穿過(guò)聚合物的通孔和制造這種通孔的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體裝置和/或晶圓的三維(3D)堆疊、封裝和/或異構(gòu)集成的通孔。特別地，本發(fā)明涉及用于制造通孔的工藝、通孔、3D電路以及包括但不限于MEMS(微電機(jī)系統(tǒng))的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通孔是用于垂直地(即在平面外方向上)互連芯片、裝置、互連層和晶圓的互連件。這可以電子地、光學(xué)地或通過(guò)微流通道來(lái)完成。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的通孔包括穿過(guò)硅的通孔(TSV)。TSV是穿過(guò)硅晶圓以建立從芯片的活性側(cè)至背部的電連接的通孔。TSV的缺點(diǎn)是顯著的困難通常涉及TSV制造，諸如復(fù)雜表面的共形覆蓋、窄的高深寬比結(jié)構(gòu)的填充、晶圓減薄以及晶圓由于與用于形成電連接的中介層(例如銅)的材料性質(zhì)不匹配而引起的破裂。此外，TSV中介層與互連層的準(zhǔn)確放置和電連接本身就是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0004]另一方法是穿過(guò)模具的通孔(TMV)。TMV通常使用環(huán)氧樹(shù)脂模制復(fù)合物鉆孔和殘留物清除的工藝來(lái)形成。該工藝由于通孔的通道的大直徑(d彡450 μπι)、低縱橫比(I:1)和焊料的高電阻而非常不適于3D集成。
[0005]WO 2006/039633 Α2敘述了制造互連元件和包括互連元件的多層連線板的結(jié)構(gòu)和方法。
[0006]US 2006/0267213 Al敘述了包括預(yù)制高密度饋通的可堆疊層級(jí)結(jié)構(gòu)。
[0007]US 2008/0170819 Al敘述了光學(xué)元件、封裝基底和用于光學(xué)通信的裝置。封裝基底具有利用樹(shù)脂填充的通孔和導(dǎo)體。
[0008]US 2003/0139032 Al敘述了金屬柱制造方法。
[0009]US 2003/0173676 Al敘述了多層半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0010]US 2010/0218986 Al敘述了用于制造印刷線路板的方法和印刷線路板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目標(biāo)是克服現(xiàn)有技術(shù)的通孔及其制造工藝的缺點(diǎn)和/或提供其替代。
[0012]在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于制造通孔的工藝，所述通孔用于半導(dǎo)體裝置和/或晶圓的三維堆疊、封裝和/或異構(gòu)集成，所述工藝包括:(a)在載體層或基底上提供聚合物的微結(jié)構(gòu)；(b)將微結(jié)構(gòu)涂布第一導(dǎo)電材料的層以提供涂布的微結(jié)構(gòu)；(C)將涂布的微結(jié)構(gòu)封裝在第二電絕緣材料內(nèi)以使得涂布的微結(jié)構(gòu)形成第二電絕緣材料的上表面和下表面之間的互連。
[0013]制造用于半導(dǎo)體裝置和/或晶圓的三維堆疊、封裝和/或異構(gòu)集成的通孔的該方法完全不同于現(xiàn)有技術(shù)的工藝，諸如用于制造TSV和TMV的工藝。本發(fā)明的工藝首先制造通孔，而現(xiàn)有技術(shù)的工藝最后制造通孔。
[0014]本發(fā)明的“通孔優(yōu)先”方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是該工藝具有用于在單一步驟中，即在提供第二電絕緣材料的步驟中將諸如半導(dǎo)體裝置、微流體裝置和/或MEMS的系統(tǒng)與通孔集成的空間。因此，該工藝對(duì)于低成本、大規(guī)模制造是有前途的。這從以下說(shuō)明中將是清楚的。注意，另外的互連層可以放置在通孔的任一側(cè)上或在第二電絕緣材料的頂部上。
[0015]在優(yōu)選實(shí)施例中，聚合物是光刻膠。合適的光刻膠的例子包括SU-8和干膜光刻膠層壓材料。
[0016]將光刻膠用于微結(jié)構(gòu)的特定優(yōu)點(diǎn)是即使是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也可以以高的精確度和可再現(xiàn)性來(lái)制造并且尺寸匹配或勝過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的穿過(guò)模具的通孔(TMV)或穿過(guò)硅的通孔的尺寸。此外，微結(jié)構(gòu)可以同時(shí)以低成本并在短時(shí)間內(nèi)制造。光刻膠的暴露和形成可耗費(fèi)30到45分鐘之間。
[0017]其中，聚合物是光刻膠，在載體層或基底上提供聚合物的微結(jié)構(gòu)涉及:在載體層或基底上提供光刻膠的層；在光刻膠中圖案化(根據(jù)使用正性和負(fù)性光刻膠而為正性或負(fù)性)微結(jié)構(gòu)；將光刻膠暴露于合適波長(zhǎng)的輻射(通常為UV或甚至X射線)；將光刻膠暴露于合適的光刻膠顯影劑。
[0018]作為替換，預(yù)制(干膜)光刻膠微結(jié)構(gòu)(諸如光刻膠的塊)可以例如通過(guò)拾取和放置設(shè)備局部地放置，以進(jìn)一步降低制造本發(fā)明的通孔的成本。
[0019]光刻膠的層優(yōu)選地具有100 ym至750 μm的范圍的厚度。在任何情況下，微結(jié)構(gòu)在其最寬點(diǎn)處的高度和寬度優(yōu)選地使得微結(jié)構(gòu)的縱橫比大于5，更優(yōu)選地大于10，最優(yōu)選地大于15。從包括通孔的裝置等物的最小化的觀點(diǎn)來(lái)看，高縱橫比是有利的。
[0020]在優(yōu)選實(shí)施例中，第一導(dǎo)電材料選自包括銅、鎳、銀和金的組。將微結(jié)構(gòu)涂布銅、鎳、銀或金的層優(yōu)選地通過(guò)電鍍或化學(xué)鍍、或者濺射和/或蒸鍍或絲網(wǎng)印刷來(lái)實(shí)現(xiàn)。銅、鎳、銀和金是優(yōu)良的導(dǎo)體并且易接受電鍍和化學(xué)鍍。
[0021]注意，根據(jù)本發(fā)明的工藝提供的最導(dǎo)電的材料將提供起作用的通孔。銅、鎳、銀和金的替代物包括特定金屬和合金、導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電陶瓷等。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠識(shí)別合適的示例。
[0022]在示例中，將微結(jié)構(gòu)封裝在第二電絕緣材料內(nèi)以使得微結(jié)構(gòu)形成第二電絕緣材料的上表面和下表面之間的互連包括在環(huán)氧樹(shù)脂模制化合物中封裝。環(huán)氧樹(shù)脂模制化合物是諸如雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧樹(shù)脂。還可以使用陶瓷或硅材料，諸如用于可伸縮電子器件。用于本發(fā)明的目的的合適的電絕緣材料的例子對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。這種材料在例如微電子領(lǐng)域的封裝中是廣泛使用的。
[0023]在優(yōu)選實(shí)施例中，該工藝還包括步驟(a)在載體層或基底上提供聚合物的微結(jié)構(gòu)與(b)將微結(jié)構(gòu)涂布第一導(dǎo)電材料的層以提供涂布的微結(jié)構(gòu)之間的步驟:諸如通過(guò)提供第三導(dǎo)電材料的種子層朝向第一導(dǎo)電材料激活聚合物的微結(jié)構(gòu)。
[0024]通過(guò)朝向第一導(dǎo)電材料激活聚合物，將微結(jié)構(gòu)涂布材料的步驟被加速。
[0025]朝向第一導(dǎo)電材料激活聚合物的微結(jié)構(gòu)的目的是便于并改進(jìn)層之間的粘附。
[0026]朝向第一導(dǎo)電材料激活聚合物的微結(jié)構(gòu)可以采用許多形式并且依賴(lài)于特定聚合物和第一導(dǎo)電材料。優(yōu)選的激活方法的示例在以下參考附圖給出?？商娲募せ罘椒òɡ绫砻嬷苽洹⒈砻?化學(xué))修飾和涂布。
[0027]在第二方面中，本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體層、半導(dǎo)體裝置、微系統(tǒng)和/或晶圓的三維堆疊、封裝和/或異構(gòu)集成的通孔，包括在其表面具有第一導(dǎo)電材料的涂層的聚合物微結(jié)構(gòu)，聚合物微結(jié)構(gòu)被封裝在第二電絕緣材料內(nèi)以使得微結(jié)構(gòu)形成第二電絕緣材料的上表面和下表面之間的互連。本發(fā)明的通孔適用于應(yīng)用為電互連件，但還可以應(yīng)用為光學(xué)或微流體互連件，或者一般地多域互連件。
[0028]用于3D集成的通孔的優(yōu)點(diǎn)是:互連件的較短的總長(zhǎng)度、低電阻、降低信號(hào)延遲以及避免寄生電容和電感。本發(fā)明的通孔的特定優(yōu)點(diǎn)涉及微型化、減少的制造復(fù)雜性和成本、創(chuàng)建“復(fù)雜的”微結(jié)構(gòu)的可能性。
[0029]在優(yōu)選實(shí)施例中，通孔是根據(jù)本發(fā)明的工藝制備的通孔。
[0030]在優(yōu)選實(shí)施例中，聚合物是光刻膠。
[0031]此外，微結(jié)構(gòu)的縱橫比優(yōu)選地大于5，更優(yōu)選地大于10，最優(yōu)選地大于15。
[0032]在第三方面中，本發(fā)明涉及具有多個(gè)電路層的3D電路，其中，電路層通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)通孔連接。如所提到的，該連接可以是電子的、光學(xué)的或流體的。
[0033]在第四方面中，本發(fā)明涉及包括本發(fā)明的3D電路的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0034]現(xiàn)在將參考圖1和2的圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。附圖僅提供用于示意性目的并且不被認(rèn)為限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求。
[0035]圖1示出用于利用涂布有第一導(dǎo)電材料的微柱來(lái)制造通孔的工藝的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)示圖。
[0036]圖2示出具有本發(fā)明的通孔的集成系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]參考圖1: