[發明專利]一種基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構制作方法

有效

• 申請號: 201310365926.6
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103413780A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 孫道恒;占瞻;周如海;李益盼;蔡建發;陳夢月;王凌云
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 劉勇

技術領域

本發明涉及硅通孔互聯技術，尤其是涉及一種基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構的制作方法。?

背景技術

基于硅通孔互聯的三維集成是一種全新的封裝技術，它可以提供垂直的方向的電學信號的互聯，降低連線的寄生電容與功耗，提高傳輸速度。同時可大大提升封裝的密集度，減小芯片的尺寸，廣泛應用于集成電路（IC）以及微機電系統（MEMS）的跨層連接。?

傳統的硅通孔互聯技術（TSV）制作方法主要包括：硅通孔的制作、硅通孔的絕緣和硅通孔的填充。其工藝流程參見圖1，可以歸納為：步驟1，采用干法刻蝕工藝（DRIE）制備高深寬比的硅通孔，如圖1（a）所示；步驟2，采用等離子化學氣相沉積在刻蝕硅片以及通孔內表面生長氮化硅薄膜（Si₃N₄）或者二氧化硅薄膜（SiO₂），如圖1（b）所示；步驟3，通孔內制作種子層，如圖1（c）所示；步驟4，通孔內采用電鍍工藝，完全填充金屬，如圖1（d）所示；步驟5，采用機械研磨工藝，去除背面硅層，并且拋光，得到如圖1（e）所示硅通孔互聯結構。?

目前，由于TSV制作方法中的干法刻蝕技術已經可以制作小直徑、高深寬比的通孔，故主要限制硅通孔互聯的是生長絕緣層的可靠性以及電鍍工藝兩個方面。如公開號為CN101540295B的中國專利，發明名稱為“一種TSV通孔的絕緣層的制備方法”中提出高深寬比的通孔會對生長的絕緣層性能造成影響，進而導致粘附性下降最終失效；如公開號為CN1260398C的中國專利，發明名稱為“電解銅電鍍液”中提出，電鍍工藝也會由于通孔尺寸縮小而難度增加。?

玻璃粉是一種廣泛應用于涂覆漿料等方面的顆粒態玻璃，其尺寸可依據制備工藝從微米級到納米級變化，且其熔融溫度以及熱膨脹系數能夠通過改變配比成分進行調節。?

發明內容

本發明的目的在于克服傳統TSV制作方法中存在生長層絕緣性能弱，電鍍工藝加工困難、?成本高、可靠性差等問題，提供一種可制作小線寬、可靠性高基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構制作方法。?

本發明所述基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構制作方法，包括以下步驟：?

1）在硅層上，刻蝕出溝槽，同時形成凸起的硅柱；?

2）將帶有圖案的絲網版與硅層刻蝕后的圖案對準，保證絲網版上鏤空圖案覆蓋于刻蝕出的溝槽上，硅層其余區域部分被絲網版保護；將玻璃粉置于絲網版上，再采用平板在豎直方向反復擠壓，使玻璃粉填充溝槽，然后刮去多余玻璃粉，并移走絲網版；?

3）采用粘性膠紙粘附去除硅柱頂部表面存在的玻璃粉；?

4）在真空條件下，將填充有玻璃粉硅層進行加熱，使玻璃粉完全熔融，并且內部無氣泡，再冷卻至室溫，得到熔融玻璃結構，該熔融玻璃結構包括硅柱頂部表面殘留熔融玻璃以及溝槽內的熔融玻璃骨架；?

5）將得到熔融玻璃結構的硅層置于腐蝕液中，采用濕法腐蝕工藝去除硅柱頂部表面殘留的熔融玻璃結構，得到溝槽內的熔融玻璃骨架；?

6）采用機械研磨方式，將硅層下部減薄加工至暴露出硅柱底部，再采用化學機械拋光方式修復研磨損傷，從而獲得所述基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構。?

在步驟1）中，所述硅層可為硅片、SOI片或表面加工有集成電路的標準硅片。硅層最好在制作硅柱的區域采用局部高摻雜，這樣使制作出來的硅柱具有更好的導電性。所述溝槽和硅柱可采用光刻與DRI的組合工藝制成。?

在步驟2）中，所述玻璃粉采用納米級顆粒的玻璃粉，玻璃粉的熱膨脹系數與硅層接近，這樣可減少所造成的內應力；在玻璃粉填充溝槽的過程中，在控制豎直方向平板擠壓壓力的同時，可采用機械振動等輔助分散方式，使玻璃粉完全填充溝槽。?

在步驟4）中，所述加熱是將填充有玻璃粉的硅層置于真空管式爐內進行加熱，在真空條件下，加熱溫度最好高于玻璃粉熔融溫度100～200℃。?

在步驟5）中，所述腐蝕液最好為氫氟酸溶液。?

與現有技術比較，本發明的有益效果如下：?

本發明所述的基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構制作方法，利用了玻璃粉對微加工中刻蝕溝槽進行填充，并且經過后續燒結、減薄工藝，獲得一類基于熔融玻璃骨架的三維通孔互聯結構。由于采用熔融玻璃粉作為通孔結構骨架，體硅作為電連接結構。因此不需要生長絕緣層，簡化了工藝步驟；與傳統硅通孔絕緣化后金屬填充工藝中密度受限制、絕緣性差、連接可靠性低相比，極大的提高了通孔互聯技術的通孔密度、電學連接可靠性以及具有更好?的絕緣性?？蓱糜诩呻娐芬约拔C電系統跨層連接的通孔互聯制作。?