包括玻璃中间层的三维集成电路及其制备方法_2

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D 1C FPGA的横截 面侧视图;
[0039] 图3(现有技术)是图片,显示了使用300毫米外径的娃晶片来进行金属线焊接法 和DRIE法的不同步骤和相关的相对成本;
[0040] 图4A-4B分别显示了根据本发明的实施方式构造的H维集成电路的部分分解视 图和组装的侧视图;
[0041] 图5A-5C是图片,分别显示了 100微米厚玻璃板的俯视图、部分顶部通孔和部分横 截面侧视图,该玻璃板含一系列在其中形成的直径为40微米的通孔,且通孔节距为200微 米;
[0042] 图6A-6B分别显示了根据本发明的实施方式构造的另一种H维集成电路的部分 分解视图和组装的侧视图;
[0043] 图7 (现有技术)显示了四幅图,其证明了娃中间层的厚度对焊接的集成电路堆找 的翅曲性能随温度变化的显著影响;
[0044] 图8是示例玻璃制造系统的示意视图,该系统使用了烙合法和等压槽来制造非抛 光玻璃板,该玻璃板可切割和进一步加工来形成根据本发明实施方式的玻璃中间层;
[0045] 图9是透视图,更加详细地显示了图8所示的等压槽;
[0046] 图10是示例玻璃中间层的示意图,用来解释总厚度变化(TTV),将其定义成在未 夹持(自由状态)下的玻璃中间层的整个表面上最高的厚度0?t)高度和最低厚度(T* ,、)高度之间的差异;和
[0047] 图11是示例玻璃中间层的示意图,用来解释翅曲,将该翅曲定义为最高点和应用 到玻璃中间层形状的最小二乘焦平面(虚线)之间所测的最大距离的绝对值W及最低点和 应用到玻璃中间层形状的最小二乘焦平面(虚线)之间所测的最大距离的绝对值之和。 [00 4引发明详述
[0049] 参考图4A-4B,其中分别显示了根据本发明的实施方式构造的H维集成电路400 的部分分解视图和组装的侧视图;H维集成电路400包括第一电路组件402 (例如,芯片 402,母板402)、一或更多第一再分配层404a,404b和404c (显示了 3种)、玻璃中间层406、 一或更多第二在分配层408a,408b和408c (显示了 3种),和第二电路组件409 (例如,芯片 409,母板409)。第一再分配层404c具有多个从其延伸的第一导电柱410a,410b...410p (例 如)。类似地,第二再分配层408c具有多个从其延伸的第二导电柱412a,410b''' 410p (例 如)。玻璃中间层406具有体414,其含基本上相互平行的第一表面416和第二表面418。 体414具有在其中形成的多个通孔420a,420b''' 420p (例如),其从第一表面416穿透延伸 到第二表面418。通孔4203,42013...42化(穿透玻璃通孔订6¥)4203,4201^..420口)没有金 属电锻,且没有用导电材料如铜、锡、媒、金或银来填充。H维集成电路400可包括本技术领 域所公知的其它组件,但为了清楚本文描述了需要解释并实现本发明的那些组件。
[0050] H维集成电路400该样制造;将一或更多第一再分配层404a,404b和404c设置 在第一电路组件402和玻璃中间层406的第一表面416之间。类似地,将一或更多第二再 分配层408a,408b和408c设置在第二电路组件409和玻璃中间层406的第一表面418之 间。玻璃中间层406设置在第一再分配层404c和第二再分配层408c之间,从而每一个第 一导电柱410a, 41化…41化与相应的每一个第二导电柱412a, 41化…41化接触。第一导 电柱410a, 41化…41化和相应的第二导电柱412a, 412b. .. 41化在位于玻璃中间层406中 的通孔420a,420b'''42化之一中相互接触(参见图4B)。该样,具有在玻璃中间层406中 形成且没有金属化的通孔420a,420b. . 420p的玻璃中间层406 W下述形式实现精确的金 属-到-金属互连;使设置在玻璃中间层406各侧的第一导电柱410a,41化…41化和第二 导电柱412a,41化和412c在精确通孔420a,420b'''42化的中部接触形成电连接,并在第一 和第二电路组件402和409之间的其它地方、穿过玻璃中间层406的任意其它相邻的电连 接之间保持完全的绝缘(或基本上完全的绝缘)。下面将提供怎样制造玻璃中间层406的 详细讨论,W及提供玻璃中间层406的各种特征和几种示例组成。
[00引] 玻屬中间层406 ;制造
[0052] 可通过玻璃制造系统来制备玻璃中间层406,该系统使用烙合法来制造玻璃板,该 玻璃板可切割成所需形状的玻璃中间层406。玻璃中间层406可具有任意所需的形状,例 如直径为300毫米的圆(例如)。使用烙合法的玻璃制造系统的优势之一是所得玻璃中间 层406可制备成具有在25-200微米量级的均匀厚度,无需抛光或W其它方式精磨第一表面 416或第二表面418。此外,非抛光的玻璃中间层406可具有高质量的表面特征,例如总厚度 变化灯TV)小于1.0微米,翅曲小于30微米,且所测表面粗趟度范围约为0.35纳米Ra (关 于总厚度变化和翅曲的讨论参见图10-11)。下面将参考图8-9,详细讨论使用烙合法且能 制造玻璃中间层406的示例玻璃制造系统。或者,可用任意玻璃制造系统制造玻璃中间层 406,然后对其进行抛光或蚀刻,使其具有在25-200微米量级的所需的均匀厚度,小于1. 0 微米的所需的总厚度变化,小于30微米的所需的翅曲,和测得的在约1. 0纳米Ra的所需表 面粗趟度。实际上,可潜在地将玻璃中间层406制备或抛光到小于25微米的厚度。
[00巧]巧摇中间房406 :CTE
[0054] 玻璃中间层406可包括宽范围的组成中的任意一种,该使得能选择玻璃中间层 的热膨胀系数(CTE),从而它可匹配或更加接近的匹配H维集成电路(3D 10 400中相邻 的材料,例如第一再分配层404c和第二再分配层408c。例如,玻璃中间层406可具有一 种组成,使它的CTE范围是3.化pm/°C -3. 5卵m/°C,该与娃的CTE类似。W氧化物的摩 尔%为基准计,使得玻璃中间层406的CTE范围约为3. 0ppm/°C - 3. 5卵m/°C的示例组 成是:Si〇2:64. 0-71. 01 ;Al2〇3:9. 0-12. 0 化〇3:7. 0-12. 0 ;MgO:l. 0-3. 0 ;Ca0:6. 0-11. 5 ; Sr0:0-2. 0 ;Ba0:0-0. 1,其中;(a) 1. 00《I: [RO]/[Al203]《1. 25,其中[AI2O3]是 AI2O3的 摩尔%,I:胁]等于MgO,化0,Sr0和BaO的摩尔%之讯,(b)玻璃具有下述组成特征中 的至少一种;(i) W氧化物为基准计,玻璃最多包括0.05摩尔%的訊2〇3;和(ii) W氧化 物为基准计,玻璃至少包括0. 01摩尔%的Sn化。或者,玻璃中间层406可具有组成,从而 它的CTE范围约为6.0ppm/°C -12.0ppm/°C。W氧化物的摩尔%为基准计,使得玻璃中间 层406的CTE范围约为6. 0ppm/°C的示例组成是69. 2摩尔% Si〇2, 8. 5摩尔% AI2O3, 13. 9 摩尔%化2〇, 1. 2摩尔%馬0,6. 5摩尔% Mg0,0. 5摩尔% CaO和0. 2摩尔% Sn〇2。此外,使 得玻璃中间层406的CTE范围约为10. 0ppm/°C的示例组成是不含碱金属玻璃,W氧化物的 摩尔 % 为基准计,其包括;Si〇264. 0-72. 0 ;Al2〇39. 0-16. 0, B2O3I. 0-5. 0 ;MgO+La2〇3l. 0-7. 5 ; CaO 2.0-7. 5;Sr0 0. 0-4. 5;Ba0 1.0-7.0,其中,2(MgO+CaO+SrO+BaO+3La2〇3)/ (AI2O3) >1. 15,其中412〇3,1肖0,〔3〇,51'0,83〇和1^32〇3表示各氧化物组分的摩尔%。事实 上,玻璃中间层406可具有范围约为3. 0ppm/°C - 12. 0ppm/°C中的任意所需的CTE。
[00巧]巧摇中间房406 :通孔的形成
[0056] 玻璃中间层406具有在其中形成的多个通孔420a,420b'''420p (例如),其从第一 表面416穿透延伸到第二表面418。例如,在体414中形成的通孔420a,420b'''42化的直径 范围可约为5-100微米,且每片芯片图案的最小节距约为10-200微米。图5A-5C是图片,分 别显示了具有下文参考表1-2所述的组成的100微米厚玻璃板500的俯视图、部分顶部通 孔和部分横截面侧视图,该玻璃板含一系列在其中形成的直径为40微米的通孔502,且通 孔节距为200微米。节距是通孔502之间的距离,且可包括X-分量和厂分量。可用来形 成在玻璃中间层406的通孔420a,420b'''420p (例如)的示例方法如共同转让的PCT专利 申请序列号PCT/US11/62520所述,其题目为"在玻璃中形成高密度阵列孔的方法(Methods of F'orming Hi 曲-Density Arrays of Holes in Glass)"并于 2012 年 11 月 30 日提交,并 要求于2010年11月30日提交的美国专利申请序列号61/418, 152的优先权(W上各文的 内容通过引用纳入本文)。该示例方法包括W下步骤:(a)提供具有前表面的玻璃片;化)用 紫外扣V)激光束福射玻璃片的前表面,用透镜将激光束聚焦在玻璃片的前表面的+/-100 微米之内,透镜的数值孔径范围约为0. 1-1. 5,从而制备从玻璃片的前表面延伸进入玻璃片 的开孔,孔的直径范围是5-100微米,且长径比至少为20:1。
[0057] 节省成本的成形具有组成灵活性(例如,CTE灵活性)玻璃板和精确形成的通孔 420a,42化…42化(例如)的独特组合使得能提供之前市场上不可用的完全新颖的结构, 该玻璃板可切割成所需的玻璃中间层406,该玻璃中间层406具有在50-100微米量级的 所需厚度,小于1. 0微米的
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