[发明专利]使基材内孔道金属化的方法

说明书

本文公开了使基材内孔道金属化的方法。在一种实施方式中，一种使孔道金属化的方法包括将基材设置于生长基材上。所述基材包含第一表面、第二表面和至少一个孔道。所述基材的第一表面或第二表面直接接触生长基材的表面，且生长基材的表面是导电的。该方法还包括向所述基材施用电解质，以将所述电解质设置于至少一个孔道内。所述电解质包含要沉积于至少一个孔道内的金属的金属离子。所述方法还包括将电极定位于电解质中，并且在电极与基材之间施加电流和/或电压，从而将金属离子还原成至少一个孔道内的生长基材的表面上的金属。

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119要求于2016/3/30提交的系列号为62/315146的美国临时申请的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。

背景

领域

本说明书总体上涉及用于使基材内的孔道金属化的方法，更具体而言，涉及使用无核电镀法(seedless electroplating process)使基材内的孔道金属化的方法。

背景技术

金属化是一种应用于半导体和微电子工业中的处理方法，其允许贯通基材的孔道能够起到电连接的作用。铜因其具有较低的电阻率而成为一种优选的金属。近年来，通孔连接受到关注，因为它们能够实现基于薄硅和玻璃孔道的技术，这些技术能够提供较高的封装密度、减少的信号通路、较宽的信号带宽、更低的封装成本以及极度小型化的系统。这些三维技术可广泛应用于消费电子品、高性能处理器、微电子机械装置(MEMS)、触摸传感器、生物医学装置、大容量存储器、汽车电子产品以及航空航天部件中。

目前可用于用铜来填充孔道的方法包括化学气相沉积(CVD)、基于糊料的处理以及电镀。CVD法适用于纵横比不超过20的小尺寸孔道(3～5μm直径)，但不适用于更大和更深的孔道。糊料法由以下步骤组成：用含有铜和合适粘合剂的糊料填充孔道，然后，在惰性气氛中(为了防止氧化)在约600℃下进行固化。随后，对基材(例如玻璃)进行抛光或薄化，以弥补固化过程中填充的铜的2～8μm的收缩。高温固化使得厚度较薄的玻璃产生破裂或弯曲的风险，此外，在固化过程中需要管理糊料的热膨胀系数(CTE)，其可能导致铜从孔道中隆起。CVD法和糊料法因其复杂性和高成本而不利于生产。

目前用来填充孔道的电镀法包括将屏障层和核(seed)层沉积在基材上和孔道内，随后对铜进行电沉积，最后进行薄化。屏障层和核层的沉积是困难的，且对于大规模生产而言不具备成本效益。另外，在有核电镀法中获得无空洞填充是具有挑战性的，因为沉积前端沿着孔道深度是不均匀的，且会使其自身形成空洞。

因此，需要一种简单、可放大且低成本的使基材内孔道金属化的方法。

发明简述

在第1方面中，一种使孔道金属化的方法包括将基材设置于生长基材上。所述基材包含第一表面、第二表面和至少一个从所述第一表面向所述第二表面延伸的孔道。所述基材的第一表面或第二表面直接接触生长基材的表面，且生长基材的表面是导电的。所述方法还包括将电解质设置于所述至少一个孔道中。所述电解质包含要沉积于至少一个孔道内的金属的金属离子。所述方法还包括将电极定位于所述电解质中，并且在所述电极与所述基材之间施加电流、电压或它们的组合，从而将所述金属离子还原成所述至少一个孔道内的所述生长基材的表面上的金属。

根据第1方面的第2方面，还包括从所述基材除去电解质，以及从所述基材的所述第一表面或所述第二表面除去所述生长基材。

根据第1方面或第2方面的第3方面，还包括向所述基材和/或所述生长基材施加机械力，以保持所述基材与所述生长基材之间的直接接触。

根据任一前述方面的第4方面，其中，施加电流和/或电压时的环境温度在10摄氏度至50摄氏度之间。

根据任一前述方面的第5方面，其中，所述生长基材包含导电橡胶材料。