[发明专利]用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法

说明书

本发明公开了一种用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法，应用于微电子器件制造工艺技术领域，其步骤如下：首先，贴附具有粘性的胶带到带有硅通孔的芯片或者晶圆任一表面，充当转印媒介；然后通过倒装焊接设备，使图形化的碳纳米管簇与硅通孔对准，在一定的键合压力条件下，实现碳纳米管簇与贴附在带有硅通孔的芯片或者晶圆一面的胶带接触，胶带与碳纳米管簇间的粘结力会留在硅通孔中，进而实现转移。本发明方法在室温下实现，不需要额外的设备。同时该方法可以进行大面积、高成功率的转印，进而满足电子元器件密集化和小型化的要求，可降低生产成本，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及一种芯片封装方法，特别是涉及一种芯片上的硅通孔互连方法，应用于微电子器件制造工艺技术领域。

背景技术

由于碳纳米管具有超高的机械强度、优秀的导电和导热性能以及稳定的化学性质，近些年在微电子封装领域的硅通孔互联方面得到了广泛的研究，但是由于碳纳米管的生长温度(700℃)与互补金属氧化物半导体工艺(低于400℃)的不兼容型，使其不能直接用于已经制作好器件的芯片上的硅通孔互连，因此需要碳纳米管簇生长后的转移。目前，多种方法已经被提出来解决这个问题，例如通过涂敷导电胶，蒸镀金属铟或者焊料合金充当转移媒介。但是这些方法都存在工艺复杂、高温键合或者转移后固化等问题。同时较低的转移成功率也进一步制约了碳纳米管簇在硅通孔互连中的运用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法，采用胶带辅助在室温下实现对碳纳米管簇的转移，胶带辅助的用于硅通孔互连的碳纳米管簇转移不仅在室温下快速实现，不需要额外复杂的设备，同时该方法可以进行大面积、高成功率的转印。碳纳米管凸点可以显著提高封装互连的电、热及机械性能并满足电子元器件密集化和小型化发展趋势。由于碳纳米管的高温生长环境导致碳纳米管凸点不能直接生长并成型于半导体器件上，需要将生长好的碳纳米管凸点，本发明通过转移技术转移到所需的半导体器件上。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法，包括如下步骤：

① 使用光刻工艺或深反应离子腐蚀法在硅片上制造出有设定形状和排列的一系列硅通孔，形成硅通孔阵列图案，硅通孔的孔径为200~300微米；

② 粘附胶带到在步骤①中已经制备的具有硅通孔的硅片的背面一侧的表面上，使胶带的粘结面朝向硅通孔内，作为转移媒介；作为碳纳米管簇的转移媒介的粘附胶带优选采用特氟龙胶带、透明胶带或者热脱离胶带；

③ 采用另一硅片作为辅助硅片，在辅助硅片上，使用化学气相沉积法在辅助硅片表面上已经图形化的催化剂层上面继续生长碳纳米管簇，各碳纳米管的直径皆为300微米，各碳纳米管的顶部自由端面高度平齐，然后通过蒸发的丙酮气体对碳纳米管簇进行致密处理，碳纳米管簇的排列方式图案中的碳纳米管与在步骤a中制备的通孔阵列图案中的通孔一一对应；优选使用电子束蒸镀法在辅助硅片上沉积一层由10纳米厚的三氧化二铝和1纳米厚的铁组成的催化层，优选使用异丙酮和去离子水洗去光刻胶及光刻胶上的催化剂层，对催化剂层进行图形化，在催化剂层上面离散生长碳纳米管束，形成碳纳米管簇；优选将乙炔、氢气和氢气通入化学气相沉积系统的反应室中，优选于700摄氏度下反应5-10分钟，通过化学气相沉积法在辅助硅片的催化剂层上生长碳纳米管束；

④ 采用倒装焊键合方法，将在步骤③中致密后的碳纳米管簇的碳纳米管与在步骤②中辅助硅片的硅通孔一一对准，通过施加设定压力，使碳纳米管簇的顶部与辅助硅片的硅通孔的背面的胶带的粘结面接触并粘结结合在一起，移入硅通孔中的碳纳米管与硅通孔内壁之间产生间隙；

⑤ 将在步骤④中的辅助硅片与碳纳米管簇的基部分离，将辅助硅片移除；