[發明專利]實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片及其制造方法

有效

• 申請號: 201310106480.5
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103280435A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 劉建影
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L23/52;H01L21/768
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片，在硅裸芯片（1）上密集制造硅通孔，形成高密度硅通孔陣列，其特征在于：將碳納米管材料加工成致密碳納米管束（2），將不同的所述致密碳納米管束（2）分別對應插入不同的硅通孔，形成致密碳納米管束陣列，在所述硅通孔和所述致密碳納米管束（2）之間的間隙內填充密實絕緣材料（3），使高密度硅通孔陣列和致密碳納米管束陣列固定組裝為一體，并使在硅裸芯片（1）兩側的致密碳納米管束（2）的端部暴露出來，通過致密碳納米管束（2）的端部互聯實現高密度硅通孔互聯，用于下一步微電子元器件封裝制造。

2.根據權利要求1所述的實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片，其特征在于：所述密實絕緣材料（3）為聚合物絕緣材料。

3.一種實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

a.?在一片硅裸芯片（1）上旋涂上一層剝離膠，加熱這層剝離膠后，在其上再旋涂一層標準的正光刻膠，經過紫外線曝光10秒，MF319顯影液45秒之后，剝離膠形成底切結構，對硅裸芯片（1）進行蒸鍍催化劑工藝后，再使硅裸芯片（1）置于光刻膠去除劑中，然后去除剝離膠，光刻膠和附著在光刻膠上的催化劑薄膜在硅裸芯片（1）上形成和光刻掩模同樣圖案的催化劑圖案，催化劑薄膜由10nm厚的Al₂O₃和1nm厚的Fe組成；

b.?將載有催化劑薄膜圖案的硅裸芯片（1）置入石英管中，將石英管抽真空后再在常壓下通以?600?cm3/min的氫氣，加熱整個化學氣相沉積系統至700℃，穩定5分鐘后，再加以200?cm3/min的乙炔作為合成碳納米管的原料氣體，反應10分鐘后，切斷乙炔供應，并停止加熱，再將氬氣以900?cm3/min的速率通入石英管中，保持氬氣的氣流供應直至石英管中冷卻至接近200°C，從而在硅裸芯片（1）上垂直密集生長一系列致密碳納米管束（2），形成按照在上述步驟a中制備的催化劑圖案定向生長的致密碳納米管束陣列；

c.?將得到的帶有致密碳納米管束陣列的硅裸芯片（1）倒置于紙上，使致密碳納米管束（2）的端面直接與紙面接觸，隨后在紙上噴灑異丙醇液體，并等待異丙醇液體揮發消失；

d.?將致密碳納米管束（2）與紙分離，得到帶有致密碳納米管束陣列的硅芯片樣件；

e.?再另取一塊硅裸芯片（1），在硅裸芯片（1）上密集制造硅通孔，形成高密度硅通孔陣列，得到具有高密度硅通孔陣列的硅芯片；

f.?將在上述步驟d中制得的硅芯片樣件至于平坦表面上，將在上述步驟e中制得的具有高密度硅通孔陣列的硅芯片置于硅芯片樣件之上，使硅芯片樣件上的碳納米管和具有硅通孔陣列的硅芯片的通孔位置一一對準，使帶有碳納米管陣列的硅片上的碳納米管同時插入具有硅通孔陣列的硅芯片的硅通孔中，獲得層疊硅芯片；

g.?在層疊硅芯片上，硅通孔和致密碳納米管束（2）之間的間隙內被密實絕緣材料（3）填充，使高密度硅通孔陣列和致密碳納米管束陣列固定組裝為一體，得到固定連接的層疊芯片；

h.?反轉在上述步驟g中制得的固定連接的層疊芯片，使用深度反應離子刻蝕方法去除在上述步驟d中制得的硅芯片樣件，留下具有高密度硅通孔陣列的硅芯片；

i.?去除在上述步驟h中制得的具有高密度硅通孔陣列的硅芯片上的致密碳納米管束（2）的束頭上的多余部分，使得在硅裸芯片（1）兩側的致密碳納米管束（2）的端部暴露出來，最終獲得用于碳納米管互聯的具有致密碳納米管的硅芯片器件，即通過致密碳納米管束（2）的端部互聯實現高密度硅通孔互聯，用于下一步微電子器件封裝制造。

4.根據權利要求3所述的實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片的制造方法，其特征在于：在上述步驟e中，使用與在上述步驟a中相同的方法制作出光刻膠掩模圖形，使用深度反應離子刻蝕方法在硅裸芯片（1）上密集制造硅通孔。

5.根據權利要求3或4所述的實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片的制造方法，其特征在于：在上述步驟g中，所填充的密實絕緣材料（3）為聚合物，使用懸涂工藝在上述步驟f中制得的層疊芯片上涂上一層BCB光刻膠，經過加熱使BCB光刻膠交聯形成聚合物，使所述硅通孔和所述致密碳納米管束（2）之間的間隙內被聚合物密實填充；而在上述步驟i中，使用離子刻蝕方法，去除在上述步驟h中制得的具有高密度硅通孔陣列的硅芯片上的碳納米管束（2）的束頭上的多余BCB光刻膠聚合物，使得致密碳納米管束（2）的端部暴露。