穿过聚合物的通孔和制造这种通孔的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于半导体装置和/或晶圆的三维(3D)堆叠、封装和/或异构集成的通孔。特别地，本发明涉及用于制造通孔的工艺、通孔、3D电路以及包括但不限于MEMS(微电机系统)的半导体装置。
【背景技术】
[0002]通孔是用于垂直地(即在平面外方向上)互连芯片、装置、互连层和晶圆的互连件。这可以电子地、光学地或通过微流通道来完成。
[0003]现有技术的通孔包括穿过硅的通孔(TSV)。TSV是穿过硅晶圆以建立从芯片的活性侧至背部的电连接的通孔。TSV的缺点是显著的困难通常涉及TSV制造，诸如复杂表面的共形覆盖、窄的高深宽比结构的填充、晶圆减薄以及晶圆由于与用于形成电连接的中介层(例如铜)的材料性质不匹配而引起的破裂。此外，TSV中介层与互连层的准确放置和电连接本身就是一个挑战。
[0004]另一方法是穿过模具的通孔(TMV)。TMV通常使用环氧树脂模制复合物钻孔和残留物清除的工艺来形成。该工艺由于通孔的通道的大直径(d彡450 μπι)、低纵横比(I:1)和焊料的高电阻而非常不适于3D集成。
[0005]WO 2006/039633 Α2叙述了制造互连元件和包括互连元件的多层连线板的结构和方法。
[0006]US 2006/0267213 Al叙述了包括预制高密度馈通的可堆叠层级结构。
[0007]US 2008/0170819 Al叙述了光学元件、封装基底和用于光学通信的装置。封装基底具有利用树脂填充的通孔和导体。
[0008]US 2003/0139032 Al叙述了金属柱制造方法。
[0009]US 2003/0173676 Al叙述了多层半导体装置及其制造方法。
[0010]US 2010/0218986 Al叙述了用于制造印刷线路板的方法和印刷线路板。
【发明内容】
[0011]本发明的目标是克服现有技术的通孔及其制造工艺的缺点和/或提供其替代。
[0012]在第一方面，本发明涉及一种用于制造通孔的工艺，所述通孔用于半导体装置和/或晶圆的三维堆叠、封装和/或异构集成，所述工艺包括:(a)在载体层或基底上提供聚合物的微结构；(b)将微结构涂布第一导电材料的层以提供涂布的微结构；(C)将涂布的微结构封装在第二电绝缘材料内以使得涂布的微结构形成第二电绝缘材料的上表面和下表面之间的互连。
[0013]制造用于半导体装置和/或晶圆的三维堆叠、封装和/或异构集成的通孔的该方法完全不同于现有技术的工艺，诸如用于制造TSV和TMV的工艺。本发明的工艺首先制造通孔，而现有技术的工艺最后制造通孔。
[0014]本发明的“通孔优先”方法的显著优点是该工艺具有用于在单一步骤中，即在提供第二电绝缘材料的步骤中将诸如半导体装置、微流体装置和/或MEMS的系统与通孔集成的空间。因此，该工艺对于低成本、大规模制造是有前途的。这从以下说明中将是清楚的。注意，另外的互连层可以放置在通孔的任一侧上或在第二电绝缘材料的顶部上。
[0015]在优选实施例中，聚合物是光刻胶。合适的光刻胶的例子包括SU-8和干膜光刻胶层压材料。
[0016]将光刻胶用于微结构的特定优点是即使是复杂的结构也可以以高的精确度和可再现性来制造并且尺寸匹配或胜过现有技术的穿过模具的通孔(TMV)或穿过硅的通孔的尺寸。此外，微结构可以同时以低成本并在短时间内制造。光刻胶的暴露和形成可耗费30到45分钟之间。
[0017]其中，聚合物是光刻胶，在载体层或基底上提供聚合物的微结构涉及:在载体层或基底上提供光刻胶的层；在光刻胶中图案化(根据使用正性和负性光刻胶而为正性或负性)微结构；将光刻胶暴露于合适波长的辐射(通常为UV或甚至X射线)；将光刻胶暴露于合适的光刻胶显影剂。
[0018]作为替换，预制(干膜)光刻胶微结构(诸如光刻胶的块)可以例如通过拾取和放置设备局部地放置，以进一步降低制造本发明的通孔的成本。
[0019]光刻胶的层优选地具有100 ym至750 μm的范围的厚度。在任何情况下，微结构在其最宽点处的高度和宽度优选地使得微结构的纵横比大于5，更优选地大于10，最优选地大于15。从包括通孔的装置等物的最小化的观点来看，高纵横比是有利的。
[0020]在优选实施例中，第一导电材料选自包括铜、镍、银和金的组。将微结构涂布铜、镍、银或金的层优选地通过电镀或化学镀、或者溅射和/或蒸镀或丝网印刷来实现。铜、镍、银和金是优良的导体并且易接受电镀和化学镀。
[0021]注意，根据本发明的工艺提供的最导电的材料将提供起作用的通孔。铜、镍、银和金的替代物包括特定金属和合金、导电聚合物、导电陶瓷等。本领域技术人员能够识别合适的示例。
[0022]在示例中，将微结构封装在第二电绝缘材料内以使得微结构形成第二电绝缘材料的上表面和下表面之间的互连包括在环氧树脂模制化合物中封装。环氧树脂模制化合物是诸如双酚A环氧树脂的环氧树脂。还可以使用陶瓷或硅材料，诸如用于可伸缩电子器件。用于本发明的目的的合适的电绝缘材料的例子对于本领域技术人员是已知的。这种材料在例如微电子领域的封装中是广泛使用的。
[0023]在优选实施例中，该工艺还包括步骤(a)在载体层或基底上提供聚合物的微结构与(b)将微结构涂布第一导电材料的层以提供涂布的微结构之间的步骤:诸如通过提供第三导电材料的种子层朝向第一导电材料激活聚合物的微结构。
[0024]通过朝向第一导电材料激活聚合物，将微结构涂布材料的步骤被加速。
[0025]朝向第一导电材料激活聚合物的微结构的目的是便于并改进层之间的粘附。
[0026]朝向第一导电材料激活聚合物的微结构可以采用许多形式并且依赖于特定聚合物和第一导电材料。优选的激活方法的示例在以下参考附图给出。可替代的激活方法包括例如表面制备、表面(化学)修饰和涂布。
[0027]在第二方面中，本发明涉及用于半导体层、半导体装置、微系统和/或晶圆的三维堆叠、封装和/或异构集成的通孔，包括在其表面具有第一导电材料的涂层的聚合物微结构，聚合物微结构被封装在第二电绝缘材料内以使得微结构形成第二电绝缘材料的上表面和下表面之间的互连。本发明的通孔适用于应用为电互连件，但还可以应用为光学或微流体互连件，或者一般地多域互连件。
[0028]用于3D集成的通孔的优点是:互连件的较短的总长度、低电阻、降低信号延迟以及避免寄生电容和电感。本发明的通孔的特定优点涉及微型化、减少的制造复杂性和成本、创建“复杂的”微结构的可能性。
[0029]在优选实施例中，通孔是根据本发明的工艺制备的通孔。
[0030]在优选实施例中，聚合物是光刻胶。
[0031]此外，微结构的纵横比优选地大于5，更优选地大于10，最优选地大于15。
[0032]在第三方面中，本发明涉及具有多个电路层的3D电路，其中，电路层通过根据本发明的一个或多个通孔连接。如所提到的，该连接可以是电子的、光学的或流体的。
[0033]在第四方面中，本发明涉及包括本发明的3D电路的装置。
【附图说明】
[0034]现在将参考图1和2的图来进一步说明本发明。附图仅提供用于示意性目的并且不被认为限制本发明或所附权利要求。
[0035]图1示出用于利用涂布有第一导电材料的微柱来制造通孔的工艺的优选实施例的详细示图。
[0036]图2示出具有本发明的通孔的集成系统的示意图。
【具体实施方式】
[0037]参考图1: