專利名稱：一種玻璃通孔的制作及互連的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃通孔的制作及互連的方法，屬于微電子封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求向小型化、多功能、環(huán)保型等方向的發(fā)展，人們努力尋求將電子系統(tǒng)越做越小，集成度越來(lái)越高，功能越做越多、越來(lái)越強(qiáng)，由此產(chǎn)生了許多新技術(shù)、新材料和新設(shè)計(jì)，其中疊層芯片封裝技術(shù)以及系統(tǒng)級(jí)封裝(System-in-Package, SiP )技術(shù)就是這些技術(shù)的典型代表。三維封裝技術(shù)，是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個(gè)封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個(gè)以上芯片的封裝技術(shù)，它起源于快閃存儲(chǔ)器(N0R/NAND)及SDRAM的疊層封裝。而娃穿孔(Through Silicon Via, TSV)是實(shí)現(xiàn)三維封裝中的關(guān)鍵技術(shù)之一。這歸因于TSV相對(duì)于傳統(tǒng)的互聯(lián)方式，可實(shí)現(xiàn)全硅封裝，與半導(dǎo)體CMOS工藝相兼容，且可等比例增大元器件密度，減小互連延時(shí)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)。硅基片TSV比較于普通基板的優(yōu)點(diǎn)在于1)硅基片通孔孔徑遠(yuǎn)小于印刷電路板通孔孔徑；2)硅基片通孔的深寬比遠(yuǎn)大于印刷電路板通孔的深寬比；3)硅基片通孔的密度遠(yuǎn)大于印刷電路板通孔的密度?；谝陨咸攸c(diǎn)，因此其研究對(duì)MEMS和半導(dǎo)體工藝的發(fā)展起著極其重要的作用。而玻璃基片TGV (Through Glass Via)比較于普通娃基板的優(yōu)點(diǎn)在于I)成本低廉；2)密封性表現(xiàn)優(yōu)越；3)絕緣性更佳；4)高頻損耗較低；5)高模量；6)透明，表現(xiàn)出優(yōu)越的光學(xué)性能。傳統(tǒng)單片玻璃基片TGV成孔的制作工藝包括1)超聲波鉆孔；2)噴砂法；3)濕法刻蝕；4)干法刻蝕；5)激光刻蝕；6)機(jī)械鉆孔。但是，由于采用的工藝都是基于單片玻璃基片，對(duì)最終的產(chǎn)品的價(jià)格也存在影響，甚至很多工藝仍然存在諸多問(wèn)題，其中高深寬比的通孔制作是一個(gè)關(guān)鍵難題。對(duì)通孔的可靠性研究仍在繼續(xù)。對(duì)于單片玻璃基片制作通孔來(lái)說(shuō)，其制作成本高、效率低。由于這些單片傳統(tǒng)制作工藝的方法的多種不利因素，對(duì)產(chǎn)品的成品率和可靠性，以及最終出貨價(jià)格都造成極大的影響。各種新的工藝方法也逐步被提出和討論，但是這些方法均是在單片制作工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行的，存在制作效率低、成本高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種玻璃通孔的制作及互連的方法，將多層玻璃基片疊層鍵合在一起，并通過(guò)機(jī)械、激光、噴砂或者刻蝕等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)玻璃通孔，以有效完成三維封裝或者M(jìn)EMS封裝中采用TGV技術(shù)的互連結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括玻璃通孔的制作方法和玻璃通孔互連的制作方法。玻璃通孔的制作方法包括以下步驟
I)通過(guò)熱壓方法將多個(gè)玻璃基片疊層鍵合在一起，形成多層玻璃基片的疊層鍵合結(jié)構(gòu)；
2)將鍵合后的疊層玻璃基片制作出垂直于疊層玻璃基片表面的通孔結(jié)構(gòu)；
3)對(duì)疊層玻璃基片拆鍵合，達(dá)到玻璃基片分離。步驟3之后，對(duì)每片單獨(dú)的玻璃基片進(jìn)行清洗去除粘合劑，以便于后續(xù)制作互連的工藝。玻璃通孔互連的制作方法包括以下步驟
1)通過(guò)熱壓方法將多個(gè)玻璃基片疊層鍵合在一起，形成多層玻璃基片的疊層鍵合結(jié) 構(gòu)；
2)將鍵合后的疊層玻璃基片制作出垂直于疊層玻璃基片表面的通孔結(jié)構(gòu)；
3)在所述通孔的側(cè)壁上采用物理沉積或者化學(xué)沉積方法制作粘附層；
4)將疊層玻璃基片的通孔進(jìn)行金屬化填充；
5)對(duì)疊層玻璃基片拆鍵合，達(dá)到玻璃基片分離。在步驟3之前，還要對(duì)具有通孔結(jié)構(gòu)的疊層玻璃基片進(jìn)行清洗去除粘合劑。在步驟5之前，采用化學(xué)機(jī)械拋光去除金屬化填充后疊層玻璃基片上表面的金屬。在步驟5之后，對(duì)每片單獨(dú)的玻璃基片采用清洗和表面平整化拋光的方法進(jìn)行減薄至所需厚度。所述粘附層材料為Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN和TiN中的至少一種。所述疊層玻璃基片通孔金屬化填充通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍、物理沉積或者液態(tài)金屬填充的方式實(shí)現(xiàn)。金屬化填充采用Cu、Sn、W、Ti、Pt、Pd、Ni和Au中的一種作為填充材料。上述兩種方法的步驟I中所述玻璃基片疊層鍵合是通過(guò)聚合物材料鍵合方法實(shí)現(xiàn)的，其中聚合物材料是Polyimide、SU8和BCB中的一種，形成多層玻璃基片和Polyimide、SU8或者BCB的疊層結(jié)構(gòu)。所述通孔采用機(jī)械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕中的一種方法進(jìn)行制作。通孔的孔徑范圍為5um-500um。上述兩種方法中對(duì)疊層玻璃基片拆鍵合是采用化學(xué)溶液溶解聚合物達(dá)到玻璃基片分離目的；或者使用電火花、線切割、刀片切割等方式對(duì)疊層玻璃基片進(jìn)行拆分。上述兩種方法在步驟2之前，還可以包括在疊層玻璃板基片一側(cè)的表面制作通孔所需圖形的工序。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)多層玻璃基片的疊層鍵合，采用機(jī)械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕的方法將鍵合后的疊層玻璃基片制作出垂直通孔結(jié)構(gòu)，再通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍、物理沉積、液態(tài)金屬填充的方式完成疊層玻璃基片的通孔金屬化填充，一次實(shí)現(xiàn)多層玻璃基片的通孔金屬化填充。通過(guò)該方法可以極大地縮短玻璃通孔的制作時(shí)間，同時(shí)很大程度地減少了生產(chǎn)成本。


圖I (a) (d)是本發(fā)明玻璃通孔實(shí)例的工藝流程圖。其中，
圖I (a)是玻璃通孔制作方法以及玻璃通孔互連制作方法的步驟一；
圖I (b)是玻璃通孔制作方法以及玻璃通孔互連制作方法的步驟二 ；
圖I (C)是玻璃通孔制作方法的步驟三；圖I (d)是玻璃通孔制作方法的步驟四。圖2 (a) (d)是本發(fā)明玻璃通孔互連實(shí)例的工藝流程圖。其中，
圖2 Ca)是玻璃通孔互連制作方法的步驟四、五；
圖2 (b)是玻璃通孔互連制作方法的步驟六；
圖2 (c)是玻璃通孔互連制作方法的步驟八；
圖2 Cd)是玻璃通孔互連制作方法的步驟九。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照?qǐng)DI和圖2，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種玻璃通孔的制作方法，實(shí)施方式如下
一玻璃基片為200 um玻璃，粘結(jié)材料為Polyimide。將多層玻璃基片采用熱壓合方式鍵合在一起，形成多層玻璃基片和Polyimide 2的疊層結(jié)構(gòu)，如圖I (a);
二 在玻璃基片表面制作通孔3所需的圖形，再使用機(jī)械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕的方法將鍵合后的多層玻璃基板I做出垂直通孔3結(jié)構(gòu)，如圖I (b)；
三采用化學(xué)、電火花、線切割或者刀片切割等方法將疊層玻璃基片沿Polyimide中間部位進(jìn)行切割分離，形成如圖I (c)的切割道4 ;
四對(duì)每片單獨(dú)的玻璃基片進(jìn)行清洗，以便于后續(xù)制作互連的工藝。如圖I (d)。一種玻璃通孔互連的制作方法，實(shí)施方式如下
一玻璃基片為200 um玻璃，粘結(jié)材料為SU8。將多層玻璃基片采用熱壓合方式鍵合在一起，形成多層玻璃基片和SU8 7的疊層結(jié)構(gòu)，如圖I (a)；
二 在玻璃基片表面制作通孔3所需的圖形，再使用機(jī)械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕的方法將鍵合后的多層玻璃基板I做出垂直通孔3結(jié)構(gòu)，如圖I (b)；
三使用SCI (NH4+H202+H20)對(duì)已經(jīng)制作好通孔3結(jié)構(gòu)的多層玻璃基片進(jìn)行清洗，使通孔3表面潔凈度更適合金屬淀積；
四在側(cè)壁淀積粘附層如200 nm的Ti，如圖2 (a)；
五在粘附層的表面淀積一層I um的Cu作為種子層，淀積好的粘附層和種子層5如圖2 Ca)所示；
六通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍或者物理沉積的方式，將疊層玻璃基片的通孔3填滿金屬Cu 6，如圖2 (b)；
七將疊層玻璃基片上表面多余的Cu采用化學(xué)機(jī)械拋光去除；
八采用電火花、線切割或者刀片切割等方法將疊層玻璃基片沿SU8 7中間部位進(jìn)行切割分離，形成如圖2 (c)的切割道4 ;
九對(duì)每片單獨(dú)的玻璃基片采用清洗和表面平整化拋光方法進(jìn)行減薄至所需厚度200um,如圖 2 (d)。
權(quán)利要求
1.一種玻璃通孔的制作方法，其特征是，包括以下步驟 1)通過(guò)熱壓方法將多個(gè)玻璃基片疊層鍵合在一起，形成多層玻璃基片的疊層鍵合結(jié)構(gòu)； 2)將鍵合后的疊層玻璃基片制作出垂直于疊層玻璃基片表面的通孔結(jié)構(gòu)； 3)對(duì)疊層玻璃基片拆鍵合，達(dá)到玻璃基片分離。
2.如權(quán)利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，所述玻璃基片疊層鍵合是通過(guò)聚合物材料鍵合方法實(shí)現(xiàn)的，其中聚合物材料是Polyimide、SU8和BCB中的一種，形成多層玻璃基片和Polyimide、SU8或者BCB的疊層結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，在步驟2之前，還包括在疊層玻 璃板基片一側(cè)的表面制作通孔所需圖形的工序。
4.如權(quán)利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，所述通孔采用機(jī)械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕中的一種方法進(jìn)行制作。
5.如權(quán)利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，所述通孔的孔徑范圍為5um-500umo
6.如權(quán)利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，步驟3采用化學(xué)溶液溶解聚合物達(dá)到玻璃基片分離目的；或者使用電火花、線切割、刀片切割等方式對(duì)疊層玻璃基片進(jìn)行拆分。
7.如權(quán)利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，步驟3之后，對(duì)每片單獨(dú)的玻璃基片進(jìn)行清洗，以便于后續(xù)制作互連的工藝。
8.一種玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，包括以下步驟 1)通過(guò)熱壓方法將多個(gè)玻璃基片疊層鍵合在一起，形成多層玻璃基片的疊層鍵合結(jié)構(gòu)； 2)將鍵合后的疊層玻璃基片制作出垂直于疊層玻璃基片表面的通孔結(jié)構(gòu)； 3)在所述通孔的側(cè)壁上采用物理沉積或者化學(xué)沉積方法制作粘附層； 4)將疊層玻璃基片的通孔進(jìn)行金屬化填充； 5)對(duì)疊層玻璃基片拆鍵合，達(dá)到玻璃基片分離。
9.如權(quán)利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，在步驟3之前，對(duì)具有通孔結(jié)構(gòu)的疊層玻璃基片進(jìn)行清洗。
10.如權(quán)利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，所述粘附層材料為Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN和TiN中的至少一種。
11.如權(quán)利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，所述疊層玻璃基片通孔金屬化填充通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍、物理沉積或者液態(tài)金屬填充的方式實(shí)現(xiàn)。
12.如權(quán)利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，所述金屬化填充采用Cu、Sn、W、Ti、Pt、Pd、Ni和Au中的一種作為填充材料。
13.如權(quán)利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，在步驟5之前，采用化學(xué)機(jī)械拋光去除金屬化填充后疊層玻璃基片上表面的金屬。
14.如權(quán)利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，在步驟5之后，對(duì)每片單獨(dú)的玻璃基片采用清洗和表面平整化拋光的方法進(jìn)行減薄至所需厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在玻璃上制備通孔及互連的方法，其步驟包括多個(gè)玻璃基片通過(guò)聚合物的疊層粘結(jié)鍵合；制作垂直于疊層玻璃基片表面的通孔；疊層玻璃通孔的金屬化填充；疊層玻璃的拆鍵合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用玻璃基片疊層鍵合的方法將多層玻璃基片同時(shí)制作通孔，避免傳統(tǒng)方法單片制作通孔存在的制作效率低、成本昂貴和良品率低下等問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102820262SQ20121032565
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者于大全, 姜峰 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心