[发明专利]穿过聚合物的通孔和制造这种通孔的方法

说明书

本发明涉及用于半导体层和晶圆的三维(3D)堆叠、封装和异构集成的通孔。特别地，本发明涉及用于制造通孔的工艺、通孔、3D电路和半导体装置。通孔是用于垂直地(即，在平面外方向上)互连芯片、装置、互连层和晶圆的互连件。

技术领域

本发明涉及用于半导体装置和/或晶圆的三维(3D)堆叠、封装和/或异构集成的通孔。特别地，本发明涉及用于制造通孔的工艺、通孔、3D电路以及包括但不限于MEMS(微电机系统)的半导体装置。

背景技术

通孔是用于垂直地(即在平面外方向上)互连芯片、装置、互连层和晶圆的互连件。这可以电子地、光学地或通过微流通道来完成。

现有技术的通孔包括穿过硅的通孔(TSV)。TSV是穿过硅晶圆以建立从芯片的活性侧至背部的电连接的通孔。TSV的缺点是显著的困难通常涉及TSV制造，诸如复杂表面的共形覆盖、窄的高深宽比结构的填充、晶圆减薄以及晶圆由于与用于形成电连接的中介层(例如铜)的材料性质不匹配而引起的破裂。此外，TSV中介层与互连层的准确放置和电连接本身就是一个挑战。

另一方法是穿过模具的通孔(TMV)。TMV通常使用环氧树脂模制复合物钻孔和残留物清除的工艺来形成。该工艺由于通孔的通道的大直径(d≥450μm)、低纵横比(1：1)和焊料的高电阻而非常不适于3D集成。

WO 2006/039633 A2叙述了制造互连元件和包括互连元件的多层连线板的结构和方法。

US 2006/0267213 A1叙述了包括预制高密度馈通的可堆叠层级结构。

US 2008/0170819 A1叙述了光学元件、封装基底和用于光学通信的装置。封装基底具有利用树脂填充的通孔和导体。

US 2003/0139032 A1叙述了金属柱制造方法。

US 2003/0173676 A1叙述了多层半导体装置及其制造方法。

US 2010/0218986 A1叙述了用于制造印刷线路板的方法和印刷线路板。

发明内容

本发明的目标是克服现有技术的通孔及其制造工艺的缺点和/或提供其替代。

在第一方面，本发明涉及一种用于制造通孔的工艺，所述通孔用于半导体装置和/或晶圆的三维堆叠、封装和/或异构集成，所述工艺包括：(a)在载体层或基底上提供聚合物的微结构；(b)将微结构涂布第一导电材料的层以提供涂布的微结构；(c)将涂布的微结构封装在第二电绝缘材料内以使得涂布的微结构形成第二电绝缘材料的上表面和下表面之间的互连。

制造用于半导体装置和/或晶圆的三维堆叠、封装和/或异构集成的通孔的该方法完全不同于现有技术的工艺，诸如用于制造TSV和TMV的工艺。本发明的工艺首先制造通孔，而现有技术的工艺最后制造通孔。

本发明的“通孔优先”方法的显著优点是该工艺具有用于在单一步骤中，即在提供第二电绝缘材料的步骤中将诸如半导体装置、微流体装置和/或MEMS的系统与通孔集成的空间。因此，该工艺对于低成本、大规模制造是有前途的。这从以下说明中将是清楚的。注意，另外的互连层可以放置在通孔的任一侧上或在第二电绝缘材料的顶部上。

在优选实施例中，聚合物是光刻胶。合适的光刻胶的例子包括SU-8和干膜光刻胶层压材料。

将光刻胶用于微结构的特定优点是即使是复杂的结构也可以以高的精确度和可再现性来制造并且尺寸匹配或胜过现有技术的穿过模具的通孔(TMV)或穿过硅的通孔的尺寸。此外，微结构可以同时以低成本并在短时间内制造。光刻胶的暴露和形成可耗费30到45分钟之间。