[發明專利]用于硅通孔互連的碳納米管簇轉印方法

有效

• 申請號: 201510255020.8
• 申請日: 2015-05-19
• 公開（公告）號: CN104979280B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 劉建影;穆偉
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種用于硅通孔互連的碳納米管簇轉印方法，應用于微電子器件制造工藝技術領域，其步驟如下：首先，貼附具有粘性的膠帶到帶有硅通孔的芯片或者晶圓任一表面，充當轉印媒介；然后通過倒裝焊接設備，使圖形化的碳納米管簇與硅通孔對準，在一定的鍵合壓力條件下，實現碳納米管簇與貼附在帶有硅通孔的芯片或者晶圓一面的膠帶接觸，膠帶與碳納米管簇間的粘結力會留在硅通孔中，進而實現轉移。本發明方法在室溫下實現，不需要額外的設備。同時該方法可以進行大面積、高成功率的轉印，進而滿足電子元器件密集化和小型化的要求，可降低生產成本，提高生產效率。

技術領域

本發明涉及一種芯片封裝方法，特別是涉及一種芯片上的硅通孔互連方法，應用于微電子器件制造工藝技術領域。

背景技術

由于碳納米管具有超高的機械強度、優秀的導電和導熱性能以及穩定的化學性質，近些年在微電子封裝領域的硅通孔互聯方面得到了廣泛的研究，但是由于碳納米管的生長溫度(700℃)與互補金屬氧化物半導體工藝(低于400℃)的不兼容型，使其不能直接用于已經制作好器件的芯片上的硅通孔互連，因此需要碳納米管簇生長后的轉移。目前，多種方法已經被提出來解決這個問題，例如通過涂敷導電膠，蒸鍍金屬銦或者焊料合金充當轉移媒介。但是這些方法都存在工藝復雜、高溫鍵合或者轉移后固化等問題。同時較低的轉移成功率也進一步制約了碳納米管簇在硅通孔互連中的運用。

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，提供一種用于硅通孔互連的碳納米管簇轉印方法，采用膠帶輔助在室溫下實現對碳納米管簇的轉移，膠帶輔助的用于硅通孔互連的碳納米管簇轉移不僅在室溫下快速實現，不需要額外復雜的設備，同時該方法可以進行大面積、高成功率的轉印。碳納米管凸點可以顯著提高封裝互連的電、熱及機械性能并滿足電子元器件密集化和小型化發展趨勢。由于碳納米管的高溫生長環境導致碳納米管凸點不能直接生長并成型于半導體器件上，需要將生長好的碳納米管凸點，本發明通過轉移技術轉移到所需的半導體器件上。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于硅通孔互連的碳納米管簇轉印方法，包括如下步驟：

① 使用光刻工藝或深反應離子腐蝕法在硅片上制造出有設定形狀和排列的一系列硅通孔，形成硅通孔陣列圖案，硅通孔的孔徑為200~300微米；

② 粘附膠帶到在步驟①中已經制備的具有硅通孔的硅片的背面一側的表面上，使膠帶的粘結面朝向硅通孔內，作為轉移媒介；作為碳納米管簇的轉移媒介的粘附膠帶優選采用特氟龍膠帶、透明膠帶或者熱脫離膠帶；

③ 采用另一硅片作為輔助硅片，在輔助硅片上，使用化學氣相沉積法在輔助硅片表面上已經圖形化的催化劑層上面繼續生長碳納米管簇，各碳納米管的直徑皆為300微米，各碳納米管的頂部自由端面高度平齊，然后通過蒸發的丙酮氣體對碳納米管簇進行致密處理，碳納米管簇的排列方式圖案中的碳納米管與在步驟a中制備的通孔陣列圖案中的通孔一一對應；優選使用電子束蒸鍍法在輔助硅片上沉積一層由10納米厚的三氧化二鋁和1納米厚的鐵組成的催化層，優選使用異丙酮和去離子水洗去光刻膠及光刻膠上的催化劑層，對催化劑層進行圖形化，在催化劑層上面離散生長碳納米管束，形成碳納米管簇；優選將乙炔、氫氣和氫氣通入化學氣相沉積系統的反應室中，優選于700攝氏度下反應5-10分鐘，通過化學氣相沉積法在輔助硅片的催化劑層上生長碳納米管束；

④ 采用倒裝焊鍵合方法，將在步驟③中致密后的碳納米管簇的碳納米管與在步驟②中輔助硅片的硅通孔一一對準，通過施加設定壓力，使碳納米管簇的頂部與輔助硅片的硅通孔的背面的膠帶的粘結面接觸并粘結結合在一起，移入硅通孔中的碳納米管與硅通孔內壁之間產生間隙；

⑤ 將在步驟④中的輔助硅片與碳納米管簇的基部分離，將輔助硅片移除；