積在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)220上的鉭鋁合金薄膜 331的若干導(dǎo)帶分別與若干鋁通柱221的上端電性連接，其連接結(jié)構(gòu)可以是釘頭連接結(jié)構(gòu) 14。
[0059] 圖2所示的是本發(fā)明制作下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的流程圖，同時(shí)參考圖3至 圖9所示的制作下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖，
[0060] 其中，制作下層鋁基板穿孔鋁金屬化結(jié)構(gòu)，采用鋁基板雙面掩模，在鋁基板的上、 下表制作柵格地掩模和鋁通柱掩模圖型，然后，雙面選擇性鋁陽(yáng)極氧化，兩邊的多孔型氧化 鋁與鋁的界面向鋁基板中間推進(jìn)，當(dāng)兩界面完全相交時(shí)，在柵格地與鋁通柱間形成絕緣的 多孔型氧化鋁，產(chǎn)生鋁通柱。下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)使用鋁基板厚度為300-500 μ m， 以提高下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能。
[0061] 下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的具體制造工藝如下：
[0062] 第一步100是掩模前鋁基板雙面多孔型陽(yáng)極氧化，對(duì)應(yīng)圖3和圖4,陽(yáng)極氧化電壓 為50至60伏，時(shí)間1至10分鐘，電解質(zhì)溶液為3%的磷酸或5%草酸溶液。掩模前鋁基板 雙面多孔型陽(yáng)極氧化形成的鋁基板（圖3中白色部分）上下表面的薄層多孔型氧化膜22 以提高光刻膠的附著力，保證后繼深度陽(yáng)極氧化時(shí)掩膜圖形的完整性。
[0063] 第二步101是光刻掩膜圖形，對(duì)應(yīng)圖5,形成鋁通柱和柵格地的掩膜23。
[0064] 第三步102是鋁基板穿透陽(yáng)極氧化，對(duì)應(yīng)圖6,陽(yáng)極氧化電壓為60伏，電解質(zhì)溶 液為5%草酸溶液，鋁基板穿透陽(yáng)極氧化形成鋁通柱221、柵格地222和多孔型氧化鋁介質(zhì) 225。鋁通柱221為柵格地222所包圍，其間多孔型氧化鋁介質(zhì)225起絕緣作用。鋁基板穿 透陽(yáng)極氧化的終點(diǎn)控制采用光學(xué)顯微鏡檢測(cè)，透光說(shuō)明鋁基板完全被穿透陽(yáng)極氧化。
[0065] 第四步103是去膠，對(duì)應(yīng)圖7,除去鋁通柱和柵格地的掩膜23。
[0066] 第五步104是表面絕緣陽(yáng)極氧化，對(duì)應(yīng)圖7,在柵格地222的上、下表面形成一層 50至100 μ m (微米）的多孔型氧化膜，鋁通柱221表面不再被陽(yáng)極氧化，因此，鋁通柱221 不發(fā)生變化。
[0067] 第六步105是退火整平，將鋁基板裝入熱壓整平的夾具中，以消除鋁基板的應(yīng)力， 提高絕緣性能，并為后續(xù)拋光提供較好的平面度。
[0068] 第七步106是聚酰亞胺填孔，對(duì)應(yīng)圖8,鋁基板在熱壓整平后，表面涂覆聚酰亞胺 膠，聚酰亞胺膠借助孔的毛細(xì)力進(jìn)入多孔型氧化膜之中，350°C 2小時(shí)固化后，聚酰亞胺填 充多孔型氧化膜孔洞，得到致密化介質(zhì)223,提高了鋁基板的強(qiáng)度和絕緣性能。
[0069] 第八步107是拋光，對(duì)應(yīng)圖9,雙面拋光除去上下面的致密化介質(zhì)223,使鋁通柱 221上下電極區(qū)裸露，為后續(xù)制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的工藝做準(zhǔn)備。
[0070] 圖10所示的是本發(fā)明制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的流程圖，同時(shí)參考圖11至 圖18所示的制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的工藝流程示意圖，采用在下層鋁基板穿孔鋁 金屬化結(jié)構(gòu)的上表面上蒸發(fā)鉭鋁膜，光刻圖形，致密型陽(yáng)極氧化，去膠后再蒸發(fā)鋁膜，套刻 圖形，多孔型陽(yáng)極氧化，去膠后形成了鋁導(dǎo)帶、鋁通柱和層間絕緣層；再多次重復(fù)上工藝述 步驟，就可在下層鋁基板穿孔鋁金屬化結(jié)構(gòu)表面上制作出鋁導(dǎo)帶/鋁通柱…鋁導(dǎo)帶/鋁通 柱的互連結(jié)構(gòu)。上層薄膜多層互連結(jié)構(gòu)使用鋁膜厚度為2-10 μ m，以提高薄膜多層互連結(jié) 構(gòu)的導(dǎo)電性和層間的絕緣性能。
[0071] 上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的具體制造工藝如下：
[0072] 第一步200是淀積第一層鉭鋁合金薄膜331，對(duì)應(yīng)圖11，可用磁控濺射、電子束蒸 發(fā)或離子束濺射淀積第一層Ta/Al膜331，鉭膜為500至70(M,鋁膜為2至5 μ m。
[0073] 第二步201是光刻，對(duì)應(yīng)圖12,在第一層鉭鋁合金薄膜331上形成光刻掩膜11，未 被光刻掩膜11所覆蓋的區(qū)域，用于致密型陽(yáng)極氧化。
[0074] 第三步202是致密型陽(yáng)極氧化，陽(yáng)極氧化電壓120至150伏，時(shí)間1至5分鐘，電 解質(zhì)溶液為1%的檸檬酸溶液。致密型陽(yáng)極氧化形成導(dǎo)帶表面致密型氧化鋁膜12,導(dǎo)帶表 面致密型氧化鋁膜12覆蓋的區(qū)域作為第一層布線(xiàn)導(dǎo)帶。
[0075] 第四步103是去膠后淀積第二層鋁薄膜332,對(duì)應(yīng)圖13,第二層鋁薄膜332為 2-5 u m〇
[0076] 第五步204是光刻，在第二層鋁薄膜332表面形成光刻掩膜11，光刻掩膜11的圖 形與第一層鉭鋁合金薄膜331導(dǎo)帶表面致密型氧化鋁膜12的圖形形成搭接，搭接覆蓋寬度 保證在10至20 μ m之間，經(jīng)多孔型陽(yáng)極氧化后形成鋁通柱221與導(dǎo)帶15的互連結(jié)構(gòu)。 [0077] 第六步205是多孔型陽(yáng)極氧化，對(duì)應(yīng)圖14,陽(yáng)極氧化電壓為60伏，電解質(zhì)溶液為 5%草酸溶液，待陽(yáng)極氧化電流衰減至恒定時(shí)，停止多孔型陽(yáng)極氧化，此時(shí)，由第一層鉭鋁合 金薄膜331和第二層鋁薄膜332疊加的鋁膜完全被氧化。再在1 %的檸檬酸溶液，用100伏 陽(yáng)極氧化電壓將第一層鉭鋁合金薄膜331的鉭膜完全氧化，形成下層鋁基板穿孔鋁金屬化 結(jié)構(gòu)220與上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)330的釘頭連接14。
[0078] 第七步206是去膠，去除光刻掩膜11。
[0079] 重復(fù)200至206步驟，對(duì)應(yīng)圖15至圖18,得到圖18所示的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)帶間多孔氧化 鋁介質(zhì)13隔離導(dǎo)帶15,起絕緣作用。
[0080] 圖19所示的是本發(fā)明表面電極區(qū)再金屬化后的結(jié)構(gòu)示意圖，鋁通柱221的下表面 上的再金屬化電極224是通過(guò)在鋁通柱的下表面上濺射TiW/Cu，圖形電鍍Cu/Ni/Au，去膠 腐蝕而成。上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)330表面上的再金屬化電極337是通過(guò)在鋁薄膜多層 互連結(jié)構(gòu)表面上濺射TiW/Cu，圖形電鍍Cu/Ni/Au，去膠腐蝕而成。
[0081] 圖20至圖22所示的是本發(fā)明在互連封裝過(guò)程中的流程圖，倒裝芯片（FC) 110b通 過(guò)焊球112與上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)330的再金屬化電極337互連，互連結(jié)構(gòu)通過(guò)下填 充環(huán)氧樹(shù)脂得到加固。將引線(xiàn)鍵合芯片（WB) 110a用環(huán)氧膠111貼裝在倒裝芯片110b上， 用引線(xiàn)114實(shí)現(xiàn)引線(xiàn)鍵合芯片110a與上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的再金屬化電極337互連。 在圖11中，用模塑成型將引線(xiàn)鍵合芯片110a和倒裝芯片110b包封在一起，再在下層鋁基 板穿孔鋁金屬化結(jié)構(gòu)的再金屬化電極224上置BGA焊球440,得到基于鋁陽(yáng)極氧化工藝基板 的多層互連封裝結(jié)構(gòu)。
[0082] 本發(fā)明使用廉價(jià)鋁作為主體材料，簡(jiǎn)化了 BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)的制造流程，不 僅降低了 BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)的制造成本；而且還能夠提高了 BGA基板散熱性能及BGA 封裝的可靠性。
[0083] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：上層鋁薄 膜多層互連結(jié)構(gòu)，以及下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)； 所述下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)包括對(duì)一鋁基板進(jìn)行部分多孔陽(yáng)極氧化形成的： 多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板； 若干鋁通柱，位于所述多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的內(nèi)部，穿透且兩端分別裸露于所述多 孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的上表面和下表面； 若干柵格地，分別圍繞在所述鋁通柱周?chē)? 所述上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)包括： 若干組依次淀積在所述下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)上的：鉭鋁合金薄膜與鋁薄膜的結(jié) 構(gòu)，所述鉭鋁合金薄膜與所述鋁薄膜中都包括通過(guò)部分多孔陽(yáng)極氧化形成的：多孔陽(yáng)極氧 化介質(zhì)與若干導(dǎo)帶，所述若干導(dǎo)帶位于所述多孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)中，暴露于所述多孔陽(yáng)極氧 化介質(zhì)的上表面與下表面； 所述鉭鋁合金薄膜中的所述若干導(dǎo)帶分別與所述鋁薄膜中的所述若干導(dǎo)帶電性連接； 相鄰兩組的鉭鋁合金薄膜與鋁薄膜的結(jié)構(gòu)的連接面上的所述若干導(dǎo)帶分別電性連接；淀積 在所述下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)上的所述鉭鋁合金薄膜的所述若干導(dǎo)帶分別與所述若 干鋁通柱的上端電性連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)中的所述多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的孔洞內(nèi)填充有絕緣 材料，用以提高所述多孔型陽(yáng)極氧化鋁基板的絕緣性和強(qiáng)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)還包括再金屬化電極層，所述再金屬化電極層的一側(cè) 分別連接在所述若干鋁通柱的下端，另一側(cè)分別連接一焊球。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)還包括再金屬化電極層，所述再金屬化電極層的一側(cè)分 別連接在所述上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的上表面的所述導(dǎo)帶上，另一側(cè)分別連接一焊球。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述再金屬化電極層為T(mén)iW/Cu/Ni/Au合金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的厚度為300微米至500微米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的中的所述鋁薄膜的厚度為2微米至10微米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述鉭鋁合金薄膜包括厚度為500埃至700埃的鉭薄膜以及厚度為2微米至5微米的 鋁薄膜。
9. 一種基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連方法，其特征在于，包括制作下層 鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)，以及在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)上側(cè)制作上層鋁薄膜多層互連 結(jié)構(gòu)； 制作下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的步驟包括： S11、提供一鋁基板，對(duì)其進(jìn)行初步的雙面多孔陽(yáng)極氧化，在鋁基板的上、下兩個(gè)表面分 別形成一薄層多孔陽(yáng)極氧化膜； 512、 分別在薄層多孔陽(yáng)極氧化膜的外側(cè)光刻出所需圖形的掩膜； 513、 對(duì)鋁基板進(jìn)行穿透多孔陽(yáng)極氧化，被掩膜覆蓋的部分未被穿透多孔陽(yáng)極氧化，形 成若干鋁通柱和柵格地，未被掩膜覆蓋的部分被穿透多孔陽(yáng)極氧化，形成多孔型陽(yáng)極氧化 鋁介質(zhì)； 514、 去除掩膜； 515、 通過(guò)表面絕緣陽(yáng)極氧化，在柵格地的表面形成多孔陽(yáng)極氧化鋁膜； 516、 退火整平； 517、 在多孔型陽(yáng)極氧化鋁介質(zhì)的孔洞內(nèi)填入聚酰亞胺，并固化； 518、 拋光，使鋁通柱的上下兩端裸露； 制作上層鋁薄膜多層互連結(jié)構(gòu)的步驟包括： 521、 在下層鋁基板穿孔金屬化結(jié)構(gòu)的上表面淀積第一層鉭鋁合金薄膜； 522、 在第一層的鉭鋁合金薄膜上設(shè)置所需圖形的第一掩膜； 523、 對(duì)第一層的鉭鋁合金薄膜上未被掩膜覆蓋部分進(jìn)行致密陽(yáng)極氧化，形成致密氧化 鋁膜； 524、 去除第一掩膜，在第一層的鉭鋁合金薄膜上淀積第二層的鋁膜； 525、 在第二層的鋁膜上設(shè)置所需圖形的第二掩膜，對(duì)應(yīng)于致密氧化鋁膜的一端，第二 掩膜寬度在10微米至20微米； 526、 對(duì)第一層的鉭鋁合金薄膜以及第二層的鋁膜進(jìn)行多孔陽(yáng)極氧化，位于第二掩膜和 致密氧化鋁膜下方的部分未被多孔陽(yáng)極氧化，形成導(dǎo)帶，其余部分被多孔陽(yáng)極氧化，形成多 孔陽(yáng)極氧化介質(zhì)；第一層的鉭鋁合金薄膜的導(dǎo)帶分別與第二層的鋁膜的導(dǎo)帶連接，第一層 的鉭鋁合金薄膜的導(dǎo)帶分別與鋁通柱的上端連接； 527、 去除第二掩膜； 528、 重復(fù)S21至S27,依次在第二層的鋁膜上淀積第三層的鉭鋁合金薄膜與第四層的 鋁膜，第三層的鉭鋁合金薄膜與第四層的鋁膜中的導(dǎo)帶與第一層的鉭鋁合金薄膜以及第二 層的鋁膜中的導(dǎo)帶連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于選擇性鋁陽(yáng)極氧化的BGA基板多層互連方法，其特征在 于，在步驟S28后還包括： 529、 在鋁通柱的下端以及第四層鋁膜的導(dǎo)帶的上端形成一層再金屬化電極層； S210、在再金屬化電極層的外側(cè)形成焊球。
【文檔編號(hào)】H01L23/538GK104157632SQ201410395819
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】王立春 申請(qǐng)人:上海航天電子通訊設(shè)備研究所