含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法
2023-10-07 23:30:14
專利名稱：含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法
技術領域：
本發明涉及微電子封裝技術領域，特別涉及一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法。
背景技術：
隨著人們對電子產品向小型化、高性能、多功能等方向的發展的要求，研究人員努力探求將電子系統越做越小，性能越來越強，功能越做越多，由此產生了許多新技術、新材料和新設計，其中三維封裝技術以及系統級封裝(System-in-Package, SiP)技術就是這些技術的典型代表。三維封裝技術，是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內於垂直方向疊放兩個以上晶片的封裝技術。轉接板技術正是實現三維封裝的關鍵技術之一。隨著晶片管腳數進一步增多和管腳節距的進一步縮小，受有機基板工藝的限制，傳統基板線條微細化大大提高了製作成本，並難以滿足應用的要求。轉接板則是應對這些問題的一種很合適的解決方案，由於使用半導體的工藝製程，轉接板可以得到很高密度的布線和很小的節距。另一方面，轉接板可以採用熱膨脹係數與晶片相近的材料來製造，例如矽和玻璃等，這樣可以減小熱膨脹係數的失配，從而避免很多問題，極大地提高了封裝體的熱機械可靠性。另外，轉接板的互連結構是垂直互連，這樣大大縮短了互連線的長度，晶片和基板間的電氣性能將得到很大的提升。最早的通孔互連結構是由美國人William Shockley於1958年的專利US3044909中提出的，雖然當時發明人提出這種結構並不是為了應用於三維集成，但隨著封裝技術的發展，通孔互連結構逐漸在三維集成技術領域得到了廣泛的研究和應用。在矽基轉接板技術中，製造工藝主要包括孔成型、製作絕緣層(矽基轉接板)、填孔等工藝步驟。在諸多工藝步驟中，填孔工藝是一個技術難點，快速低成本的填孔工藝是工業化大批量生產的迫切需求。傳統的填孔一般採用電鍍的方式，這種方式得到的填充容易產生金屬空洞，而且需要製作種子層，而良好的種子層的製作仍是目前難以解決的難點問題。另一方面電鍍方法也對電鍍溶液和電流等的控制有著極嚴格的要求。另外，對於大孔徑的通孔，電鍍方法需要較長的時間，效率低下，這也進一步增大了生產成本。由於電鍍方法的應用限制，各種新的工藝、材料以及填充方法也逐漸被提出和討論。例如採用金屬鎢、導電膠來填孔，採用化學鍍或者電化學鍍的方法來形成種子層以及填充金屬，另外還有直接在孔中填充金屬纖料或者金屬球的方法來完成填空，這種方法在孔徑較大的情況下能夠有很好的應用。如專利CN200910201709. 7提出的，對通孔進行鎢填充；專利US6589594B1提到，採用沉積釺料或其他導體材料填入矽通孔，回流後形成電氣互連；而專利US2006/0009029A1也提到，在矽孔中填入導電球體，施加壓力形成互連；專利US2010/0144137A1利用毛細作用，互連上下結構同時完成填孔。但是這些方法均存在工藝複雜，加工時間長和工藝成本高等缺點。玻璃基轉接板的製作主要分為減成法和加成法。減成法技術製作轉接板，是首先在玻璃板上形成孔的結構，然後在孔中填入導電材料形成電互連。例如美國專利US20090205372 Al公開了一種改進的減成法來製作玻璃轉接板，即用帶有微柱形陣列的模具壓入軟化的玻璃中，待玻璃固化後取出模具，則在玻璃上形成了孔的結構。這種方法製備微孔，模具取出比較困難，通常需要藉助刻蝕等附加工藝過程。利用減成法製備玻璃通孔轉接板，孔的製作只是第一步，還需要進行種子層的製作，電鍍填孔，化學機械拋光等步驟。這些工藝不但複雜，設備昂貴，而且材料成本也很高。另一種製備玻璃轉接板的方法是加成法，加成法的工藝是利用熔融玻璃把金屬等導體材料覆蓋，進而使其嵌入到玻璃中。NEC/Schott HermeS公司採用加成法把直徑100微米的鎢絲嵌入Borofloat 33玻璃以製作出圖形化的玻璃轉接板。另外，德國IZM也採用了加成法製作玻璃轉接板，即Planoptik方法，其利用加成法在玻璃中嵌入了直徑200微米的矽微柱狀陣列作為電互連線(參見H.Schroder, et al. , 「glassPack-A 3D Glass Based Interposer Concept for SiP withIntegrated Optical Interconnects」，ECTC, 2010, ppl647_1652)。現有技術中的加成法避免了繁雜的打孔，填孔工藝流程。但現有技術中的加成法也存在很多問題。例如，金屬絲的直徑很大，很難做到細節距，使得嵌入的金屬絲的數目受到限制。更大的難度在於金屬絲的位置固定很困難，例如目前採用現有技術製作的玻璃轉接板上的金屬絲位置錯配度最小為50微米。上述問題的存在大大限制了利用玻璃轉接板來實現高密度的封裝。專利CN201110106709.6提出了一種把金屬材料插入玻璃中的方法。在這種方法中，需對玻璃進行高溫重熔。其中，如何保證金屬通孔位置是個關鍵技術難點。玻璃重熔的過程中，難免會引起金屬通孔的位置變化。另外，高溫工藝還會帶來應力問題、改變玻璃狀態，最終導致玻璃出現裂紋甚至碎裂等。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種克服金屬填充過程中容易出現空洞、步驟複雜、時間長、成本高問題的含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法。根據本發明的一個方面，提供一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法包括
在基片上製作盲孔或通孔；
在所述盲孔或通孔內填充聚合物；
將金屬塊體插入填滿聚合物的盲孔或通孔內；
對盲孔或通孔內聚合物進行固化處理；
對基片的正面和背面進行研磨拋光，露出金屬。進一步地，所述基片包括玻璃基片或者娃晶片。進一步地，所述製作盲孔或通孔是使用雷射打孔、幹法刻蝕、噴砂或者機械方法實現。進一步地，所述聚合物的填充是通過旋塗方法實現。進一步地，在插入金屬塊體時，所述盲孔或通孔內聚合物為液態或者半固化狀態。進一步地,所金屬塊體包括鎳、鐵、銅、招、鉬、金、紀、鈦或鶴。進一步地，所述金屬塊體的形狀包括絲狀、球狀、柱狀或立方體。進一步地，所述對基片的正面和背面進行研磨拋光是將基片進行機械研磨，將基片減薄到100 μ m-500 μ m厚度；利用機械拋光或化學拋光方法將減薄的基片的正面和背面
整平。進一步地，在所述通孔內填充聚合物之前，在基片底部貼附輔助膜。進一步地，所述輔助膜是聚合物材料膜，或者與基片粘附性較好的材料的膜。本發明提供的一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法具有以下有益效果
(1)、製造步驟少，加工流程簡單，不需要高溫工藝，成本低廉；
(2)、相比傳統電鍍方法，不需要製作種子層，並且大大縮短了填孔時間，提高填孔效率，並且不存在金屬空洞的問題；
(3)、聚合物可以起到釋放應力的作用，因而可以提高轉接板的熱機械可靠性；
(4)、聚合物可以作為絕緣層，可以省去矽基轉接板製作絕緣層的步驟。
圖Ia-圖Ie是本發明實施例提供的(通孔)轉接板製造步驟示意圖2a_圖2e是本發明實施例提供的(盲孔)轉接板製造步驟示意圖。其中，101-基片、102-聚合物、103-金屬絲、202-通孔、203-輔助膜、205-金屬絲、302-盲孔。
具體實施例方式本發明實施例提供的一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法包括步驟SI、在基片上製作盲孔或通孔。基片包括玻璃基片、矽晶片和其他半導體基片。制
作盲孔或通孔是使用雷射打孔、幹法刻蝕、噴砂或者機械方法實現。步驟S2、在盲孔或通孔內填充聚合物。聚合物的填充是通過旋塗方法實現。聚合物包括苯並環丁烯或者環氧基樹脂。步驟S3、將金屬塊體插入填滿聚合物的盲孔或通孔內。在通孔內填充聚合物之前，在基片底部貼附輔助膜。在插入金屬塊體時，盲孔或通孔內聚合物為液態或者半固化狀態。金屬塊體包括鎳、鐵、銅、鋁、鉬、金、鈀、鈦、鎢及其他合金材料。金屬塊體的形狀包括絲狀、球狀、柱狀或立方體。輔助膜是聚合物材料膜，或者與基片粘附性較好的材料的膜(例如，膠帶或者UV膜)。步驟S4、對盲孔或通孔內聚合物進行固化處理。為了得到高緻密性的固化結果，採用抽真空並加熱的方式去除溶劑,再進行加熱固化。步驟S5、對基片的正面和背面進行研磨拋光，露出金屬。對基片的正面和背面進行研磨拋光是將基片進行機械研磨，將基片減薄到100 μ m-500 μ m厚度；利用機械拋光或化學拋光方法將減薄的基片的正面和背面整平。下面結合具體實施例對本發明實施例提供的一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法進行說明。如圖Ia-圖Ie所示，本發明實施例提供的含聚合物材料的(通孔)轉接板製造方法，包括
步驟I、如圖Ia所示，在玻璃基片101上進行打孔，得到通孔202。
步驟2、如圖Ib所示，在玻璃基片101的背面貼附一層聚合物材料的輔助膜203。步驟3、如圖Ic所示，用旋塗的方法在玻璃基片101的孔內塗滿聚合物102。
步驟4、如圖Id所示，在聚合物102為非固態的情況下，將金屬絲205插入到充滿聚合物102的通孔202中，然後加溫對聚合物102進行固化處理。步驟5、如圖Ie所示，聚合物102固化後，去除玻璃基片背面的輔助膜203，對玻璃基片101的正面和背面進行研磨。後續可繼續進行重新分布層等的加工製作。如圖2a_2e所示，本發明實施例提供的含聚合物材料的(盲孔)轉接板製造方法，包括
步驟21、如圖2a所示，在玻璃基片101上進行幹法刻蝕孔，得到盲孔302。步驟22、如圖2b所示，用旋塗的方法在玻璃基片101的盲孔302內塗滿聚合物102。步驟23、如圖2c所示，在聚合物102為非固態的情況下，將金屬絲205插入到充滿聚合物102的盲孔302中，然後加溫對聚合物102進行固化處理。步驟24、如圖2d所示，聚合物102固化後，對玻璃基片101的正面進行研磨拋光。步驟25、如圖2e所示，對玻璃基片101的背面進行研磨拋光，後續可繼續進行重新分布層等的加工製作。本發明提供的一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法具有以下有益效果
(1)、加工流程簡單，不需要高溫工藝，成本低廉；
(2)、相比傳統電鍍方法，不需要製作種子層，並且大大縮短了填孔時間，提高填孔效率，並且不存在金屬空洞的問題；
(3)、聚合物可以起到釋放應力的作用，因而可以提高轉接板的熱機械可靠性；
(4)、聚合物可以作為絕緣層，可以省去矽基轉接板製作絕緣層的步驟。(5)、可有效完成三維封裝或者MEMS封裝中採用的多層堆疊結構。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法，其特徵在於，包括在基片上製作盲孔或通孔；在所述盲孔或通孔內填充聚合物；將金屬塊體插入填滿聚合物的盲孔或通孔內；對盲孔或通孔內聚合物進行固化處理；對基片的正面和背面進行研磨拋光，露出金屬。
2.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於所述基片包括玻璃基片或者娃晶片。
3.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於所述製作盲孔或通孔是使用雷射打孔、幹法刻蝕、噴砂或者機械方法實現。
4.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於所述聚合物的填充是通過旋塗方法實現。
5.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於在插入金屬塊體時，所述盲孔或通孔內聚合物為液態或者半固化狀態。
6.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於所金屬塊體包括鎳、鐵、銅、鋁、鉬、金、鈀、鈦或鎢。
7.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於所述金屬塊體的形狀包括絲狀、球狀、柱狀或立方體。
8.根據權利要求I所述的製造方法，其特徵在於，所述對基片的正面和背面進行研磨拋光是將基片進行機械研磨，將基片減薄到100 μ m-500 μ m厚度；利用機械拋光或化學拋光方法將減薄的基片的正面和背面整平。
9.根據權利要求1-8任一項所述的製造方法，其特徵在於在所述通孔內填充聚合物之前，在基片底部貼附輔助膜。
10.根據權利要求9所述的製造方法，其特徵在於所述輔助膜是聚合物材料膜，或者與基片粘附性較好的材料的膜。
全文摘要
公開了一種含聚合物材料和金屬通孔的互連結構的製造方法包括:在基片上製作盲孔或通孔；在所述盲孔或通孔內填充聚合物；將金屬塊體插入填滿聚合物的盲孔或通孔內；對盲孔或通孔內聚合物進行固化處理；對基片的正面和背面進行研磨拋光，露出金屬。本發明可有效完成三維封裝或者MEMS封裝中採用的多層堆疊結構。
文檔編號H01L21/768GK102956540SQ20111023725
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者於大全, 赫然, 孫瑜 申請人:中國科學院微電子研究所