[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

技術領域

本發明涉及一種電子系統及其制造方法，特別是涉及一種應用于三維大規模集成的封裝工藝的微電子器件及其制造方法，屬于微電子機械加工技術領域。

背景技術

隨著集成電路的發展，封裝技術也在不斷向著小型化和更可靠的方向發展。高密度硅通孔是封裝領域出現的一種用于三維大規模集成的封裝技術。三維硅通孔技術是一項非常有發展潛力的下一代高密度多功能微電子系統解決方案。三維硅通孔互聯技術不但能夠減少系統總面積，提高寶貴的面積利用率，還能縮短芯片互聯距離，減低局部和全局的時延。不僅如此，三維硅通孔互聯技術還有著提高始終頻率，減低系統功耗，和減少輸入/輸出驅動器的數量等優點。

基于以上述的關于三維硅通孔互聯的諸多優點，使用何種材料填充通孔就變得非常重要了。傳統金屬，例如銅，鎢，多晶硅，金和導電聚合物，是目前比較常用的通孔填充材料。但是這些材料都有著各自在生產，封裝和測試方面的局限，不利于對電學，熱學和機械學性能要求很高的微電子元器件封裝制造和應用。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片及其制造方法，利用具有優秀的電學，熱學和機械學性能的碳納米管填充硅片通孔，實現了硅片上的高密度硅通孔互聯，為微電子器件的三維大規模集成的封裝提供了保障，在眾多工業領域擁有廣泛的應用前景。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片，在硅裸芯片上密集制造硅通孔，形成高密度硅通孔陣列，將碳納米管材料加工成致密碳納米管束，將不同的致密碳納米管束分別對應插入不同的硅通孔，形成致密碳納米管束陣列，在硅通孔和致密碳納米管束之間的間隙內填充密實絕緣材料，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，并使在硅裸芯片兩側的致密碳納米管束的端部暴露出來，通過致密碳納米管束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。密實絕緣材料優選為聚合物絕緣材料。

本發明實現高密度硅通孔互聯的微電子芯片的制造方法，包括如下步驟：

a.?在一片硅裸芯片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，對硅裸芯片進行蒸鍍催化劑工藝后，再使硅裸芯片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，從而在硅裸芯片上垂直密集生長一系列致密碳納米管束，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倒置于紙上，使致密碳納米管束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，在硅裸芯片上密集制造硅通孔，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；優選使用與在上述步驟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上密集制造硅通孔；

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之間的間隙內被密實絕緣材料填充，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；所填充的密實絕緣材料優選為聚合物，即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，使硅通孔和致密碳納米管束之間的間隙內被聚合物密實填充；