[发明专利]一种基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅通孔互联技术，尤其是涉及一种基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构的制作方法。 

背景技术

基于硅通孔互联的三维集成是一种全新的封装技术，它可以提供垂直的方向的电学信号的互联，降低连线的寄生电容与功耗，提高传输速度。同时可大大提升封装的密集度，减小芯片的尺寸，广泛应用于集成电路（IC）以及微机电系统（MEMS）的跨层连接。 

传统的硅通孔互联技术（TSV）制作方法主要包括：硅通孔的制作、硅通孔的绝缘和硅通孔的填充。其工艺流程参见图1，可以归纳为：步骤1，采用干法刻蚀工艺（DRIE）制备高深宽比的硅通孔，如图1（a）所示；步骤2，采用等离子化学气相沉积在刻蚀硅片以及通孔内表面生长氮化硅薄膜（Si₃N₄）或者二氧化硅薄膜（SiO₂），如图1（b）所示；步骤3，通孔内制作种子层，如图1（c）所示；步骤4，通孔内采用电镀工艺，完全填充金属，如图1（d）所示；步骤5，采用机械研磨工艺，去除背面硅层，并且抛光，得到如图1（e）所示硅通孔互联结构。 

目前，由于TSV制作方法中的干法刻蚀技术已经可以制作小直径、高深宽比的通孔，故主要限制硅通孔互联的是生长绝缘层的可靠性以及电镀工艺两个方面。如公开号为CN101540295B的中国专利，发明名称为“一种TSV通孔的绝缘层的制备方法”中提出高深宽比的通孔会对生长的绝缘层性能造成影响，进而导致粘附性下降最终失效；如公开号为CN1260398C的中国专利，发明名称为“电解铜电镀液”中提出，电镀工艺也会由于通孔尺寸缩小而难度增加。 

玻璃粉是一种广泛应用于涂覆浆料等方面的颗粒态玻璃，其尺寸可依据制备工艺从微米级到纳米级变化，且其熔融温度以及热膨胀系数能够通过改变配比成分进行调节。 

发明内容

本发明的目的在于克服传统TSV制作方法中存在生长层绝缘性能弱，电镀工艺加工困难、 成本高、可靠性差等问题，提供一种可制作小线宽、可靠性高基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构制作方法。 

本发明所述基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构制作方法，包括以下步骤： 

1）在硅层上，刻蚀出沟槽，同时形成凸起的硅柱； 

2）将带有图案的丝网版与硅层刻蚀后的图案对准，保证丝网版上镂空图案覆盖于刻蚀出的沟槽上，硅层其余区域部分被丝网版保护；将玻璃粉置于丝网版上，再采用平板在竖直方向反复挤压，使玻璃粉填充沟槽，然后刮去多余玻璃粉，并移走丝网版； 

3）采用粘性胶纸粘附去除硅柱顶部表面存在的玻璃粉； 

4）在真空条件下，将填充有玻璃粉硅层进行加热，使玻璃粉完全熔融，并且内部无气泡，再冷却至室温，得到熔融玻璃结构，该熔融玻璃结构包括硅柱顶部表面残留熔融玻璃以及沟槽内的熔融玻璃骨架； 

5）将得到熔融玻璃结构的硅层置于腐蚀液中，采用湿法腐蚀工艺去除硅柱顶部表面残留的熔融玻璃结构，得到沟槽内的熔融玻璃骨架； 

6）采用机械研磨方式，将硅层下部减薄加工至暴露出硅柱底部，再采用化学机械抛光方式修复研磨损伤，从而获得所述基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构。 

在步骤1）中，所述硅层可为硅片、SOI片或表面加工有集成电路的标准硅片。硅层最好在制作硅柱的区域采用局部高掺杂，这样使制作出来的硅柱具有更好的导电性。所述沟槽和硅柱可采用光刻与DRI的组合工艺制成。 

在步骤2）中，所述玻璃粉采用纳米级颗粒的玻璃粉，玻璃粉的热膨胀系数与硅层接近，这样可减少所造成的内应力；在玻璃粉填充沟槽的过程中，在控制竖直方向平板挤压压力的同时，可采用机械振动等辅助分散方式，使玻璃粉完全填充沟槽。 

在步骤4）中，所述加热是将填充有玻璃粉的硅层置于真空管式炉内进行加热，在真空条件下，加热温度最好高于玻璃粉熔融温度100～200℃。 

在步骤5）中，所述腐蚀液最好为氢氟酸溶液。 

与现有技术比较，本发明的有益效果如下： 

本发明所述的基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构制作方法，利用了玻璃粉对微加工中刻蚀沟槽进行填充，并且经过后续烧结、减薄工艺，获得一类基于熔融玻璃骨架的三维通孔互联结构。由于采用熔融玻璃粉作为通孔结构骨架，体硅作为电连接结构。因此不需要生长绝缘层，简化了工艺步骤；与传统硅通孔绝缘化后金属填充工艺中密度受限制、绝缘性差、连接可靠性低相比，极大的提高了通孔互联技术的通孔密度、电学连接可靠性以及具有更好 的绝缘性。可应用于集成电路以及微机电系统跨层连接的通孔互联制作。