CN106449573A - 一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板及其制作方法，该转接板结构包括金属衬底、垂直通孔互连和金属层，所述金属衬底具有相对的第一表面和第二表面；所述垂直通孔互连由垂直贯穿所述金属衬底的第一表面和第二表面的嵌于所述衬底中垂直通孔、覆盖至所述垂直通孔的即横截面为圆环状的绝缘层以及同中心的互连金属圆柱组成；在所述金属衬底的第一表面或第二表面、或者第一和第二表面存在所述金属层，其中在第二表面的互连层可以是金属互连层，也可以是金属探针。相应地，本发明还提供一种该半导体结构的制作方法。本发明可通过采用与生物兼容的金属互连材料及绝缘材料，用于生物兼容领域的测试及应用，简化了制作工艺流程。
Description
技术领域
本发明涉及微电子封装领域，尤其涉及一种具有垂直通孔互连的金属转接板及其制作方法。
背景技术
随着摩尔定律逼近物理极限，TSV三维封装技术（Through-Si-Via，TSV）通过TSV互连技术在芯片层次实现三维集成，具有小体积、高密度、三维异质集成的特点，被业界认为是突破甚至超越摩尔定律的重要途径，已成为先进封装领域乃至微电子领域的前沿与热点。
TSV/TGV转接板技术（Through-Glass-Via，TGV）是从TSV互连技术衍生出来的重要发展方向，可以提供与三维封装集成电路IC相匹配的线宽/节距、热膨胀系数，具有小尺寸、高密度、高集成度的特点，已成为集成电路IC、MEMS、微纳传感器等芯片级三维集成的最具竞争力的转接基板技术。
目前已公开的金属TSV/TGV互连制作方法，均为首先对基板深刻蚀形成TSV/TGV孔，然后进行TSV/TGV绝缘及金属填充，工艺流程复杂，且易出现由于材料热膨胀系数适配引起的热力学可靠性问题。
另随着智能生物芯片以及可穿戴设备的发展，具有生物兼容性的微电子封装结构越来越受到关注。而具有集成电路IC、MEMS、微纳传感器等芯片级三维集成作用的TSV/TGV转接板技术，在已公开的专利中，其衬底材料均为非生物兼容的硅或者玻璃等材料，这就对生物兼容的三维集成系统发展产生了阻碍作用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有垂直通孔互连的金属转接板，不仅具有生物兼容的特性，可用于生物兼容领域的测试及应用，而且在不影响高频信号传输的情况下，在制作方法上减少了垂直通孔互连金属圆柱的制作步骤，简化了制作工艺流程。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板，该转接板结构包括金属衬底、垂直通孔互连和金属层，其中：
所述金属衬底具有相对的第一表面和第二表面；
所述垂直通孔互连由垂直贯穿所述金属衬底的第一表面和第二表面的嵌于所述金属衬底中垂直通孔、覆盖至所述垂直通孔的即横截面为圆环状的绝缘层以及同中心的互连金属圆柱组成；
在所述金属衬底的第一表面或第二表面、或者第一和第二表面存在所述金属层，所述金属层由导电金属层和介质层组成，其中在第二表面的互连层为金属互连层或金属探针。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板，其中，所述金属衬底材料选自钛、钛合金、钨或钨合金的其中之一。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板，其中，所述横截面为圆环状的绝缘层材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB（苯并环丁烯）、聚酰亚胺、玻璃、聚丙烯或聚对二甲苯。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板，其中，所述互连金属圆柱为与金属衬底相同的钛、钛合金、钨或钨合金或与金属衬底不同的铜或铝。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板，其中，所述金属衬底第二表面的互连层为针形探针时，所述针形探针材料与所述互连金属圆柱材料相同或不同。
本发明还公开了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板的制作方法，该方法包括以下步骤：
a）提供金属衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，在所述衬底内制作多个横截面为圆环状的通孔；
b）在所述金属衬底的横截面为圆环状的通孔内以及所述衬底的第一表面、或第二表面、或第一表面与第二表面形成绝缘层；
c）在所述金属衬底的第一表面、或第二表面、或第一表面与第二表面制作金属层。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板的制作方法，其中，在步骤a中圆环形通孔制作方法为深反应离子刻蚀（DRIE）、激光烧蚀、喷砂、超声微加工。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板的制作方法，其中，在步骤b中所述绝缘层的材料选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺（PI）、玻璃、聚丙烯（polypropylene）或聚对二甲苯（Poly-p-xylene）其中之一。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板的制作方法，其中，在步骤c中所述衬底的第一表面、或第二表面、或第一表面与第二表面制作金属层，其中重新布线层制作方法包括蒸发、溅射、电镀、化学镀、化学气相沉积及其组合，所述金属层材料为铜。
优选地，本发明提供了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板的制作方法，其中，所述金属衬底第二表面的互连层为针形探针时、所述针形探针材料与所述互连金属圆柱材料相同或不同，其中探针制作方法包括蒸发、溅射、电镀、化学镀、化学气相沉积、湿法腐蚀及其组合。
本发明具有以下有益效果：
本发明可通过采用与生物兼容的金属互连材料及绝缘材料，用于生物兼容领域的测试及应用，简化了制作工艺流程。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为具体实施例1的具有垂直通孔互连的金属转接板的横切面图
图2为具有垂直通孔互连的金属转接板的俯视图
图3为具体实施例1中具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图1
图4为具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图2
图5为具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图3
图6为具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图4
图7为具体实施例2的具有垂直通孔互连的金属转接板的横切面图
图8为具有垂直通孔互连的金属转接板的俯视图
图9为具体实施例2中具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图1
图10为具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图2
图11为具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图3
图12为具有垂直通孔互连的金属转接板的制作方法的示意图4。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
具体实施例1：
本发明公开的具有垂直通孔互连的金属材质的转接板可参考图1及图2，转接板包括金属衬底100、多个截面为圆环状的垂直通孔互连101以及金属层001、201，其中：
所述金属衬底100为钛、钛合金、钨或钨合金，具有相对的第一表面和第二表面；
所述垂直通孔互连101由垂直贯穿所述金属衬底100的第一表面000和第二表面200的嵌于所述衬底中垂直通孔、覆盖至所述垂直通孔的即横截面为圆环状的绝缘层102以及同中心的互连金属圆柱101组成；
在所述金属衬底第一表面000、第二表面200分别存在金属互连层001、201，所述金属互连层由导电金属层001、201和介质层002、202组成；
所述横截面为圆环状的绝缘层102材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺（PI）、玻璃、聚丙烯（polypropylene）或聚对二甲苯（Poly-p-xylene）等绝缘材料；
所述互连金属圆柱101为与所述金属衬底100相同的钛、钛合金、钨或钨合金等金属或与所述金属衬底100不同铜或铝等金属。
本文公开了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板制作方法，可参考图3至图6，下面结合图3至图6，对该方法做进一步介绍：
步骤一，提供金属衬底100，金属衬底为钛、钛合金、钨或钨合金圆片，所述金属衬底100具有相对的第一表面000和第二表面200，在所述衬底内制作多个横截面为圆环状的通孔101；圆环状通孔101制作方法为深反应离子刻蚀（DRIE）、激光烧蚀、喷砂、超声加工；
步骤二，在所述金属衬底的横截面为圆环状的通孔内以及所述衬底的第一表面000形成绝缘层102；所述绝缘层102可以具有一层或多层结构，其材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺（PI）、玻璃、聚丙烯（polypropylene）或聚对二甲苯（Poly-p-xylene）及其组合，其厚度范围是100nm~10μm，用以实现互连金属圆柱100及与金属衬底100及金属互连层001与所述金属衬底第一表面000之间的电学隔离。形成所述绝缘层的方法包括热氧化、原子层沉积、化学气相沉积、溅射、旋涂、喷胶及其组合。
步骤三，在所述金属衬底100的第一表面000制作重新布线层（RDL）001和介质层002；其中重新布线层的金属层制作可以采用电镀铜制作，即利用溅射或蒸发阻挡层种子层TiW/Cu，制作电镀铜的光刻胶掩膜，电镀铜加厚，然后去除光刻胶及电镀种子层/阻挡层。重新布线层的介质层可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺（PECVD）或旋涂BCB制作。
步骤四，对所述衬底100的第二表面200减薄形成金属圆柱101，在第二表面200制作重新布线层（RDL）201和介质层202；其中重新布线层的金属层制作可以采用电镀铜制作，即利用溅射或蒸发阻挡层种子层TiW/Cu，制作电镀铜的光刻胶掩膜，电镀铜加厚，然后去除光刻胶及电镀种子层/阻挡层。重新布线层的介质层可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺（PECVD）或旋涂BCB制作。
具体实施例2：
本发明公开的具有垂直通孔互连的金属材质的转接板可参考图7及图8，转接板包括金属衬底100、多个截面为圆环状的垂直通孔互连101以及金属互连层001、金属探针203，其中：
所述金属衬底100为钛、钛合金、钨或钨合金，具有相对的第一表面和第二表面；
所述垂直通孔互连101由垂直贯穿所述金属衬底100的第一表面000和第二表面200的嵌于所述衬底中垂直通孔、覆盖至所述垂直通孔的即横截面为圆环状的绝缘层102以及同中心的互连金属圆柱101组成；
在所述金属衬底第一表面000存在金属互连层001，所述金属互连层由导电金属层001和介质层002组成；
在所述金属衬底第二表面200存在金属探针203，所述金属探针由导电探针203和介质层202组成；
所述横截面为圆环状的绝缘层102材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺（PI）、玻璃、聚丙烯（polypropylene）或聚对二甲苯（Poly-p-xylene）等绝缘材料；
所述互连金属圆柱101为与所述金属衬底100相同的钛、钛合金、钨或钨合金等金属或与所述金属衬底100不同铜或铝等金属；
所述金属探针203为与所述互连金属圆柱材料相同或不同。
本文公开了一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板制作方法，可参考图9至图12，下面结合图9至图12，对该方法做进一步介绍：
步骤一，提供金属衬底100，金属衬底为钛、钛合金、钨或钨合金圆片，所述金属衬底100具有相对的第一表面000和第二表面200，在所述衬底内制作多个横截面为圆环状的通孔101；圆环状通孔101制作方法为深反应离子刻蚀（DRIE）、激光烧蚀、喷砂、超声加工；
步骤二，在所述金属衬底的横截面为圆环状的通孔内以及所述衬底的第一表面000形成绝缘层102；所述绝缘层102可以具有一层或多层结构，其材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺（PI）、玻璃、聚丙烯（polypropylene）或聚对二甲苯（Poly-p-xylene）及其组合，其厚度范围是100nm~10μm，用以实现互连金属圆柱100及与金属衬底100及金属互连层001与所述金属衬底第一表面000之间的电学隔离。形成所述绝缘层的方法包括热氧化、原子层沉积、化学气相沉积、溅射、旋涂、喷胶及其组合。
步骤三，在所述金属衬底100的第一表面000制作重新布线层（RDL）001和介质层002；其中重新布线层的金属层制作可以采用电镀铜制作，即利用溅射或蒸发阻挡层种子层TiW/Cu，制作电镀铜的光刻胶掩膜，电镀铜加厚，然后去除光刻胶及电镀种子层/阻挡层。重新布线层的介质层可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺（PECVD）或旋涂BCB制作。
步骤四，对所述衬底100的第二表面200减薄形成金属圆柱101，在第二表面200制作金属探针203和介质层202；其中金属探针的导电探针制作可以采用增加金属及湿法腐蚀组合工艺制作，即利用电镀、溅射金属等工艺配合光刻工艺形成一定厚度的金属圆柱，然后利用金属腐蚀液进行各向同性腐蚀形成导电探针。重新布线层的介质层可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺（PECVD）或旋涂BCB制作。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板，其特征在于，该转接板结构包括金属衬底、垂直通孔互连和金属层，其中：
所述金属衬底具有相对的第一表面和第二表面；
所述垂直通孔互连由垂直贯穿所述金属衬底的第一表面和第二表面的嵌于所述金属衬底中垂直通孔、覆盖至所述垂直通孔的即横截面为圆环状的绝缘层以及同中心的互连金属圆柱组成；
在所述金属衬底的第一表面或第二表面、或者第一和第二表面存在所述金属层，所述金属层由导电金属层和介质层组成，其中在第二表面的互连层为金属互连层或金属探针。
2.根据权利要求1所述的转接板，其特征在于，所述金属衬底材料选自钛、钛合金、钨或钨合金的其中之一。
3.根据权利要求1所述的转接板，其特征在于，所述横截面为圆环状的绝缘层材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺、玻璃、聚丙烯或聚对二甲苯。
4.根据权利要求1所述的转接板，其特征在于，所述互连金属圆柱为与金属衬底相同的钛、钛合金、钨或钨合金或与金属衬底不同的铜或铝。
5.根据权利要求1所述的转接板，其特征在于，所述金属衬底第二表面的互连层为针形探针时，所述针形探针材料与所述互连金属圆柱材料相同或不同。
6.一种具有垂直通孔互连的金属材质的转接板的制作方法，该方法包括以下步骤：
a）提供金属衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，在所述衬底内制作多个横截面为圆环状的通孔；
b）在所述金属衬底的横截面为圆环状的通孔内以及所述衬底的第一表面、或第二表面、或第一表面与第二表面形成绝缘层；
c）在所述金属衬底的第一表面、或第二表面、或第一表面与第二表面制作金属层。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在步骤a中圆环形通孔制作方法为深反应离子刻蚀、激光烧蚀、喷砂、超声微加工。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在步骤b中所述绝缘层的材料选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、BCB、聚酰亚胺、玻璃、聚丙烯或聚对二甲苯其中之一。
9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，在步骤c中所述衬底的第一表面或第二表面、或第一表面与第二表面制作金属层，其中重新布线层制作方法包括蒸发、溅射、电镀、化学镀、化学气相沉积及其组合，所述金属层材料为铜。
10.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述金属衬底第二表面的互连层为针形探针时、所述针形探针材料与所述互连金属圆柱材料相同或不同，其中探针制作方法包括蒸发、溅射、电镀、化学镀、化学气相沉积、湿法腐蚀及其组合。
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