[发明专利]实现高密度硅通孔互联的微电子芯片及其制造方法

权利要求书

1.一种实现高密度硅通孔互联的微电子芯片，在硅裸芯片（1）上密集制造硅通孔，形成高密度硅通孔阵列，其特征在于：将碳纳米管材料加工成致密碳纳米管束（2），将不同的所述致密碳纳米管束（2）分别对应插入不同的硅通孔，形成致密碳纳米管束阵列，在所述硅通孔和所述致密碳纳米管束（2）之间的间隙内填充密实绝缘材料（3），使高密度硅通孔阵列和致密碳纳米管束阵列固定组装为一体，并使在硅裸芯片（1）两侧的致密碳纳米管束（2）的端部暴露出来，通过致密碳纳米管束（2）的端部互联实现高密度硅通孔互联，用于下一步微电子元器件封装制造。

2.根据权利要求1所述的实现高密度硅通孔互联的微电子芯片，其特征在于：所述密实绝缘材料（3）为聚合物绝缘材料。

3.一种实现高密度硅通孔互联的微电子芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 在一片硅裸芯片（1）上旋涂上一层剥离胶，加热这层剥离胶后，在其上再旋涂一层标准的正光刻胶，经过紫外线曝光10秒，MF319显影液45秒之后，剥离胶形成底切结构，对硅裸芯片（1）进行蒸镀催化剂工艺后，再使硅裸芯片（1）置于光刻胶去除剂中，然后去除剥离胶，光刻胶和附着在光刻胶上的催化剂薄膜在硅裸芯片（1）上形成和光刻掩模同样图案的催化剂图案，催化剂薄膜由10nm厚的Al₂O₃和1nm厚的Fe组成；

b. 将载有催化剂薄膜图案的硅裸芯片（1）置入石英管中，将石英管抽真空后再在常压下通以 600 cm3/min的氢气，加热整个化学气相沉积系统至700℃，稳定5分钟后，再加以200 cm3/min的乙炔作为合成碳纳米管的原料气体，反应10分钟后，切断乙炔供应，并停止加热，再将氩气以900 cm3/min的速率通入石英管中，保持氩气的气流供应直至石英管中冷却至接近200°C，从而在硅裸芯片（1）上垂直密集生长一系列致密碳纳米管束（2），形成按照在上述步骤a中制备的催化剂图案定向生长的致密碳纳米管束阵列；

c. 将得到的带有致密碳纳米管束阵列的硅裸芯片（1）倒置于纸上，使致密碳纳米管束（2）的端面直接与纸面接触，随后在纸上喷洒异丙醇液体，并等待异丙醇液体挥发消失；

d. 将致密碳纳米管束（2）与纸分离，得到带有致密碳纳米管束阵列的硅芯片样件；

e. 再另取一块硅裸芯片（1），在硅裸芯片（1）上密集制造硅通孔，形成高密度硅通孔阵列，得到具有高密度硅通孔阵列的硅芯片；

f. 将在上述步骤d中制得的硅芯片样件至于平坦表面上，将在上述步骤e中制得的具有高密度硅通孔阵列的硅芯片置于硅芯片样件之上，使硅芯片样件上的碳纳米管和具有硅通孔阵列的硅芯片的通孔位置一一对准，使带有碳纳米管阵列的硅片上的碳纳米管同时插入具有硅通孔阵列的硅芯片的硅通孔中，获得层叠硅芯片；

g. 在层叠硅芯片上，硅通孔和致密碳纳米管束（2）之间的间隙内被密实绝缘材料（3）填充，使高密度硅通孔阵列和致密碳纳米管束阵列固定组装为一体，得到固定连接的层叠芯片；

h. 反转在上述步骤g中制得的固定连接的层叠芯片，使用深度反应离子刻蚀方法去除在上述步骤d中制得的硅芯片样件，留下具有高密度硅通孔阵列的硅芯片；

i. 去除在上述步骤h中制得的具有高密度硅通孔阵列的硅芯片上的致密碳纳米管束（2）的束头上的多余部分，使得在硅裸芯片（1）两侧的致密碳纳米管束（2）的端部暴露出来，最终获得用于碳纳米管互联的具有致密碳纳米管的硅芯片器件，即通过致密碳纳米管束（2）的端部互联实现高密度硅通孔互联，用于下一步微电子器件封装制造。

4.根据权利要求3所述的实现高密度硅通孔互联的微电子芯片的制造方法，其特征在于：在上述步骤e中，使用与在上述步骤a中相同的方法制作出光刻胶掩模图形，使用深度反应离子刻蚀方法在硅裸芯片（1）上密集制造硅通孔。

5.根据权利要求3或4所述的实现高密度硅通孔互联的微电子芯片的制造方法，其特征在于：在上述步骤g中，所填充的密实绝缘材料（3）为聚合物，使用悬涂工艺在上述步骤f中制得的层叠芯片上涂上一层BCB光刻胶，经过加热使BCB光刻胶交联形成聚合物，使所述硅通孔和所述致密碳纳米管束（2）之间的间隙内被聚合物密实填充；而在上述步骤i中，使用离子刻蚀方法，去除在上述步骤h中制得的具有高密度硅通孔阵列的硅芯片上的碳纳米管束（2）的束头上的多余BCB光刻胶聚合物，使得致密碳纳米管束（2）的端部暴露。