薄膜高密度互连技术及其应用

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1、薄膜高密度互连技术及其应用

2、第11引言现代电子装置对小型化、轻量化、高性能化、多功能化、低功耗化和低成本化的要求不断提高且日益迫切。等便携式电子装置是体现这些要求的典型例子。现代电子装置的需求推动微电子集成技术迅速发展，系统芯片(SoC)、系统级封装(SIP)、多芯片组件(MCM)、高密度互连(HDI)等多种新技术不断涌现。高密度互连结构可以采用不同的技术来实现。每一种技术都有其优点和缺点。但就高互连密度和最佳电气性能而言，一般认为多层薄膜技术是最佳选择。使用这一技术可使线宽和线距很容易达到20μm、甚至10μm的极小尺寸，而且仅需两层细线布线层就能实现密度非常高的互连

3、结构。此外，薄膜高密度互连技术还能制造高质量的集成无源元件，包括电阻器、电容器、电感器和各种传输线。薄膜多层高密度互连结构不仅尺寸小、互连密度高，而且具有优异的高频性能。薄膜高密度互连技术是一种应用广泛的小型化集成技术，更是实现RF电路和微波电路低成本集成的一种优先解决方案。2概述[1]、[2]高密度互连(HDI)基片被定义为比一般PCB具有更高单位面积连线密度的基片。同普通PCB相比，HDI基片的线宽和线距更加精细(<75μm)、通孔小(<150μm)、定位焊盘(CapturePad)也小(<400μm)、连接焊盘(ConnectionPad)密度较

4、大(>20个焊盘·cm-2)。HDI基片在微电子集成技术中用来缩小尺寸、减轻重量和提高电气性能。HDI基片在日本称作"积层板"(build-upboard)，在美国又被称作"序列积层"(SBU，Seauentialbuild-up)板或"微孔"(Microuia)板。虽然有多种技术都可用来制造HDI基片，按照上述定义，从尺寸缩小角度来看，薄膜技术显然是获得高互连密度的最佳技术。MCM-D(淀积薄膜型多芯片组件)基片就是一种薄膜高密度互连基片。这种基片是制造MCM-D最重要的基础，直接决定着MCM-D的尺寸、封装密度和性能。众所周知，MCM-D是一种十分重要的高密度

5、小型化封装技术。这从一个侧面充分反映了薄膜高密度互连技术在微电子集成方面的重要意义。薄膜高密度互连技术是在薄膜制备、光刻等IC工艺技术基础上发展起来的。其主要特点是相继地沉积用做导体的金属薄膜和作介质隔离层的绝缘膜．薄膜高密度互连基片采用半导体加工的薄膜工艺、设备和方法进行制造，一种广泛使川的工艺是在硅或氧化铝圆片(也可用其他基片)上形成多层结构。先将聚酰亚胺涂覆在圆片上，逐步升高温度到425℃时固化。接着，用光刻作为掩膜或使用光刻出图案的金属或旋转涂覆玻璃(SOG)作为掩膜，等离子刻蚀通孔。然后，将金属(一般为铝或铜)溅射在整个表面上，同时覆盖通孔的壁上。之后，用光刻

6、工艺刻蚀成所需的导体图案。通过重复上面的工艺，旋转涂覆另一层聚酰亚胺，固化、刻蚀通孔和进行金属化，直到产生所要求层数的信号层、接地层和电源层为止。除聚酰亚胺之外，还可采用其他介质作绝缘膜。图1是一种MCM-D用薄膜多层高密度互连基片的剖面示意图。screen.CLA(中心线平均值)。在质量和等级方面，薄膜用氧化铝基片比厚膜用氧化铝基片要求高得多。石英基片具有表面光洁、损耗因数低、热膨胀系数很小(仅为0.55×10-6／℃，是氧化铝基片的l／10左右)等特点，可制作很高密度的互连图形，特别适合微波、毫米波、小功率、低并联电容场合使用。但石英基片的价格较高。硅、氧化铍、氮化

7、铝等三种基片的导热性能好，它们的热导率比氧化铝基片和石英基片高得多。硅基片可在中功率、大功率直流场合使用，而且是高密度多层细线布线的最佳基片。氧化铍是一种集高绝缘电阻和高热导率于一身的基片材料。其热导率接近金属铝并具有极好的塑料才有的绝缘电阻。而且，它的热导率值与材料纯度密切相关。高纯度氧化铍陶瓷的热导率比典型的环氧塑料高l200倍，比大多数玻璃高200倍，优于氧化铝陶瓷6～10倍。常用氧化铍材料的热导率在25℃时一般为300·k)-1，在l00℃时通常为240·k)-1。它的主要问题是成本高和制造中的毒性。氧化铍适合在大功率混合电路和大功率微波电路中做互连基片。氮化铝

8、的性能与用途同氧化铍类似，具有高热导率(170·k)-1～200·k)-1)和优良的电气、机械性能，但是不像氧化铍那样有毒性。氮化铝的另外一个优点是热膨胀系数(4.4×10-6／℃)低，可与硅的热膨胀系数(3×10-6／℃)形成良好的匹配。由于氮化铝性能上的这些优点，使其作为高功率混合电路、大功率微波电路和高密度多芯片组件的互连基片而受到重视。