[发明专利]半导体晶片全通导孔内的金属填充装置和利用该装置的填充方法

说明书

技术领域

本发明旨在提供一种在形成于晶片上的全通导孔填充金属的装置及其方法，尤其是在晶片上部和下部产生压差使熔融的金属被吸入全通导孔实现填充，从而可应用在直径30μm以下的超微全通导孔中的半导体晶片全通导孔内的金属填充装置和利用该装置的填充方法。

背景技术

近年来，随着电子设备越来越需求轻、薄、短、小的趋势，要求此类电子设备中使用的半导体封装(Package)的超微型化。

另外在制造半导体封装中，通过二维排列实现所需大小和性能的方式已经达到了极限，目前三维层压半导体芯片的3D封装(Package)技术越来越受到广泛关注。

所述3D封装技术为了实现越来越要求高容量化、低电力化的内存，或高功能化的SOC(System On Chip：片上系统)等的尖端半导体，需具备轻、小、多种功能，因此通过很薄的半导体芯片的层压解决这类问题，芯片连接利用全通导孔(Through Via Hole)进行电连接并层压来替代现有的打线接合。

这种3D封装优点在于减少尺寸和重量、提高电性能、提高单位面积的元件功能、减低工序费用等。

基于上述优点，不断在研究全新的3D封装技术，且为实现更新、更多的功能，导通孔(Via hole)的尺寸(Size)和晶片(Wafer)的厚度不断在减小。据ITRS 2007报告称，预计到2015年左右，晶片厚度将减少至80μm以下、导通孔直径将减小至5μm以下。

另外，在韩国公开专利公报10-2008-0068334(申请号10-2007-0005948)中公开了一种在导通孔内壁电镀锡或焊料后将其熔融填充导通孔的方法。这种情况下，作为对非贯通导通孔的底部被封闭的导通孔进行的金属填充方法，采用了电镀法和回流法，但此时电镀法依电镀液的组成、添加剂种类、电流密度、电流模式等其产物发生很大差距，很难把握最佳工序条件。且在所述专利中采用了将形成有导通孔的半导体芯片放入锡或熔融金属内，并对熔融金属施加压力使熔融锡或焊料注入导通孔的加压灌注法、将锡或焊珠(ball)或焊块放在导通孔上部并使其熔融后填充导通孔的锡珠熔融法、以及用丝网印刷向导通孔内填满锡或焊膏后熔融的丝网印刷方法，但所述方法均存在导通孔角落部位无法填满锡或焊料的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种半导体晶片全通导孔内的金属填充装置和利用该装置的填充方法，相对于现有的电镀法工序更加简单、方便，可降低工序费用。

本发明另一目的在于，提供一种半导体晶片全通导孔内的金属填充装置和利用该装置的填充方法，其通过尽可能提高填充在全通导孔内的填充金属的密度，解决现有电镀法中导通孔底部未被镀层的问题，且可提高导电性及机械特性。

为实现上述目的以及解决现有技术的缺点，本发明提供一种半导体晶片全通导孔内的金属填充装置，其特征在于，包括：夹具底座，具备对形成有全通导孔的晶片进行固定的夹具；上部气室，设置在所述夹具底座的上部；下部气室，设置在所述夹具底座的下部；加热器，设置在所述上部气室的内部，对放置于晶片上的填充金属进行加热使其熔融；真空泵，向外排出所述下部气室的空气以降低下部气室的压力，导致上部气室和下部气室之间产生压差，从而将熔融的填充金属填充至全通导孔。

另外，所述夹具包括：晶片安放部，用于安放晶片；晶片支撑部，一体形成在所述晶片安放部的下端部，并具有格栅状结构以便在不干涉全通导孔的情况下支撑晶片底面；晶片固定部，组装在晶片安放部，以便从上部加压固定被安装在所述晶片安放部中的晶片。

所述加热器与设置在上部气室的液压缸连接，可进行上下移动。

本发明之半导体晶片全通导孔内的金属填充方法，其特征在于，包括：步骤S1，将形成有导通孔的晶片固定在位于上部气室的下部气室之间的夹具；步骤S2，在通过所述步骤S1固定的晶片上放置需要填充的金属；步骤S3，密闭上部气室以防止上部气室中发生空气流入及流出；步骤S4，利用配置于所述上部气室的内部的加热器加热金属使其熔融；步骤S5，通过真空泵将所述下部气室的空气向外排出，降低下部气室压力，以产生上部气室和下部气室之间的压差，从而将熔融的填充金属填充在全通导孔内。

优选为，在所述步骤S2中，对需要填充的金属，以锡珠、焊膏或使用干式蒸镀法涂覆的方式中的任一方式进行放置。

根据上述特征，相对现有电镀法，本发明能够以高密度填充具有超微直径的全通导孔内部，可提高半导体封装质量。尤其可实现可高密度填充，不仅可以提高导电性和机械特性，还可期待增加单位面积的元件功能。

附图说明