CN103904054A

CN103904054A - 基于玻璃基板的互连结构及方法

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Publication number: CN103904054A
Application number: CN201410127357.6A
Authority: CN
Inventors: 姜峰; 李昭强
Original assignee: National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Current assignee: National Center for Advanced Packaging Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103904054B

Abstract

本发明涉及一种互连结构及方法，尤其是一种基于玻璃基板的互连结构及方法，属于微电子封装的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述基于玻璃基板的互连结构，包括玻璃基板，所述玻璃基板具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二表面；所述玻璃基板内设置贯通所述玻璃基板内的导电柱，所述导电柱的第一端位于玻璃基板的第一主面，导电柱的第二端穿出玻璃基板的第二主面外，并在玻璃基板的第二主面外形成凸点头；玻璃基板内的导电柱的第一端通过玻璃基板第一主面上的布线层相互电连接。本发明结构简单紧凑，能缩小了玻璃基板表面凸块的间距，也极大的缩短了玻璃通孔及互连的制作时间，同时很大程度的降低了制作表面凸点的成本。

Description

基于玻璃基板的互连结构及方法

技术领域

本发明涉及一种互连结构及方法，尤其是一种基于玻璃基板的互连结构及方法，属于微电子封装的技术领域。

背景技术

随着微电子技术的不断进步，集成电路的特征尺寸不断缩小，互连密度不断提高，与此同时，用户对高性能低耗电的要求不断提高。在这种情况下，靠进一步缩小互连线的线宽来提高性能的方式受到材料物理特性和设备工艺的限制，二维互连线的电阻电容（RC）延迟逐渐成为限制半导体芯片性能提高的瓶颈。玻璃穿孔（Through Glass Via，简称TGV）工艺通过在玻璃基板中形成金属立柱，并配以金属凸点，可以实现玻璃基板上下器件间直接的三维互连，这样可以弥补传统半导体芯片二维布线的局限性。这种互连方式与传统的堆叠技术相比具有三维方向堆叠密度大、封装后外形尺寸小等优点，从而大大提高芯片的速度并降低功耗。近年来开始广泛研究各种新型材料，如玻璃、陶瓷等材料，玻璃材料被广泛的用于各种特定集成封装中，玻璃材料具有良好的光学、电学、机械和化学稳定性能，因此，玻璃基板在光学器件、射频和微波器件以及MEMS传感器等集成封装中具有广泛的应用。

另一方面高密度封装要求通过细间距微凸点来实现，特别是未来的图像传感器和2.5D/3D 芯片集成，细间距微凸点必不可少。例如高端的图像传感器，要求大像素、高清和小尺寸，由于像素之间的间距很小，所以微凸点也要非常致密。现有的微凸点制备技术包括沉积金属种子层，涂胶和曝光，电镀和金属种子层刻蚀，其中涂胶和曝光，电镀和金属种子层刻蚀都影响凸点间距的缩小。特别是种子层刻蚀，当凸点间距变小后钻蚀（undercut）很严重，造成凸点脱落，进一步缩小凸点之间的距离受到制约。如美国专利US6,681,982 B2中介绍的铜锡凸点制作工艺。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种可通过对玻璃通孔的特殊制作实现高密度表面互连，满足玻璃通孔高深宽比和表面凸点间距小的要求，同时降低制作表面凸点的成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于玻璃基板的互连结构及方法，其结构简单紧凑，能缩小了玻璃基板表面凸块的间距，也极大的缩短了玻璃通孔及互连的制作时间，同时很大程度的降低了制作表面凸点的成本。

按照本发明提供的技术方案，所述基于玻璃基板的互连结构，包括玻璃基板，所述玻璃基板具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二表面；所述玻璃基板内设置贯通所述玻璃基板内的导电柱，所述导电柱的第一端位于玻璃基板的第一主面，导电柱的第二端穿出玻璃基板的第二主面外，并在玻璃基板的第二主面外形成凸点头。

所述布线层上设有若干表面布线，所述表面布线与对应导电柱的第一端电连接。

所述导电柱与凸点头为一体成型结构。

一种基于玻璃基板的互连封装方法，所述互连封装方法包括如下步骤：

a、提供玻璃基板，所述玻璃基板具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二主面；将玻璃基板的第二主面通过键合层与载片进行临时键合；

b、对上述玻璃基板的第一主面进行通孔加工，以在玻璃基板内形成导电柱通孔，所述导电柱通孔从玻璃基板的第一主面指向玻璃基板第二主面的方向延伸，且导电柱通孔延伸至键合层内；

c、对上述导电柱通孔的内壁进行粘附层沉积，并在沉积粘附层的导电柱通孔内填充导电柱；

d、在上述玻璃基板的第一主面制作布线层；

e、将上述玻璃基板与载片进行解键合，并去除玻璃基板第二主面上的键合胶层，以使得导电柱凸出玻璃基板第二主面的端部形成凸点头。

所述键合层的材料包括聚酰亚胺、SU-8或键合胶。

在玻璃基板内制作导电柱通孔的方法包括机械加工、激光加工、喷砂钻孔或刻蚀。

导电柱填充在导电柱通孔内的方法包括插入导电体、电镀、化学镀、物理沉积、化学气相沉积或液态金属填充。

所述粘附层的材料为Cu、Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN、TiN中的一种或几种。

本发明的优点：将玻璃基板与载片进行键合，通过设置导电柱通孔大于玻璃基板的厚度，通过导电柱通孔内设置导电柱，在玻璃基板与载片解键合后，导电柱凸出玻璃基板的第二主面形成凸点头，不仅缩小了玻璃基板表面凸块的间距，也极大的缩短了玻璃基板内通孔及互连的制作时间，同时很大程度的降低了制作表面凸点的成本。

附图说明

图1~图4为本发明具体实施工艺步骤的剖视图，其中

图1为本发明玻璃基板与载片进行键合后的剖视图。

图2为本发明在玻璃基板内得到导电柱后的剖视图。

图3为本发明在玻璃基板的第一主面上设置布线层后的剖视图。

图4为本发明对玻璃基板解键合得到凸点头后的剖视图。

附图标记说明：1-玻璃基板、2-键合层、3-载片、4-导电柱通孔、5-导电柱、6-布线层、7-表面布线及8-凸点头。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

现有技术中，在含通孔的玻璃基板上加工凸块的工艺都是基于溅射种子层和电镀凸块的工艺方法，其制作成本高、生产周期长、凸块间距大；且由于这些制作工艺的方法存在多种不利因素，对产品的制作成本、生产周期等都造成极大的影响。

如图4所示：为了能缩小玻璃基板表面凸块的间距及制造时间，降低生成加工成本，本发明包括玻璃基板1，所述玻璃基板1具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二表面；所述玻璃基板1内设置贯通所述玻璃基板1内的导电柱5，所述导电柱5的第一端位于玻璃基板1的第一主面，导电柱5的第二端穿出玻璃基板1的第二主面外，并在玻璃基板1的第二主面外形成凸点头8；玻璃基板1内的导电柱5的第一端通覆盖有布线层6。

具体实施时，在玻璃基板1内形成若干封装单元区域，为了将封装单元区域内的导电柱5电连接，需要在封装单元区域内设置布线层6，并在布线层6上设置表面布线7，表面布线7通过封装单元区域内的布线层6与导电柱5电连接。在玻璃基板1内不同位置的封装单元区域之间要相互绝缘隔离。本发明实施例中，图中示出的一个导电柱5可以表示为一个封装单元区域内的所有导电柱5，封装单元区域内的导电柱5通过互连结构进行后续设置时，一般通过布线层6及表面布线7相互电连接。

所述导电柱5与凸点头8为一体成型结构。

如图1~图4所示，上述结构的互连结构，可以通过下述工艺步骤制备得到，所述互连封装方法包括如下步骤：

a、提供玻璃基板1，所述玻璃基板1具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二主面；将玻璃基板1的第二主面通过键合层2与载片3进行临时键合；

如图1所示，所述键合层2的材料包括聚酰亚胺、SU-8或键合胶。玻璃基板1、载片3间通过键合层2进行临时键合，为本技术领域常规的技术手段，此处不再赘述。

b、对上述玻璃基板1的第一主面进行通孔加工，以在玻璃基板1内形成导电柱通孔4，所述导电柱通孔4从玻璃基板1的第一主面指向玻璃基板1第二主面的方向延伸，且导电柱通孔4延伸至键合层2内；

在玻璃基板1内制作导电柱通孔4的方法包括机械加工、激光加工、喷砂钻孔或刻蚀。本发明实施例中，导电柱通孔4的深度大于玻璃基板1的厚度，并且小于键合层2与玻璃基板1之间的总厚度，即导电柱通孔4的底部位于载片3的上方。

c、对上述导电柱通孔4的内壁进行粘附层沉积，并在沉积粘附层的导电柱通孔4内填充导电柱5；

如图2所示，所述粘附层的材料为Cu、Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN、TiN中的一种或几种。导电柱5填充在导电柱通孔4内的方法包括插入导电体、电镀、化学镀、物理沉积、化学气相沉积或液态金属填充。

d、在上述玻璃基板1的第一主面制造布线层6；

如图3所示，所述布线层6上设有若干表面布线7，所述表面布线7与对应导电柱5的第一端电连接。可以采用本技术领域常规的技术手段在玻璃基板1上制作布线层6，具体过程不再赘述。

e、将上述玻璃基板1与载片3进行解键合，并去除玻璃基板1第二主面上的键合层2，以使得导电柱5凸出玻璃基板1第二主面的端部形成凸点头8。

如图4所示，在具体实施时，去除玻璃基板1第二主面上的键合层2后，通过对导电柱5对应凸出玻璃基板1第二主面端部的凸点头8进行湿法或干法刻蚀，以使得导电柱5凸出玻璃基板1第二主面的端部形成凸点头8。

本发明将玻璃基板1与载片3进行键合，通过设置导电柱通孔4大于玻璃基板1的厚度，通过导电柱通孔4内设置导电柱5，在玻璃基板1与载片3解键合后，导电柱5凸出玻璃基板1的第二主面形成凸点头8，不仅缩小了玻璃基1板表面凸块的间距，也极大的缩短了玻璃基板1内通孔及互连的制作时间，同时很大程度的降低了制作表面凸点的成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1. 一种基于玻璃基板的互连结构，包括玻璃基板（1），所述玻璃基板（1）具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二表面；其特征是：所述玻璃基板（1）内设置贯通所述玻璃基板（1）内的导电柱（5），所述导电柱（5）的第一端位于玻璃基板（1）的第一主面，导电柱（5）的第二端穿出玻璃基板（1）的第二主面外，并在玻璃基板（1）的第二主面外形成凸点头（8）。

2.根据权利要求1所述的基于玻璃基板的互连结构，其特征是：所述布线层（6）上设有若干表面布线（7），所述表面布线（7）与对应导电柱（5）的第一端电连接。

3.根据权利要求1所述的基于玻璃基板的互连结构，其特征是：所述导电柱（5）与凸点头（8）为一体成型结构。

4.一种基于玻璃基板的互连封装方法，其特征是，所述互连封装方法包括如下步骤：

（a）、提供玻璃基板（1），所述玻璃基板（1）具有第一主面以及与所述第一主面对应的第二主面；将玻璃基板（1）的第二主面通过键合层（2）与载片（3）进行临时键合；

（b）、对上述玻璃基板（1）的第一主面进行通孔加工，以在玻璃基板（1）内形成导电柱通孔（4），所述导电柱通孔（4）从玻璃基板（1）的第一主面指向玻璃基板（1）第二主面的方向延伸，且导电柱通孔（4）延伸至键合层（2）内；

（c）、对上述导电柱通孔（4）的内壁进行粘附层沉积，并在沉积粘附层的导电柱通孔（4）内填充导电柱（5）；

（d）、在上述玻璃基板（1）的第一主面制作布线层（6）；

（e）、将上述玻璃基板（1）与载片（3）进行解键合，并去除玻璃基板（1）第二主面上的键合胶层（2），以使得导电柱（5）凸出玻璃基板（1）第二主面的端部形成凸点头（8）。

5.根据权利要求4所述基于玻璃基板的互连封装方法，其特征是：所述键合层（2）的材料包括聚酰亚胺、SU-8或键合胶。

6.根据权利要求4所述基于玻璃基板的互连封装方法，其特征是：在玻璃基板（1）内制作导电柱通孔（4）的方法包括机械加工、激光加工、喷砂钻孔或刻蚀。

7.根据权利要求4所述基于玻璃基板的互连封装方法，其特征是：导电柱（5）填充在导电柱通孔（4）内的方法包括插入导电体、电镀、化学镀、物理沉积、化学气相沉积或液态金属填充。

8.根据权利要求4所述基于玻璃基板的互连封装方法，其特征是：所述粘附层的材料为Cu、Ni、Ta、Ti、Pt、Pd、AlN、TiN中的一种或几种。

9.根据权利要求4所述基于玻璃基板的互连封装方法，其特征是：所述布线层（6）上设有若干表面布线（7），所述表面布线（7）与对应导电柱（5）的第一端电连接。