CN101421177A - 用于箔mems技术的层间连接 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在由已构图的柔性箔(10)的叠层构建的微系统中制造导电层间连接的方法。形成由焊接材料、溅射或蒸发材料构成或借助于构建柔性箔(10)的隔离层(30)的塑料材料的碳化的导电层间连接(210，300，400)，以连接已构图的导电层(40，50)，所述导电层(40，50)借助于至少一个隔离层(30)以导电的方式分离，以通过简单的方式互连微系统的不同部分。
Description
技术领域
本发明涉及制造用于箔MEMS技术的层间连接的方法。
背景技术
US5106461描述了一种制造层间连接的方法，通过在衬底上涂敷第一导电材料层、在上述导电材料层上形成第一电介质材料层、在所需位置处产生用于电介质材料层中通孔的开口、使用第一导电材料层作为电极将通孔柱电镀入通孔开口、并且在电介质和通孔柱上沉积下一导电材料层。重复该方法几次，最后去除衬底，并且对第一导电材料层进行构图。该方法的不利之处在于必须逐层制造上述层间连接。根据层的数量，该方法的耗费的努力和成本是不能接受的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种简单且成本有效地制造特别适用于箔MEMS技术的层间连接的方法。这种箔MEMS技术已经在欧洲专利申请05108280.8详细描述，该欧洲专利申请申请于2005年9月9日，其题目为“A method ofmanufacturing a microsystem，such a microsystem，a stack of foilscomprising such a microsystem，an electronic device comprising such amicrosystem and use of the electronic device”。通过在具有空间的微系统中制造层间连接的方法实现该目的，所述方法包括下列步骤：
设置至少两个电绝缘柔性箔的组(S)，其中单个箔包括相同的箔材料，并且其中导电层位于至少两个柔性箔的至少一侧，其中所述导电层适合于用作电极或导体；
对所述导电层进行构图，以形成电极或导体；
以形成至少一个开口的方式，对至少一个柔性箔进行构图；
堆叠所述柔性箔的组(S)；
将所述柔性箔连接在一起；
在至少两个已构图的导电层之间设置导电层间连接，所述至少两个已构图的导电层通过所述柔性箔的至少一个隔离层分离。通过将这些位置处的柔性箔键合在一起，能够将柔性箔连接在一起，其中，当两个相邻的柔性箔互相接触时，已经去除了两个相邻的柔性箔的箔材料之间的至少一个导电层。需要导电层间连接来接触由隔离层分离的柔性箔的导电层，以便使得能够实现连接，所述连接位于欧洲专利申请05108280.8描述的由已构图的和堆叠的柔性箔构建的MEMS器件或微流体器件的不同功能部分之间、位于多于一个MEMS器件或微流体器件之间、位于MEMS器件或微流体器件与作为集成电路(IC)的其它器件之间。
在本发明的一个实施例中，至少两个柔性箔互相键合，从而将第一柔性箔中的一个开口配置用于建立接触孔。如果将多于两个的箔键合在一起，在一个箔中接触孔可以分别包括两个或多个对准的开口。接触孔以这种方式定位：第二柔性箔上的已构图或未构图的第二导电层可到达接触孔。此外，在具有接触孔的第一柔性箔或箔层叠上存在至少一个第一已构图的导电层。与可到达接触孔中第二导电层一样，至少一部分第一已构图的导电层也是可自由到达的。存在几种可能以使得实现第一已构图导电层的导通性。一种可能是第一已构图的导电层是柔性箔或柔性箔叠层的顶层，它们没有被其它层或箔覆盖。第二种可能是已构图的导电层由至少一个第三柔性箔部分地覆盖，所述部分地覆盖是以这种方式：第三柔性箔具有与作为接触孔的一部分的其它开口对准的开口。作为接触孔的一部分的第三柔性箔中的开口具有比作为接触孔的一部分的其它开口更大的延伸。第一已构图的导电层以这种方式延伸到接触孔：第三柔性箔未覆盖接触孔中的那部分已构图的导电层。已构图的导电层的顶部表面在接触孔中是可到达的。第三种可能是已构图的导电层以这种方式被至少一个第三柔性箔部分地覆盖：第三柔性箔具有开口，所述开口是接触孔的一部分，并且与作为接触孔的一部分的其它开口对准。已构图的导电层以这种方式延伸到接触孔：与柔性箔限定平面垂直的已构图的导电层的横截面部分在接触孔中是可以自由到达的。通过在开口中填充导电材料，可以在开口中可到达的第二导电层和第一已构图的导电层之间建立导电层间连接。后者能够通过例如在开口中的第二导电层上放置焊料球、将温度提高到焊料熔点并且焊料流出以接触延伸到开口附近的第一已构图的导电层而完成。提供互连的另一方法是溅射或蒸发，例如，从铝、铂、银、金、铜、铟锡和钽的组中选择导电材料，并且以这种方式为溅射或蒸发的导电层进行构图：开口和开口的附近由导电材料覆盖，所述导电材料建立第二导电层和第一已构图的导电层之间的导电层间连接。
本发明的又一实施例是通过使柔性箔的绝缘层导电而产生导电层间连接。这能够通过碳化作用完成，在这种情况下，减少柔性箔的隔离层的塑料材料，以通过在还原的气氛中以激光来纯化一个或多个柔性箔的某个部分或某些部分中的碳。将不同柔性箔上的一个或多个碳化部分彼此对准，并且将具有至少两个已构图的导电层的两个柔性箔与柔性箔的碳化部分对准，其中已构图的导电层与柔性箔的一个或多个碳化部分的表面接触。在通过诸如欧洲专利申请05108280.8中详细描述的热和压力之类的方式将箔键合在一起后，碳化区域在不同的柔性箔上多个已构图的导电层之间建立一个或多个导电层间连接。存在通过碳化实现导电层间连接的不同可能性。一种方法是首先对柔性箔的一部分进行碳化(可以使用与欧洲专利申请051082.8中描述的用于柔性箔的构图相同的激光与柔性箔的构图一起)，然后堆叠和键合对准的柔性箔。另一种方法是在第二柔性箔的顶部上堆叠第一柔性箔，其中所述第二柔性箔具有导电层或已构图的导电轨迹，对第一柔性箔的一部分进行碳化，所述第一柔性箔的一部分与第二柔性箔的导电层或已构图的导电轨迹接触，并且在第二柔性箔的顶部堆叠第三柔性箔，并且在第一柔性箔已经碳化的相同位置对第三柔性箔的一部分进行碳化，如果必要，对另一柔性箔重复该过程，只要是以这种方式构建导电层间连接，并且在导电层间连接上定位另外导电层或已构图的导电层，即，形成图案的导电层的一部分与导电层间连接是导电接触。再一种方法是以这种方式堆叠所有的柔性箔和已构图的导电层：通过至少一个柔性箔的至少一个绝缘层分离的两个不同导电层的至少一部分具有朝向相对于柔性箔的平面垂直方向的重叠区域，并且通过，例如，施加激光来对柔性箔的整个叠层进行碳化。
优选地，用于柔性箔的导电层的材料从包括铝、铂、银、金、铜、氧化铟锡和钽的组中选择。
优选地，其上层叠导电层的柔性箔的箔材料从包括聚苯硫醚(polyphenyl sulphide)(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate)(PET)的组中选择。这些材料特别适合于通过热和压力的方法将它们键合在一起。柔性箔的厚度优选地在1μm到5μm之间，因为垂直于柔性箔平面的结构的分辨率是由柔性箔的厚度决定的，如在欧洲专利申请05108280.8中描述的那样。
本发明的又一目的是提供一种微系统，所述微系统由一组其中一个堆叠在另一个的顶部上的至少两个电绝缘柔性箔构成，其中单个箔包括相同的箔材料，其中至少两个箔设置有已构图的导电层，所述导电层配置为电极，其中至少一个箔设置有空隙，其中通过至少一个隔离层分离的至少两个电极通过导电层间连接相连。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中相同的参考符号表示相似的部分，并且，其中：
图1示出了一组柔性箔(S)；
图2a示出了箔MEMS和层间连接；
图2b示出了图2a中描述的层间连接的放大图；
图3a和3b示出了层间连接的实施例；
图4示出了层间连接的另一个实施例；
图5a、5b和5c示出了层间连接的又一实施例；
具体实施方式
将参照特定实施例并参考某些附图描述本发明，但是本发明并不限于这些，而是由权利要求所限定。权利要求中的参考符号不应理解为限制范围。所描述的附图仅是示意性的而非限定性的。在附图中，可能夸大了一些元件的尺寸，并且出于示意的目的没有按比例绘制。其中在此描述和权利要求中使用了名词“包括”，它不排除其它元件或步骤。在使用非限定性或限定性名词地方，当引用单数名词，比如，“一”、“这个”，除非特别指出其它情况，这包括名词的复数。
而且，描述和权利要求中的名词第一、第二、第三等用于在相似的元件之间区分，并不必用于描述次序上或时间上的顺序。应当理解，在适当的条件下，这样使用的名词是可以互换的，这里描述的本发明的实施例能够以不同于这里所描述的或示例的顺序操作。
而且，在说明和权利要求中的名词顶部、底部、第一、第二等是用于描述的目的，并非用于描述相对位置。应当理解，这样使用的名词在适当的条件下是可以互换的，这里描述的本发明的实施例能够以不同于这里描述的或示意的其它方向操作。
图1示出了柔性箔10的组S，每个柔性箔的组包括两个导电层20之间的隔离层30。这些柔性箔可以用于以简单的方式构建MEMS器件，所述方式在2005年9月9日申请的欧洲专利申请05108280.8中描述，其题目为“A method of manufacturing a microsysten，such amicrosystem，a stack of foils comprising such a microsystem，anelectronic device comprising such a microsystem and use of the electronicdevice”.
图2a和2b示出了在2005年9月9日申请的欧洲专利申请05108280.8中描述的层间连接，该专利申请的题目为“A method ofmanufacturing a microsysten，such a microsystem，a stack of foilscomprising such a microsystem，an electronic device comprising such amicrosystem and use of the electronic device”。在柔性箔组S内的连接限定于两个相邻层10，其中每一个导电层20彼此重叠，并且各个之间直接接触，如在图2b中所示的图2a的放大示意图所示。
图3a和3b示出了本发明的一个实施例，其中柔性箔10的组S相互堆叠。组S包括三个子组S1、S2和S3。第一子组包括在组的底部两个柔性箔，由此第二已构图的导电层50位于子组S1的顶部。第二子组S2包括四个已构图的柔性箔10，各个柔性箔10具有开口，并且四个箔的开口相互对齐。第二子组S2以这种方式堆叠在第一子组S1的顶部，即，在第一子组S1顶上的第二已构图的导电层50可以通过子组S2的四个箔的对齐的开口从组S的顶边到达。第二子组S2的对齐的开口形成到第二已构图的导电层50的接触孔。另外，第二子组S2的顶部箔包括延伸到第二子组S2中的接触孔附近的第一已构图的导电层40。堆叠在第二子组S2上的第三子组S3包括三个已构图的柔性箔10的层，每个柔性箔10具有比第二子集S2包括的各个箔的开口更大延伸的开口，并且这三个箔的开口相互对齐。第三子组S3的对齐的开口以这种方式与第二子组S2的接触孔对齐，即，第二子组S2顶部上的第一已构图的导电层40可以通过子组S3中对齐的开口从组S的顶部到达，这是由于与子组S2中的接触孔相比，子组S3中的对齐的开口具有更大的延伸。如图3a所示，将焊接球200置于已构图的导电层50顶部的接触孔内。在图3b中示出了在加热层叠箔的组S和焊接球200后的情况。图3a的焊接球200熔化，并且构成了连接第二已构图的导电层50和第一已构图的导电层40的导电层间连接210。
图4示出了本发明的另一实施例。同样柔性箔10的组S以上述图3a和3b中描述的相同的方式相互堆叠。代替焊接球200，已经通过溅射或蒸发技术在堆叠箔10的组S的顶部沉积导电层。在后续的步骤中，采用例如光刻技术以这种方式为导电层进行构图，即，已构图的导电层间连接300覆盖开口，并且以导电的方式连接第二已构图的导电层50和第一已构图的导电层40。
图5a、5b和5c中示出了本发明的又一实施例。图5a示出了具有一个柔性箔10的堆叠柔性箔10的组S，所述柔性箔10具有穿过柔性箔10的整个厚度延伸的碳化部分410。碳化可以例如通过激光在还原的气氛中在某个区域加热柔性箔10来实现。具有碳化部分410的柔性箔10堆叠在具有已构图的导电层50的另一柔性箔10上，由此已构图的导电层50与柔性箔10底部上的已碳化部分410的表面相接触。能够以这种方式将另外的具有碳化部分410的柔性箔10相互堆叠，即，第一柔性箔10的顶侧上的碳化部分410的表面与堆叠在第一柔性箔10的顶侧上的柔性箔10的底侧上的碳化部分410的表面相接触，如图5b所示。图5c示出了具有已构图的导电层40的又一柔性箔10堆叠在具有碳化部分410的柔性箔10上，所述碳化部分410与其它柔性箔的其它碳化部分410相接触，并且已构图的导电层50也与柔性箔10的碳化部分410的表面相接触。在通过例如热和压力将堆叠的柔性箔10的组S键合在一起后，通过柔性箔10的碳化部分410在已构图的导电层40和已构图的导电层50之间形成导电层间连接400。
Claims (11)
1、一种在具有空隙的微系统中制造层间连接的方法，所述方法包括以下步骤：
设置至少两个电绝缘柔性箔(10)的组(S)，其中单个柔性箔(10)包括相同的箔材料，并且其中导电层(20)位于至少两个柔性箔(10)的至少一侧，并且其中所述导电层(20)适合于用作电极或导体；
对所述导电层(20)进行构图，以形成电极或导体；
以至少形成一个开口的方式，对至少一个柔性箔(10)进行构图；
堆叠所述柔性箔(10)的组(S)；
将所述柔性箔(10)连接在一起；
在至少两个已构图的导电层(40，50)之间设置导电层间连接(210，300，400)，所述已构图的导电层(40，50)通过所述柔性箔(10)的至少一个隔离层(30)分离。
2、根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
以通过接触孔可到达第二柔性箔(10)上的第二导电层(50)的方式，将至少一个开口定位于至少一个第一已构图的柔性箔(10)作为接触孔，并且在所述至少一个第一已构图的柔性箔(10)上的第一已构图的导电层(40)延伸到接触孔，并且也是可到达的；
通过在所述接触孔中填充导电材料，在所述第一已构图的导电层(40)和第二导电层(50)之间穿过所述接触孔设置导电接触。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导电材料是用于焊接的材料。
4、根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：
在所述至少一个开口中放置焊接球(200)；
加热至少两个柔性箔(10)的叠层，直到焊接材料流动、并且所述导电层间连接(210)以导电的方式连接第一已构图的导电层(40)和第二导电层(50)。
5、根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：
蒸发或溅射所述导电材料；
以形成导电层间连接(210，300)的方式对所述导电材料进行构图。
6、根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
以至少形成一个导电层间连接(400)的方式对柔性箔(10)进行碳化。
7、根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：
用激光对第一柔性箔(10)的至少一部分进行碳化；
在具有导电层(50)的第二柔性箔(10)上堆叠第一柔性箔(10)，其中所述导电层(50)延伸到并且覆盖所述第一柔性箔(10)的至少一个碳化部分(410)的至少一部分表面；
进一步堆叠具有已构图导电层(40)的第三柔性箔(10)，其中所述已构图的导电层(40)以存在至少一个导电层间连接(400)的方式延伸并且覆盖所述柔性箔(10)的碳化部分(410)的至少一部分表面。
8、根据前述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，用于导电层(20，40，50)的材料从包括铝、铂、银、金、铜、氧化铟锡和钽的组中选择。
9、根据前述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述柔性箔(10)的隔离层(30)的材料从包括聚苯硫醚(polyphenyl sulphide)(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)(PET)的组中选择。
10、根据前述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述柔性箔(10)具有在1μm到5μm之间的厚度。
11、一种微系统，由一组其中一个堆叠在另一个的顶部上的至少两个电绝缘柔性箔(10)构成，其中单个柔性箔(10)包括相同的箔材料，其中至少两个箔配置有已构图的导电层，所述导电层配置为电极，其中至少一个箔设置有空隙，并且其中通过至少一个隔离层(30)分离的至少两个电极(40，50)通过导电层间连接(210，300，400)相连。
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