專利名稱：一種玻璃通孔的制作及互連的方法
技術領域：
本發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領域。
背景技術：
隨著人們對電子產品的要求向小型化、多功能、環保型等方向的發展，人們努力尋求將電子系統越做越小，集成度越來越高，功能越做越多、越來越強，由此產生了許多新技術、新材料和新設計，其中疊層芯片封裝技術以及系統級封裝(System-in-Package, SiP )技術就是這些技術的典型代表。三維封裝技術，是指在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內于垂直方向疊放兩個以上芯片的封裝技術，它起源于快閃存儲器(N0R/NAND)及SDRAM的疊層封裝。而娃穿孔(Through Silicon Via, TSV)是實現三維封裝中的關鍵技術之一。這歸因于TSV相對于傳統的互聯方式，可實現全硅封裝，與半導體CMOS工藝相兼容，且可等比例增大元器件密度，減小互連延時問題，實現高速互聯。硅基片TSV比較于普通基板的優點在于1)硅基片通孔孔徑遠小于印刷電路板通孔孔徑；2)硅基片通孔的深寬比遠大于印刷電路板通孔的深寬比；3)硅基片通孔的密度遠大于印刷電路板通孔的密度。基于以上特點，因此其研究對MEMS和半導體工藝的發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點在于I)成本低廉；2)密封性表現優越；3)絕緣性更佳；4)高頻損耗較低；5)高模量；6)透明，表現出優越的光學性能。傳統單片玻璃基片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)機械鉆孔。但是，由于采用的工藝都是基于單片玻璃基片，對最終的產品的價格也存在影響，甚至很多工藝仍然存在諸多問題，其中高深寬比的通孔制作是一個關鍵難題。對通孔的可靠性研究仍在繼續。對于單片玻璃基片制作通孔來說，其制作成本高、效率低。由于這些單片傳統制作工藝的方法的多種不利因素，對產品的成品率和可靠性，以及最終出貨價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上進行的，存在制作效率低、成本高等缺點。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，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，并通過機械、激光、噴砂或者刻蝕等方式來實現玻璃通孔，以有效完成三維封裝或者MEMS封裝中采用TGV技術的互連結構。本發明采用的技術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)通過熱壓方法將多個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構；
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構；
3)對疊層玻璃基片拆鍵合，達到玻璃基片分離。步驟3之后，對每片單獨的玻璃基片進行清洗去除粘合劑，以便于后續制作互連的工藝。玻璃通孔互連的制作方法包括以下步驟
1)通過熱壓方法將多個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 構；
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構；
3)在所述通孔的側壁上采用物理沉積或者化學沉積方法制作粘附層；
4)將疊層玻璃基片的通孔進行金屬化填充；
5)對疊層玻璃基片拆鍵合，達到玻璃基片分離。在步驟3之前，還要對具有通孔結構的疊層玻璃基片進行清洗去除粘合劑。在步驟5之前，采用化學機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，對每片單獨的玻璃基片采用清洗和表面平整化拋光的方法進行減薄至所需厚度。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電鍍、化學鍍、物理沉積或者液態金屬填充的方式實現。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聚合物材料鍵合方法實現的，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的疊層結構。所述通孔采用機械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕中的一種方法進行制作。通孔的孔徑范圍為5um-500um。上述兩種方法中對疊層玻璃基片拆鍵合是采用化學溶液溶解聚合物達到玻璃基片分離目的；或者使用電火花、線切割、刀片切割等方式對疊層玻璃基片進行拆分。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的表面制作通孔所需圖形的工序。本發明的優點是實現多層玻璃基片的疊層鍵合，采用機械加工、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構，再通過電鍍、化學鍍、物理沉積、液態金屬填充的方式完成疊層玻璃基片的通孔金屬化填充，一次實現多層玻璃基片的通孔金屬化填充。通過該方法可以極大地縮短玻璃通孔的制作時間，同時很大程度地減少了生產成本。
圖I (a) (d)是本發明玻璃通孔實例的工藝流程圖。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)是本發明玻璃通孔互連實例的工藝流程圖。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。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照圖I和圖2，對本發明進一步詳細說明。一種玻璃通孔的制作方法，實施方式如下
一玻璃基片為200 um玻璃，粘結材料為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的疊層結構，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結構，如圖I (b)；
三采用化學、電火花、線切割或者刀片切割等方法將疊層玻璃基片沿Polyimide中間部位進行切割分離，形成如圖I (c)的切割道4 ;
四對每片單獨的玻璃基片進行清洗，以便于后續制作互連的工藝。如圖I (d)。一種玻璃通孔互連的制作方法，實施方式如下
一玻璃基片為200 um玻璃，粘結材料為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的疊層結構，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結構，如圖I (b)；
三使用SCI (NH4+H202+H20)對已經制作好通孔3結構的多層玻璃基片進行清洗，使通孔3表面潔凈度更適合金屬淀積；
四在側壁淀積粘附層如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；
六通過電鍍、化學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采用化學機械拋光去除；
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中間部位進行切割分離，形成如圖2 (c)的切割道4 ;
九對每片單獨的玻璃基片采用清洗和表面平整化拋光方法進行減薄至所需厚度200um,如圖 2 (d)。
權利要求
1.一種玻璃通孔的制作方法，其特征是，包括以下步驟 1)通過熱壓方法將多個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構； 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構； 3)對疊層玻璃基片拆鍵合，達到玻璃基片分離。
2.如權利要求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聚合物材料鍵合方法實現的，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的疊層結構。
3.如權利要求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 璃板基片一側的表面制作通孔所需圖形的工序。
4.如權利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，所述通孔采用機械加工、激光加工、噴砂鉆孔或者刻蝕中的一種方法進行制作。
5.如權利要求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采用化學溶液溶解聚合物達到玻璃基片分離目的；或者使用電火花、線切割、刀片切割等方式對疊層玻璃基片進行拆分。
7.如權利要求I所述玻璃通孔的制作方法，其特征是，步驟3之后，對每片單獨的玻璃基片進行清洗，以便于后續制作互連的工藝。
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)通過熱壓方法將多個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構； 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構； 3)在所述通孔的側壁上采用物理沉積或者化學沉積方法制作粘附層； 4)將疊層玻璃基片的通孔進行金屬化填充； 5)對疊層玻璃基片拆鍵合，達到玻璃基片分離。
9.如權利要求8所述玻璃通孔互連的制作方法，其特征是，在步驟3之前，對具有通孔結構的疊層玻璃基片進行清洗。
10.如權利要求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電鍍、化學鍍、物理沉積或者液態金屬填充的方式實現。
12.如權利要求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，采用化學機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，對每片單獨的玻璃基片采用清洗和表面平整化拋光的方法進行減薄至所需厚度。
全文摘要
本發明公開了一種在玻璃上制備通孔及互連的方法，其步驟包括多個玻璃基片通過聚合物的疊層粘結鍵合；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。本發明的優點是采用玻璃基片疊層鍵合的方法將多層玻璃基片同時制作通孔，避免傳統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題。
文檔編號H01L21/768GK102820262SQ20121032565
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者于大全, 姜峰 申請人:江蘇物聯網研究發展中心