[发明专利]一种玻璃通孔的制作及互连的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃通孔的制作及互连的方法，属于微电子封装技术领域。

背景技术

随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越做越小，集成度越来越高，功能越做越多、越来越强，由此产生了许多新技术、新材料和新设计，其中叠层芯片封装技术以及系统级封装（System-in-Package，SiP）技术就是这些技术的典型代表。

三维封装技术，是指在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，它起源于快闪存储器（NOR/NAND）及SDRAM的叠层封装。而硅穿孔（Through Silicon Via，TSV）是实现三维封装中的关键技术之一。这归因于TSV相对于传统的互联方式，可实现全硅封装，与半导体CMOS工艺相兼容，且可等比例增大元器件密度，减小互连延时问题，实现高速互联。

硅基片TSV比较于普通基板的优点在于：1）硅基片通孔孔径远小于印刷电路板通孔孔径；2）硅基片通孔的深宽比远大于印刷电路板通孔的深宽比；3）硅基片通孔的密度远大于印刷电路板通孔的密度。基于以上特点，因此其研究对MEMS和半导体工艺的发展起着极其重要的作用。

而玻璃基片TGV（Through Glass Via）比较于普通硅基板的优点在于：1）成本低廉；2）密封性表现优越；3）绝缘性更佳；4）高频损耗较低；5）高模量；6）透明，表现出优越的光学性能。

传统单片玻璃基片TGV成孔的制作工艺包括：1）超声波钻孔；2）喷砂法；3）湿法刻蚀；4）干法刻蚀；5）激光刻蚀；6）机械钻孔。

但是，由于采用的工艺都是基于单片玻璃基片，对最终的产品的价格也存在影响，甚至很多工艺仍然存在诸多问题，其中高深宽比的通孔制作是一个关键难题。对通孔的可靠性研究仍在继续。对于单片玻璃基片制作通孔来说，其制作成本高、效率低。

由于这些单片传统制作工艺的方法的多种不利因素，对产品的成品率和可靠性，以及最终出货价格都造成极大的影响。各种新的工艺方法也逐步被提出和讨论，但是这些方法均是在单片制作工艺基础上进行的，存在制作效率低、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种玻璃通孔的制作及互连的方法，将多层玻璃基片叠层键合在一起，并通过机械、激光、喷砂或者刻蚀等方式来实现玻璃通孔，以有效完成三维封装或者MEMS封装中采用TGV技术的互连结构。

本发明采用的技术方案包括玻璃通孔的制作方法和玻璃通孔互连的制作方法。

玻璃通孔的制作方法包括以下步骤：

1）通过热压方法将多个玻璃基片叠层键合在一起，形成多层玻璃基片的叠层键合结构；

2）将键合后的叠层玻璃基片制作出垂直于叠层玻璃基片表面的通孔结构；

3）对叠层玻璃基片拆键合，达到玻璃基片分离。

步骤3之后，对每片单独的玻璃基片进行清洗去除粘合剂，以便于后续制作互连的工艺。

玻璃通孔互连的制作方法包括以下步骤：

1）通过热压方法将多个玻璃基片叠层键合在一起，形成多层玻璃基片的叠层键合结构；

2）将键合后的叠层玻璃基片制作出垂直于叠层玻璃基片表面的通孔结构；

3）在所述通孔的侧壁上采用物理沉积或者化学沉积方法制作粘附层；

4）将叠层玻璃基片的通孔进行金属化填充；

5）对叠层玻璃基片拆键合，达到玻璃基片分离。

在步骤3之前，还要对具有通孔结构的叠层玻璃基片进行清洗去除粘合剂。

在步骤5之前，采用化学机械抛光去除金属化填充后叠层玻璃基片上表面的金属。

在步骤5之后，对每片单独的玻璃基片采用清洗和表面平整化抛光的方法进行减薄至所需厚度。

所述粘附层材料为Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN和TiN中的至少一种。

所述叠层玻璃基片通孔金属化填充通过电镀、化学镀、物理沉积或者液态金属填充的方式实现。金属化填充采用Cu、Sn、W、Ti、Pt、Pd、Ni和Au中的一种作为填充材料。

上述两种方法的步骤1中所述玻璃基片叠层键合是通过聚合物材料键合方法实现的，其中聚合物材料是Polyimide、SU8和BCB中的一种，形成多层玻璃基片和Polyimide、SU8或者BCB的叠层结构。所述通孔采用机械加工、激光加工、喷砂钻孔或者刻蚀中的一种方法进行制作。通孔的孔径范围为5um-500um。