CN109417031A - 附接到半导体晶片的具有通孔的无机晶片 - Google Patents

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Abstract

一种过程包括将半导体晶片结合到无机晶片。半导体晶片对对于无机晶片透明的光波长是不透明的。在结合之后，使用发射光波长的激光在无机晶片中形成损伤轨迹。通过蚀刻，无机晶片中的损伤轨迹被扩大以形成穿过无机晶片的孔。孔终止于半导体晶片和无机晶片之间的界面处。还提供了一种制品，包括结合到无机晶片的半导体晶片。半导体晶片对对于无机晶片透明的光波长是不透明的。无机晶片具有穿过无机晶片形成的孔。孔终止于半导体晶片和无机晶片之间的界面处。

Description

附接到半导体晶片的具有通孔的无机晶片
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求于2016年6月29日提交的美国临时申请序列第62/356067号的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体结合于此。
背景技术
领域
本公开涉及结合的晶片、包括这种晶片的制品、以及相关的工艺。
背景技术
人们越来越关注在半导体工业中开发新的衬底架构。一个目标是在不产生额外成本的情况下从器件和封装中实现更多功能。现有的衬底架构(诸如绝缘体上硅(SOI))具有包括绝缘层的有限厚度和高成本的缺点。
发明内容
本公开涉及包括结合到无机晶片的半导体晶片的制品以及制造这种制品的方法，所述无机晶片具有穿过无机晶片的孔。
在方面(1)，一种过程，包括：使用发射光波长的激光在结合到半导体晶片的无机晶片中形成损伤轨迹，其中所述半导体对所述光波长是不透明的，并且所述无机晶片对所述光波长是透明的；以及通过蚀刻扩大所述无机晶片中的所述损伤轨迹以形成穿过所述无机晶片的孔，所述孔终止于所述半导体晶片和所述无机晶片之间的界面处。
根据方面(1)的方面(2)，其中所述半导体晶片是裸半导体晶片。
根据任何前述方面的方面(3)，其中所述半导体晶片可以是硅晶片。
根据任何前述方面的方面(4)，其中利用蚀刻剂执行所述蚀刻，所述蚀刻剂以第一速率蚀刻所述无机晶片并且以第二速率蚀刻所述半导体晶片，并且所述第一速率是所述第二速率的至少10倍，诸如第二速率的10倍，第二速率的20倍，第二速率的50倍，第二速率的100倍，第二速率的200倍，第二速率的500倍，第二速率的1,000倍，第二速率的5,000倍，第二速率的10,000倍，第二速率的100,000倍，由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。
根据任何前述方面的方面(5)，其中所述无机晶片在室温下具有至少105Ω-m的电阻率，并且在室温下针对0.5mm的厚度具有至少1kV的击穿电压。无机晶片的电阻率可以是室温下的105Ω-m、106Ω-m、107Ω-m、08Ω-m、109Ω-m、1010Ω-m、1011Ω-m、1012Ω-m、1013Ω-m、1014Ω-m、1015Ω-m、1016Ω-m、1017Ω-m、1018Ω-m、1019Ω-m、1020Ω-m、1021Ω-m、1022Ω-m，由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。无机晶片的击穿电压可以是在室温下针对0.5mm的厚度的1kV、5kV、10kV、20kV、50kV、100kV、200kV、500kV、由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。
根据任何前述方面的方面(6)，其中所述无机晶片可以是铝-硼硅酸盐玻璃、熔融石英和蓝宝石。
根据任何前述方面的方面(7)，其中所述无机晶片的厚度为10μm至1mm。
根据方面(7)的方面(8)，其中所述厚度可以从50μm至250μm，诸如从50μm至100μm。
根据任何前述方面的方面(9)，其中所述损伤轨迹终止于半导体晶片和无机晶片之间的所述界面处。
根据任何前述方面的方面(10)，其中所述损伤轨迹在到达所述界面之前终止于所述无机晶片内。
根据任何前述方面的方面(11)，其中所述激光通过产生延伸聚焦的光学器件来发送，并且所述延伸聚焦在所述无机晶片中形成所述损伤轨迹。
根据方面(11)的方面(12)，其中所述延伸聚焦是沿光束传播方向并且发生在无机晶片内的焦线或多个焦点。
根据方面(12)的方面(13)，其中所述半导体晶片对由所述激光发射的所述光波长足够不透明以破坏所述延伸聚焦。
根据任何前述方面的方面(14)，其中所述激光可以是短脉冲激光。
根据方面(14)的方面(15)，其中所述激光可以是串脉冲激光。
根据任何前述方面的方面(16)，其中所述光波长可以是257nm、266nm、343nm、355nm、515nm、530nm、532nm、1030nm或1064nm。
根据任何前述方面的方面(17)，还包括通过阳极结合将所述半导体晶片结合到所述无机晶片。
根据方面(1)至(17)中任一个的方面(18)，还包括将所述半导体晶片结合到所述无机晶片，其中结合包括形成到所述半导体晶片和所述无机晶片中的至少一个的表面改性层。
根据任何前述方面的方面(19)，其中所述过程还包括金属化所述孔。
根据任何前述方面的方面(20)，其中所述孔在所述无机晶片的相对于所述界面的表面处的直径为4μm至100μm。
根据任何前述方面的方面(21)，其中在所述界面处的所述无机晶片的平均表面粗糙度(Ra)小于1nm。
在一些实施例中，制品通过本文描述的过程中的任何过程来形成。
在方面(22)，一种制品包括结合到无机晶片的半导体晶片，其中所述半导体晶片对对于所述无机晶片透明的光波长是不透明的，并且所述无机晶片具有穿过无机晶片形成的孔，所述孔终止于所述半导体晶片和所述无机晶片之间的界面处。
根据方面(22)的方面(23)，其中所述半导体晶片是裸半导体晶片。
根据方面(22)或(23)的方面(24)，其中所述半导体晶片可以是硅晶片。
根据方面(22)至(24)中任何一者的方面(25)，其中所述无机晶片在室温下具有至少105Ω-m的电阻率，并且在室温下针对0.5mm的厚度具有至少1kV的击穿电压。无机晶片的电阻率可以是室温下的105Ω-m、106Ω-m、107Ω-m、08Ω-m、109Ω-m、1010Ω-m、1011Ω-m、1012Ω-m、1013Ω-m、1014Ω-m、1015Ω-m、1016Ω-m、1017Ω-m、1018Ω-m、1019Ω-m、1020Ω-m、1021Ω-m、1022Ω-m，由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。无机晶片的击穿电压可以是在室温下针对0.5mm的厚度的1kV、5kV、10kV、20kV、50kV、100kV、200kV、500kV、由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。
根据方面(22)至(25)中的任何一者的方面(26)，其中所述无机晶片可以是铝-硼硅酸盐玻璃、熔融石英和蓝宝石。
根据方面(22)至(26)中的任何一者的方面(27)，其中所述无机晶片的厚度为10μm至1mm。
根据方面(27)的方面(28)，其中所述无机晶片的厚度是诸如从50μm至250μm，或从50μm至100μm。
根据方面(22)至(28)中的任何方面的方面(29)，其中所述孔被金属化。
根据方面(22)至(29)中的任何一者的方面(30)，其中所述孔在所述无机晶片的相对于所述界面的表面处的直径为4μm至100μm。
根据方面(22)至(30)中的任何一者的方面(31)，其中在所述界面处的所述无机晶片的平均表面粗糙度(Ra)小于1nm。
根据方面(22)至(31)中的任何一者的方面(32)，其中所述半导体晶片能移除地结合到所述无机晶片。
在方面(33)，一种器件包括结合到无机晶片的半导体晶片，和在所述半导体晶片和所述无机晶片中的至少一个上形成的一个或多个器件部件，所述半导体晶片对对于所述无机晶片透明的光波长是不透明的，并且所述无机晶片具有穿过其形成的并且终止于所述半导体晶片和所述无机晶片之间的界面处的第一孔。
根据方面(33)的方面(34)，其中所述第一孔被金属化。
根据方面(33)或(34)的方面(35)，其中所述一个或多个器件部件中的每个选自由微电子器件部件、射频(RF)器件部件、光电器件部件、微机电系统(MEMS)器件部件和生物传感器器件部件组成的组。
根据方面(33)至(35)中的任何一者的方面(36)，其中所述半导体晶片具有穿过其形成的第二孔，并且所述第二孔在所述半导体晶片与所述无机晶片之间的界面处与所述第一孔对准。
根据方面(36)的方面(37)，其中所述一个或多个器件部件形成于所述半导体晶片和所述无机晶片两者上。
根据方面(37)的方面(38)，其中形成在所述半导体晶片上的所述一个或多个器件部件和形成在所述无机晶片上的所述一个或多个器件部件经由所述第一孔和所述第二孔彼此连接。
附图说明
并入本文的附图形成说明书的一部分并且图示了本公开的实施例。附图与说明书一起还用于解释所公开的实施例的原理，并使(多个)相关领域的技术人员能够制造和使用所公开的实施例。这些图旨在说明而非限制。尽管通常在这些实施例的情境中描述了本公开，但是应该理解并不旨在将本公开的范围限制于这些特定实施例。在附图中，类似的附图标记表示相同或功能相似的元件。
图1图示了将半导体晶片结合到无机晶片。
图2图示了在图1的无机晶片中形成损伤轨迹。
图3图示了扩大图2的损伤轨迹以形成通过无机晶片的孔。
图4图示了金属化图3的孔。
图5示出了具有结合到无机晶片的半导体晶片的图3和图4的所得的制品的平面图。无机晶片具有通过其的以图案布置的孔。
图6示出了在图3至图5的所得的制品上形成的器件的侧视图。
图7示出了作为一种透镜的轴棱镜，其产生激光束的延伸聚焦。
图8示出了产生通过透明晶片的激光束的焦线的光学组件。
图9示出了穿过透明晶片形成的并且被结合到透明晶片的不透明晶片破坏的激光束的焦线。
图10示出了对应于图1至图4中所图示的过程的过程流程图。
图11描绘了穿过结合到硅晶片的玻璃晶片形成的孔的平面图图像。每个孔的直径为11μm。
图12描绘了穿过结合到硅晶片的玻璃晶片形成的孔的另一个平面图图像。每个孔的直径为17.5μm。
图13描绘了穿过结合到硅晶片的玻璃晶片形成的孔的侧视图图像。玻璃晶片和硅晶片的厚度分别为80μm和700μm。
具体实施方式
在本文中记载包括上限值和下限值的一系列数值的情况下，除非在特定情况下另有说明，否则该范围旨在包括其端点，以及该范围内的所有整数和分数。权利要求的范围并不旨在限于当定义范围时记载的特定值。此外，当量、浓度或其他值或参数被作为范围、一个或多个优选范围或上优选值和下优选值的列表给出时，这应理解为具体地公开由任何上范围限制或优选值以及任何下范围限制或优选值的任何对形成的所有范围，无论是否单独地公开这种对。最后，当术语“大约”用于描述范围的值或端点时，应该将本公开理解为包括所指的具体值或端点。无论范围的数值或端点是否记载“大约”，范围的数值或端点旨在包括两个实施例：一个用“大约”修饰，一个未用“大约”修饰。
如本文所用，术语“大约”是指量、尺寸、配方、参数和其他数量和特性不是并且不必是精确的，而可以根据需要近似和/或更大或更小，反映公差、换算因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。
如本文所用，术语“或”是包含性的；更具体地，短语“A或B”表示“A、B或A和B两者”。排他性的“或”在本文中例如由诸如“要么A要么B”和“A或B中的一个”的术语来指定。
描述元件或部件的不定冠词“一(a或an)”意味着存在这些元件或部件中的一个或至少一个。尽管这些冠词从传统地用于表示修饰的名词是单数名词，但如本文所用，冠词“一(a或an)”也包括复数，除非在特定情况下另有说明。类似地，除非在特定情况下另有说明，否则如本文所使用的定冠词“该(the)”也表示修饰的名词可以是单数或复数。
术语“其中”用作开放式过渡短语，以引入一系列结构特性的叙述。
如本文所用，“包括”是开放式过渡短语。过渡短语“包括”之后的元素列表是非排他性列表，使得除了列表中具体记载的那些元素之外的元素也可以存在。
随着半导体行业寻求找到扩展摩尔定律的新方法，人们越来越关注寻找新颖的器件和封装解决方案。一个目标是在不产生额外成本的情况下从器件和封装中实现更多功能。这已导致在硅衬底、有机衬底和玻璃衬底中开发2.5维和3维中介层技术的解决方案。例如，在半导体制造中，SOI技术使用层状硅-绝缘体-硅衬底代替传统的硅衬底。然而，SOI晶片中的绝缘体层通常通过离子注入或表面氧化来形成，并且非常薄，例如通常小于1微米。另一相关技术是蓝宝石上硅(SOS)技术，其中典型地在蓝宝石晶片上生长薄硅层。然而，该技术遭受由于硅和蓝宝石的晶格结构的差异导致的缺陷形成的挑战。此外，SOI和SOS技术两者都涉及复杂的工艺，这会产生所得到的晶片的高成本。
在一些实施例中，一种过程使用晶片结合技术并利用通孔制造工艺来提供新的衬底架构。结果是具有以任何期望的图案在无机晶片(例如，玻璃衬底)中的孔的结合衬底，从而提供有利且灵活的平台，各种器件(例如微电子器件、光电器件、RF器件、以及微电子机械系统(MEMS)器件)可被制造在该平台上。与SOI和SOS技术相比，本文所描述的过程可以产生具有厚得多(例如100μm)的绝缘层的制品。此外，本文描述的过程不仅可以产生绝缘层，还可以产生用于与利用半导体晶片形成的其他器件进行物理连接、光学连接和/或电连接的中介层。例如，本文描述的过程可以利用激光钻孔和化学蚀刻技术以基本上不穿透结合到玻璃晶片的硅晶片的方式选择性地在玻璃晶片中产生垂直的互连通路(过孔(vias))。附加的厚度提供比薄SOI层更多的电隔离，并且过孔根据应用提供物理互连、电互连和/或光学互连，同时避免SOI和SOS技术的高成本。
附加的新颖特征将部分地在以下说明书中陈述，且在本领域技术人员查阅了以下描述和所附附图后这些附加的新颖特征将部分地变得显而易见，或可通过示例的生产或操作来获知这些附加的新颖特征。可通过以下讨论的详细示例中所阐述的方法、手段、和组合的各个方面的实践或使用，来实现和达到本公开的新特征。
在一些实施例中，半导体晶片可以结合到无机晶片以形成结合的衬底。如本文所用，“晶片”是指物理对象，其是通过各种处理操作转换成期望配置的基本工件。“晶片”在本公开中也可以称为“衬底”。在一些实施例中，图1图示了将半导体晶片110结合到无机晶片120。半导体晶片110可以是由结晶的、非晶的或合金的形式的半导体材料制成的任何晶片，该半导体材料包括元素半导体(诸如硅(Si)或锗(Ge))，化合物半导体(诸如砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)、铟镓砷(InGaAs)或铟镓锌氧化物(IGZO))，以及有机半导体(诸如苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM))，仅举数例。取决于半导体晶片110的材料、形式和/或尺寸，半导体晶片110的厚度可以从100μm至1mm变化。
在一些实施例中，半导体晶片110是裸半导体晶片。也就是说，在结合之前没有在半导体晶片110上或半导体晶片110中已经制造的器件部件。所以，图3或图4的制品100可以在不存在任何器件部件的情况下被制造。随后可以添加器件部件。
在将半导体晶片110结合到无机晶片120之后，可以将器件部件添加到制品100，例如添加到如图3和图4中图示的制品100。或者，在半导体晶片110结合到无机晶片120之前，器件部件可以存在于制品100上。这样的器件部件可以包括例如有源微电子器件部件(例如，二极管、结、晶体管等)，无源微电子器件部件(例如电阻器、电容器等)，射频(RF)器件部件(例如传输线、谐振器等)，光电器件部件(例如波导、透镜、镜子等)，MEMS器件(例如隔膜、悬臂、空腔等)，或生物传感器器件(例如在具有附接到孔的半导体电路的玻璃中的孔阵列、用于基于细胞的测定的电阻抗变化传感器等)。在器件部件如在例如图4中出现的那样被添加到制品100中的情况下，添加和电连接器件部件的一种方式是在半导体晶片110中形成过孔，该过孔将导电材料116电连接到半导体晶片110的表面111，该半导体晶片110的表面111被暴露并且可以经受各种半导体处理技术。可以使用任何合适的半导体处理技术在表面111上制造器件部件。
在一些实施例中，半导体晶片110对一个或多个光波长是不透明的。光可以由诸如Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:KGW、或Ti:蓝宝石激光器之类的激光器发射，并且半导体晶片110对其不透明的波长可以是激光器的基波波长或谐波，包括例如257nm、266nm、343nm、355nm、515nm、530nm、532nm、1030nm和1064nm。如下面详细描述的，半导体晶片110对激光束的某些波长的不透明性可以确保激光钻孔技术的选择性，使得应用到无机晶片120的激光束不会显著影响半导体晶片110。换句话说，界面130用作激光钻穿无机晶片120的阻挡。界面130是被结合的半导体晶片110和无机晶片120相遇的地方。
无机晶片120可以是由无机材料制成的任何晶片，无机材料包括玻璃(诸如铝硼硅酸盐玻璃)，熔融石英和蓝宝石，仅举几个例子。铝硼硅酸盐玻璃可包括无碱玻璃，诸如康宁EAGLE 玻璃，康宁LotusTM玻璃，康宁玻璃或康宁IrisTM玻璃，以及可离子交换的含碱玻璃。如本文所用，“无碱玻璃”是指碱金属不是有目的地添加到玻璃的成分中，并且不存在超过不会显著地影响玻璃的材料性质的痕量。在一些实施例中，无机晶片120比标准SOI晶片的氧化物层(例如，小于1μm)显著更厚。在一些实施例中，无机晶片120的厚度为至少5μm，诸如10μm至1mm，优选50μm至250μm，或者50μm至100μm，例如，50μm，60μm，70μm，80μm，90μm，100μm，110μm，120μm，130μm，140μm，150μm，160μm，170μm，180μm，190μm，200μm，210μm，220μm，230μm，240μm，250μm，或由这些值中的任何两个值定义的任何范围。在一些实施例中，无机晶片120的厚度小于100μm，这难以通过已知的解决方案快速地钻出孔。在本公开中，在无机晶片120中制造孔之前，无机晶片120被结合到半导体晶片110。有利地，与用于处理厚度小于100μm的晶片的已知的方法相比，利用这种结合处理厚度小于100μm的无机晶片120更容易。例如，无机晶片120的厚度可以为10μm至100μm，诸如10μm，20μm，30μm，40μm，50μm，60μm，70μm，80μm，90μm或100μm，或由这些值中的任何两个值定义的任何范围。
在一些实施例中，无机晶片120对一个或多个光波长是透明的。如上所描述，光可以由诸如Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:KGW、或Ti:蓝宝石激光器之类的激光器发射，并且无机晶片120对其透明的波长可以是激光器的基波波长或谐波，包括例如257nm、266nm、343nm、355nm、515nm、530nm、532nm、1030nm和1064nm。如下面详细描述，无机晶片120对激光束的某些波长的透明性可以确保应用到无机晶片120的激光将快速地在无机晶片120中产生损伤轨迹，同时不显著影响结合到无机晶片120的半导体晶片110。
在一些实施例中，无机晶片120是电绝缘的。无机晶片120的电阻率在室温下至少为105Ω-m。在室温下，对于厚度为0.5mm，无机晶片120的击穿电压至少为1kV。无机晶片120的电阻率可以是室温下的105Ω-m、106Ω-m、107Ω-m、108Ω-m、109Ω-m、1010Ω-m、1011Ω-m、1012Ω-m、1013Ω-m、1014Ω-m、1015Ω-m、1016Ω-m、1017Ω-m、1018Ω-m、1019Ω-m、1020Ω-m、1021Ω-m、1022Ω-m，由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个值定义的任何范围。可以根据ASTM C657-93(2013)，“用于玻璃的D-C体积电阻率的标准测试方法(Standard Test Method for D-C Volume resistivity of Glass)”来测量电阻率。无机晶片120的击穿电压可以是在室温下针对0.5mm的厚度的1kV、5kV、10kV、20kV、50kV、100kV、200kV、500kV、由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。可以根据ASTM D149-09(2013)，“商业电力频率下固体电绝缘材料的介电击穿电压和介电强度的标准测试方法(Standard Test Method for DielectricBreakdown Voltage and Dielectric Strength of Solid Electrical InsulatingMaterials at Commercial Power Frequencies)”来测量击穿电压。在一个示例中，玻璃晶片的电阻率是在室温下从107Ω-m到1021Ω-m。在另一个示例中，熔融的二氧化硅晶片的电阻率在室温下为7.5×1017Ω-m。在又另一个示例中，蓝宝石晶片的电阻率在室温下为1014Ω-m。而且，如上所描述，在一些实施例中，无机晶片120比标准SOI晶片的氧化物层显著更厚。因此，无机晶片120可以提供比标准SOI晶片的氧化物层更好的电隔离。
在一些实施例中，无机晶片120可以通过液体和/或气体形式的蚀刻剂进行化学蚀刻。在一些实施例中，可以通过基于酸的蚀刻剂蚀刻无机晶片120。在一个示例中，无机晶片120可以是玻璃或熔融石英晶片，其可以被包含氢氟酸(HF)的蚀刻剂蚀刻。在另一个示例中，无机晶片120可以是蓝宝石晶片，其可以被包含磷酸(H3PO4)的蚀刻剂蚀刻。应当理解，为了确保化学蚀刻的选择性使得结合到无机晶片120的半导体晶片110不会显著地受到化学蚀刻的影响，可以用以第一速率蚀刻无机晶片120且以第二速率蚀刻半导体晶片110的蚀刻剂执行化学蚀刻，其中第一速率是第二速率的至少10倍，诸如第二速率的10倍，第二速率的20倍，第二速率的50倍，第二速率的100倍，第二速率的200倍，第二速率的500倍，第二速率的1,000倍，第二速率的5,000倍，第二速率的10,000倍，第二速率的100,000倍，由这些值中的任何值限制在下端的任何范围，或由这些值中的任何两个定义的任何范围。
在一些实施例中，半导体晶片110和无机晶片120通过各种方法结合，诸如共价结合、阳极结合或粘合剂结合，仅举几个例子。对于共价结合，清洁和加热半导体晶片110和无机晶片120以在半导体晶片110和无机晶片120的界面130处产生范德华结合。对于阳极结合，半导体晶片110和无机晶片120被清洁、加热、并暴露在足够强大的静电场中。对于粘合剂结合，清洁半导体晶片110和无机晶片120，并且在将成为界面130的部分或全部的位置处将粘合剂施加到半导体晶片110和无机晶片120中的一个或两个上。
在一些实施例中，半导体晶片110可以使用范德华结合可移除地结合到无机晶片120，诸如美国专利公开第2014/0170378号所公开的，该文献通过引用整体并入本文。如本文所用，如果在施加足够的分离力时结合的晶片可以去结合而不会引起晶片的灾难性损伤(例如，破裂)，则结合是可移除的。范德华结合通常包括将半导体晶片110的表面设置在无机晶片120的结合表面上并且升高制品的温度，然后将制品冷却至室温。结果是制品和载体可移除地结合在一起，使得半导体晶片110和无机晶片120可以容易地彼此移除而不损伤任一晶片。在一些实施例中，半导体晶片110和/或无机晶片120的界面表面可以在范德华结合之前被改性。例如，碳质表面改性层可以沉积在半导体晶片110和/或无机晶片120的界面表面上，然后极性基团可以与表面改性层结合，如美国专利公开第2017/0036419号所公开的，该文献通过引用整体并入本文。
在一个工作示例中，半导体晶片110可以是硅晶片，无机晶片120可以是含碱的铝硼硅酸盐玻璃。硅晶片和玻璃晶片具有类似的热膨胀系数用于阳极结合。在该实施例中，首先通过标准的美国无线电公司(RCA)清洁程序清洁硅晶片和玻璃晶片两者。然后使两个晶片接触，并跨硅晶片和玻璃晶片施加1750V的电势，其中硅晶片作为阳极，玻璃晶片作为阴极。该过程在575℃下在真空中被执行持续20分钟。随后，去除电势并将晶片冷却至室温。
在一些实施例中，可以应用激光钻孔工艺以选择性地在无机晶片中形成损伤轨迹，同时不显著影响结合的半导体晶片。如本文所用，“损伤轨迹”是指通过使用由激光器发射的单个高能脉冲串在基本上透明的晶片(例如无机晶片120)中的微观(例如，直径为100nm至5μm)细长的“孔”(也称为穿孔、导孔或缺陷线)。损伤轨迹的横截面尺寸可以非常小(例如，单微米或更小)，但是相对较长-即它们具有高纵横比。例如，利用激光器和晶片之间的相对运动，可以以几百千赫的速率产生单独的损伤轨迹。多个损伤轨迹可以彼此相邻放置(例如，根据需要，空间分离从亚微米到许多微米变化)。在一些实施例中，损伤轨迹是“通孔”，其是从透明晶片的顶部表面延伸到底部表面的孔或开放通道。在其他实施例中，损伤轨迹不是真正的“通孔”，因为可能存在阻挡损伤轨迹的路径的材料颗粒。因此，虽然损伤轨迹可以从晶片的顶部表面延伸到底部表面，但是在一些实施例中，它不是连续的孔或通道，因为材料的颗粒正在阻挡路径。如本文中所定义的，损伤轨迹的内径是开放通道或气孔的内径。在一些实施例中，损伤轨迹的内径小于500nm，例如，10nm至400nm，10nm至300nm，10nm至200nm，或10nm至100nm。在本文公开的实施例中，围绕孔的材料的破坏的或改性的区域(例如，压实、熔化或以其他方式改变)优选地具有小于50μm的直径，例如1μm至30μm，或1μm至10μm。
在一些实施例中，损伤轨迹可以通过具有光学组件的激光器产生，该光学组件在对激光束的波长透明的晶片中产生延伸聚焦(例如，焦线或多个焦点)。在一些实施例中，延伸聚焦是沿着光束传播方向并且出现在无机晶片120内的一系列焦点(例如，2、3、4或5个焦点)。如图7所示，可以通过将高斯激光束720发送到轴锥透镜710来执行延伸聚焦732的生成，在这种情况下，产生称为高斯-贝塞尔光束730的光束轮廓。与高斯光束720相比，这样的光束730衍射得慢得多(例如，可以保持数百微米或毫米(而不是几十微米或更小)的范围的单微米光斑尺寸)。光束可据称为具有延伸聚焦，如果光束光斑直径(在光束首次减小到其峰值强度的1/e^2处的径向尺寸)在穿过超过相同光斑直径的典型高斯光束的瑞利长度十倍的长度时增加小于2的平方根的话。因此，与透明晶片的强烈相互作用的焦深或长度可以比当单独使用高斯光束720时大得多。应当理解，也可以使用其他形式或缓慢衍射或非衍射的光束，诸如艾里(Airy)光束、韦伯(Weber)光束或马蒂厄(Mathieu)光束。当在该波长下每毫米晶片深度的吸收小于20％，小于10％，小于5％，小于3％，或优选小于1％时，晶片对激光波长基本上是透明的。例如，在该波长下每毫米晶片深度的吸收为0.01％至0.1％，0.01％至0.5％或0.01％至1％。使用强激光和线聚焦允许每个激光脉冲同时地损伤、烧蚀或以其他方式修改晶片中的长(例如100-1000μm)损伤轨迹。该损伤轨迹可以容易地延伸穿过晶片的整个厚度。因此，即使单个脉冲或脉冲串也可以穿过无机衬底的深度产生完全损伤轨迹，并且不需要冲击钻孔。<0}
在一些实施例中，图8示出了包括轴锥透镜710和诸如聚焦透镜之类的附加光学元件712的光学组件。轴锥透镜710和附加光学元件712垂直于光束方向定位并居中于高斯激光束720。因此，光学组件产生在晶片810的整个厚度上延伸的焦线732，该晶片810对激光束720的波长是透明的。在一些实施例中，焦线732可以具有在0.1mm和10mm之间的范围内的长度，诸如1mm，2mm，3mm，4mm，5mm，6mm，7mm，8mm或9mm，或者在0.1mm和1mm之间的范围内的长度，或由这些值中的任何两个值限定的任何范围，以及在0.1μm和5μm之间的范围内的平均光斑直径。
在一些实施例中，如图9中所示，可以通过破坏对激光波长不透明的结合晶片910(例如，半导体晶片110)中的焦线732的形成来实现仅在对激光波长透明的晶片810中选择性地产生损伤轨迹。不透明晶片910可以反射、吸收、散射、散焦或以其他方式干扰入射激光束730，以抑制或防止激光束730损伤或以其他方式修改不透明晶片910。
在一些实施例中，图2示出了在图1的无机晶片120中形成损伤轨迹112。在结合之后，激光器(未示出)将特定波长的光发射到结合的半导体和无机晶片110、120，以在无机晶片120中形成损伤轨迹112。损伤轨迹112不延伸到半导体晶片110中。换句话说，激光束不显著影响界面130处的半导体晶片110的表面。在一些实施例中，激光束不会在半导体晶片110中产生深度大于10um(例如不深于1微米)的任何标记。在一些实施例中，即使由激光束引起半导体晶片110的表面上的某些损伤，该损伤也很小以至于在随后的蚀刻步骤期间它们不会形成凹坑。如图2所示，每个损伤轨迹112终止于界面130处。也就是说，损伤轨迹112在厚度方向上从无机晶片120的顶部表面延伸到底部表面。应当理解，在一些实施例中，损伤轨迹112中的至少一个终止于无机晶片120内。换句话说，损伤轨迹112不完全延伸到在界面130处的无机晶片120的表面。在一个示例中，至少一个损伤轨迹112终止于无机晶片内，比通过化学蚀刻扩大的对应的孔的半径更接近界面130。也就是说，即使损伤轨迹112可能不延伸到在界面130处的无机晶片120的表面，但通过随后对损伤轨迹112应用化学蚀刻，损伤轨迹112的深度增加，使得对应的孔仍然可以被形成穿过无机晶片120，即延伸到在界面130处的无机晶片120的表面。在一些实施例中，可能存在堵塞损伤轨迹112的无机材料区域，但是它们通常尺寸较小，例如大约为微米，并且因此可以通过随后的化学蚀刻工艺去除。
在一些实施例中，损伤轨迹112通常采用具有内部尺寸在0.1μm至2μm范围内(例如，从0.1μm至1.5μm)的孔的形式。优选地，由激光钻孔形成的损伤轨迹112在尺寸上非常小(例如，单微米或更小)。在一些实施例中，损伤轨迹112的直径为0.2μm至0.7μm。如上所描述，在一些实施例中，损伤轨迹112可以不是连续的孔或通道。损伤轨迹112的直径可以是5μm或更小，4μm或更小，3μm或更小，2μm或更小，或1μm或更小，或由这些值中的任何两个值限定的任何范围。在一些实施例中，损伤轨迹112的直径可以在100nm至2μm，或100nm至0.5μm的范围内。可以使用光学显微镜测量损伤轨迹112的直径。
在一些实施例中，损伤轨迹112之间的横向间隔(节距)由激光器的脉冲或脉冲串重复率确定。当形成损伤轨迹112时，相邻损伤轨迹112之间的距离或周期性可取决于通孔(即，在蚀刻工艺之后形成的孔)的期望图案。例如，在一些实施例中，损伤轨迹112(以及在蚀刻之后由其形成的所得到的通孔)的期望图案是不规则间隔的非周期性图案。它们需要在迹线将被放置在中介层上的位置或者将要放置在中介层上的到芯片的特定电连接的位置。在一些实施例中，损伤轨迹112可使相邻损伤轨迹112之间的间隔为10μm或更大，20μm或更大，30μm或更大，40μm或更大，50μm或更大，或由这些值中的任何两个值定义的任何范围。在一些实施例中，间隔可以高达20mm。在一些实施例中，间隔可以为50μm至500μm，或10μm至50μm。
在一些实施例中，用于产生损伤轨迹112的激光器包括Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:KGW、或Ti:蓝宝石激光器，具有基波波长或谐波，包括例如257nm，266nm，343nm，355nm，515nm，530nm，532nm，1030nm和1064nm。在一些实施例中，激光器是非常高的脉冲能量短脉冲激光器(例如，小于10皮秒的脉冲宽度，大约50至500uJ/串)。许多短脉冲激光器允许称为“串”脉冲模式的操作模式。“串”脉冲是在时间上紧密间隔(例如，20纳秒)的脉冲序列，而每个“串”之间的时间可以更长，诸如10微秒。由于这种激光器的增益介质具有可以在短时间尺度内提取的固定量的能量，因此通常串内的总能量是守恒的，即如果激光器以恒定频率操作，则在两脉冲串内的总能量将与在六脉冲串内的总能量相同。每个脉冲聚焦成一条线，并且通过非线性吸收的过程在无机晶片120内产生损伤轨迹112。在该实施例中，无机晶片120对辐射基本上是透明的(通常每毫米<10％吸收)，否则，能量将在无机晶片120的表面处或附近被吸收，并且不会到达界面130。
在一些实施例中，本文描述的这种短脉冲激光器的操作产生脉冲的“串”。每个“串”(本文也称为“脉冲串”)含有多个非常短持续时间的单独脉冲(诸如至少2个脉冲、至少3个脉冲、至少4个脉冲、至少5个脉冲、至少10个脉冲、至少15个脉冲、至少20个脉冲或更多个脉冲)。即，脉冲串是一“包”脉冲，并且这些脉冲串彼此之间通过比每个脉冲串内各个相邻脉冲的间隔长的持续时间间隔开。脉冲具有高达100皮秒(例如，0.1皮秒、5皮秒、10皮秒、15皮秒、18皮秒、20皮秒、22皮秒、25皮秒、30皮秒、50皮秒、75皮秒或由这些值中的任何两个值定义的任何范围)的脉冲持续时间。串内的每一单独脉冲的能量或强度可以不等于串内的其他脉冲的能量或强度，且串内的多个脉冲的强度分布通常遵循由激光设计所决定的时间上的指数衰减。优选地，本文所述的示例性实施例的串内的每个脉冲通过从1纳秒至50纳秒(例如10-50纳秒，或10-30纳秒，其中时间通常由激光腔设计所决定)的持续时间在时间上与该串中的后续脉冲间隔开。对于给定的激光器，串内的每个脉冲之间的时间间隔(脉冲至脉冲间隔)是相对均匀的(例如：±10％)。例如，在一些实施例中，串内的每个脉冲在时间上与后续脉冲间隔大约20纳秒(50MHz)。例如，对于产生20纳秒的脉冲间隔的激光器，脉冲串内的脉冲到脉冲间隔保持在±10％内，或为±2纳秒。脉冲的每个“串”之间的时间(即，在串之间的时间间隔)将长得多(例如，0.25-1000毫秒，例如1-10微秒，或3-8微秒)。在本文描述的激光器的示例性实施例的一些实施例中，对于具有200kHz的串重复率或频率的激光器，时间间隔约为5微秒。激光串重复率(本文也被称为串重复频率)被定义为串中的第一脉冲至后续串中的第一脉冲之间的时间。在一些实施例中，串重复频率可以处于1kHz与4MHz之间的范围内。更优选地，激光串重复率可以例如在10kHz与650kHz之间的范围内。从每个串中的第一脉冲到后续串中的第一脉冲之间的时间可以是0.25微秒(4MHz串重复率)到1,000微秒(1kHz串重复率)，例如0.5微秒(2MHz串重复率)至40微秒(25kHz串重复率)，或2微秒(500kHz串重复率)至20微秒(50k Hz串重复率)。确切时序、脉冲持续时间以及串重复率可取决于激光设计而改变，但高强度的短脉冲(小于20皮秒并且优选地小于15皮秒)已示出尤其良好地工作。
在一些实施例中，可以根据串能量-串内包含的能量，或者根据单个激光脉冲内包含的能量来描述修改无机晶片120所需的能量。每个串的能量可为25μJ至750μJ，更优选50μJ至500μJ、或50μJ至250μJ。在一些实施例中，每个串的能量是100μJ-250μJ。脉冲串内的单独脉冲的能量将较小，且确切的单独激光脉冲能量将取决于脉冲串内的脉冲的数量及激光脉冲随时间的衰减速率(例如指数衰减速率)。例如，对于恒定能量串，如果脉冲串含有10个单独的激光脉冲，则每个单独的激光脉冲将含有比如果同一脉冲串仅具有两个单独的激光脉冲更小的能量。
使用能够生成这种脉冲串的激光有利于在无机晶片120(例如玻璃晶片)中产生损伤轨迹112。与使用在时间上由单脉冲激光器的重复率间隔开的单脉冲相比，使用脉冲串序列(其使激光能量分布于串内的快速脉冲序列上)允许获得与无机晶片120的高强度相互作用的更大的时间尺度(与利用单脉冲激光器可能获得的时间尺度相比)。虽然单脉冲可以在时间上扩展，但若这样做，脉冲内的强度必须下降大致脉冲宽度分之一。这种降低可以使光学强度降低到其中非线性吸收不再是显著的并且光材料相互作用不再强到足以允许钻孔的点。相反，对于脉冲串激光器，串内的每个脉冲期间的强度可以保持非常高。
在一些实施例中，通过化学蚀刻扩大由激光钻孔形成的损伤轨迹以形成通孔。使用化学蚀刻来扩大损伤轨迹以形成通孔可以具有许多益处：1)化学蚀刻可以将损伤轨迹从太小而不能实际金属化并用于中介层的尺寸(例如1μm)改变到更方便的尺寸(例如4μm或更高)；2)蚀刻可以采取可能从非连续孔或仅穿过晶片的损伤轨迹开始并将其蚀刻出来以形成连续的通孔；3)蚀刻是高度并行的过程，其中晶片中的所有损伤轨迹同时被扩大，这比如果激光器必须重新进入孔并钻出更多晶片材料以扩大它的将发生的情况快得多；以及4)蚀刻帮助钝化损伤轨迹内的任何边缘或小裂缝，从而提高晶片的整体强度和可靠性。
在一些实施例中，图3图示了扩大图2的损伤轨迹112以形成通过无机晶片120的孔114。每个孔114终止于半导体晶片110和无机晶片120之间的界面130处。在图3中，界面130是由未去除的通过孔114外推的无机晶片120的部分限定的平面或弯曲表面。每个孔114的在与界面相对的表面处的直径可以是4μm至100μm，诸如5μm至80μm、10μm至50μm、或15μm至30μm。如图3所示，在一些实施例中，每个孔114的横截面可以是梯形或沙漏形。每个孔114可以包括在未结合到半导体晶片110的表面中的第一开口，在界面130处的表面中的第二开口，以及第一开口和第二开口之间的腰部。在一些实施例中，每个孔114的腰部的直径是孔114的第一开口和/或第二开口的直径的50％至100％。
因为在半导体晶片110已经结合到无机晶片120之后执行化学蚀刻，所以在蚀刻期间，界面130处的无机晶片120的表面区域的显著部分被半导体晶片110的相对表面覆盖，并且在化学蚀刻期间将不会被暴露于蚀刻剂。因此，可以实现界面130处的无机晶片120的相对光滑的表面，其平均表面粗糙度(Ra)小于1nm、小于0.3nm或小于0.2nm。在一些实施例中，平均表面粗糙度(Ra)为0.1nm至1nm、0.1nm至0.3nm或0.1nm至0.2nm。如本文所用，平均表面粗糙度Ra在100μm×100μm尺寸的区域上测量，并且定义为局部表面高度与平均表面高度之间的差的算术平均值，并且可以通过以下等式描述：
其中yi是相对于平均表面高度的局部表面高度。平均表面粗糙度Ra可以使用原子力显微镜(AFM)来测量，例如可从Veeco获得的Dimension Icon。可以实现较低的平均表面粗糙度(Ra)，仅受半导体和玻璃加工可实现的平滑度的限制。在无机晶片120是铝硼硅酸盐玻璃的一些实施例中，界面130具有熔融形成的玻璃的特性，其平均表面粗糙度(Ra)小于1nm并且在外表面附近没有锡(Sn)的浓度，或来自抛光的标记，这是浮法形成的玻璃片的常见标志。相反，在结合两个晶片之前通过形成孔而制成的任何类似制品将具有通过蚀刻使无机晶片的结合表面粗糙化的问题。
如上所描述，在无机晶片120是铝硼硅酸盐玻璃或熔融石英晶片的一些实施例中，含HF的酸蚀刻剂可用于选择性地扩大无机晶片120中的损伤轨迹112，而不显著蚀刻半导体晶片110。在一个工作示例中，在室温下使用具有5％体积HF和10％体积HNO3的蚀刻剂，进行超声混合以增强蚀刻剂向孔114中的扩散。这可以导致玻璃晶片的蚀刻去除速率为0.5μm/min。另一方面，暴露于HF水基蚀刻剂不会非常快地侵蚀半导体晶片110，例如硅晶片，因为HF更容易攻击Si-O键。如果在蚀刻剂中仅存在低水平的HNO3(或根本不存在)，则尤其如此，因为HNO3可以充当Si的表面的氧化剂，这允许HF更容易通过Si-O-Si键攻击Si。因此，HF蚀刻剂将快得多地侵蚀玻璃或熔融石英，而硅晶片将保持相对不受影响。
在无机晶片120是蓝宝石晶片的一些实施例中，含H3PO4的酸蚀刻剂可用于选择性地扩大无机晶片120中的损伤轨迹112，而不显著蚀刻半导体晶片110。在一个工作示例中，在160℃下使用具有50％体积H 3PO4和50％体积H2SO4的蚀刻剂来用于扩大穿过蓝宝石晶片的孔114。
一旦孔114达到期望的尺寸和图案，就形成所得到的制品100，其包括结合到无机晶片120的半导体晶片110，通过该无机晶片120形成孔114。孔114终止于半导体晶片110和无机晶片120之间的界面130处。如上所描述，半导体晶片110对对于无机晶片120透明的光波长是不透明的。该波长可以是Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:KGW、和Ti:蓝宝石激光器的基波波长或谐波，诸如257nm、266nm、343nm、355nm、515nm、530nm、532nm、1030nm或1064nm。在一些实施例中，无机晶片120的厚度为10μm至1mm，诸如50μm至250μm，或50μm至100μm。在一些实施例中，半导体晶片110是裸晶片，没有在半导体晶片110上或半导体晶片110中形成任何器件部件。
另外或可选地，在一些实施例中，孔114被金属化。在一些实施例中，图4示出了金属化图3的孔114的表面。孔114的表面可以例如通过金属化被涂覆和/或填充有导电材料116，以便形成由无机晶片120制成的中介层部分。金属或导电材料可以是例如铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、锡(Sn)、氧化铟锡(ITO)或它们的组合或合金。用于使孔114的表面金属化的过程可以是例如电镀、电解电镀、物理气相沉积或其他蒸发涂覆方法。孔114还可以具有包含玻璃料的导电膏，并且在将玻璃料引入孔114之后通过使用烧结工艺实现期望的功能。孔114还可以涂覆有催化材料，诸如铂(Pt)、钯(Pd)、二氧化钛(TiO2)或促进孔114内的化学反应的其他材料。替代地，孔114可以涂覆有其他化学官能化，以便改变表面润湿性质或允许生物分子的附着，并用于生化分析。这种化学官能化可以是孔114表面的硅烷化，和/或旨在促进生物分子附着以用于期望应用的特定蛋白质、抗体或其他生物学特异性分子的额外附着。应当理解，在一些实施例中，导电材料116不仅在孔114的表面上形成层，而且填充有整个孔114以实现较低的电阻。
图5示出了具有结合到无机晶片120的半导体晶片110的制品100的平面图。孔114穿过无机晶片120被形成并以图案排列。可以根据制品100的应用来预定义图案，并且可以通过如上详细描述的激光钻孔和化学蚀刻工艺来并行地快速形成孔114。例如，在一些实施例中，孔114的期望图案是不规则间隔的非周期图案。它们需要在迹线将被放置在中介层上的位置或者将要放置在中介层上的到芯片的特定电连接的位置。
图11描绘了穿过结合到硅晶片的玻璃晶片形成的孔的平面图图像。每个孔的直径为11μm。在这个示例中，结合的硅和玻璃晶片首先用激光钻孔，该激光的波长为532nm、焦线长度约为0.5mm、焦斑直径为1.2μm、且激光串脉冲能量在40-100uJ范围内。在这个示例中，使用的蚀刻剂是在20℃下的5％体积HF和10％体积HNO3，并且经超声波混合。这导致玻璃的蚀刻去除速率为～0.5μm/min。没有测量到硅晶片的可检测的变薄，同时玻璃晶片变薄，并且孔扩大了数十微米，精确的量取决于精确的化学蚀刻时间。图12描绘了除了较长的化学蚀刻时间外在与图11相同的条件下穿过结合到硅晶片的玻璃晶片形成的孔的另一个平面图图像。每个孔的直径为17.5μm。
图13描绘了穿过结合到硅晶片1320的玻璃晶片1310形成的孔的侧面图图像。玻璃晶片1310和硅晶片1320的厚度分别为80μm和700μm。玻璃盖1330附接到玻璃晶片1310，以仅有助于抛光边缘轮廓。在玻璃晶片1310和硅晶片1320之间的界面处没有发现由激光钻孔和/或化学蚀刻引起的硅晶片1320表面损坏的迹象。
图3至图5的制品100可以用作用于与利用半导体晶片110和/或无机晶片120形成的其他器件的物理、光学和/或电连接的中介层。在一些实施例中，图6示出了利用图3至图5的制品100形成的器件600的侧视图。在半导体晶片110上形成一个或多个附加层610，诸如但不限于金属层、外延层、绝缘层等。器件部件612形成在附加层610和半导体晶片110上或中。在一些实施例中，也可以在无机晶片120上形成一个或多个附加层620。器件部件622可以形成在附加层620和无机晶片120上或中。器件部件612、622可以包括例如微电子器件的有源器件部件(例如二极管、晶体管等)和无源器件部件(例如电阻器、电容器等)、RF器件的RF器件部件(例如，传输线、谐振器等)、光电器件的光电器件部件(例如波导、透镜、镜子等)和MEMS器件的MEMS器件部件(例如隔膜、悬臂、空腔等)。
在一些实施例中，制品100的不同侧上的器件部件612、622可以通过穿过半导体晶片110和无机晶片120的过孔614物理、光学和/或电连接。每个过孔614包括如图4和图5中所示的穿过无机晶片120的孔114和穿过半导体晶片110的连接到对应孔114的另一个孔。在半导体晶片110是硅晶片的一些实施例中，可以在硅晶片中形成硅通孔(TSV)以与穿过制品100中的无机晶片120的现有孔114连接。
图10示出了对应于图1至图4中所图示的过程的示例性过程流程图。该过程可以包括其他步骤，或者可以包括少于其他示例中所示的所有步骤。如图所示，该过程从结合的步骤1010开始。半导体晶片110例如通过阳极结合与无机晶片120结合。在结合之后，在步骤1020，使用发射特定光波长的激光在无机晶片120中形成(多个)损伤轨迹112。半导体晶片110对该光波长是不透明的，而无机晶片120对该光波长是透明的。在步骤1030，无机晶片120中的(多个)损伤轨迹112通过化学蚀刻被扩大以形成穿过无机晶片120的(多个)孔114。(多个)孔114终止于半导体晶片110和无机晶片120之间的界面130处。另外或任选地，在步骤1040，穿过无机晶片120的(多个)孔114被金属化。
应当理解，具体实施部分而不是发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述(多个)发明人所预期的本公开的一个或多个但不是所有示例性实施例，并且因此不旨在以任何方式限制本公开和所附的权利要求。
上面已经借助于示出特定功能及其关系的实现的功能构建块描述了本公开。为了便于描述，本文任意定义了这些功能构建块的边界。可以定义替代边界，只要适当地执行指定的功能及其关系即可。
具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本公开的一般性质，以至于其他人可以通过应用本领域技术内的知识就容易地修改和/或改变诸如这些具体实施例之类的各种应用，而无需过度实验，而不背离本公开的一般概念。因此，基于本文展现的教导教示和指导，这些改编和修改旨在落入所公开实施例的等同物的含义和范围内。应理解，本文中的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教示和指导来解释。
本公开的宽度和范围不应该受到上面描述的示例性实施例中的任何一个的限制，而应该只根据下面的权利要求和它们的等效物进行定义。

Claims (38)

1.一种过程，包括：
使用发射光波长的激光在结合到半导体晶片的无机晶片中形成损伤轨迹，其中所述半导体对所述光波长是不透明的，并且所述无机晶片对所述光波长是透明的；以及
通过蚀刻扩大所述无机晶片中的所述损伤轨迹以形成穿过所述无机晶片的孔，所述孔终止于所述半导体晶片和所述无机晶片之间的界面处。
2.根据权利要求1所述的过程，其中所述半导体晶片是裸半导体晶片。
3.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述半导体晶片是硅晶片。
4.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中利用蚀刻剂执行所述蚀刻，所述蚀刻剂以第一速率蚀刻所述无机晶片并且以第二速率蚀刻所述半导体晶片，并且所述第一速率是所述第二速率的至少10倍。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述无机晶片在室温下具有至少105Ω-m的电阻率，并且在室温下针对0.5mm的厚度具有至少1kV的击穿电压。
6.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述无机晶片由选自由铝-硼硅酸盐玻璃、熔融石英和蓝宝石组成的组中的材料制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述无机晶片的厚度为10μm至1mm。
8.根据权利要求7所述的过程，其中所述无机晶片的厚度为50μm至250μm。
9.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述损伤轨迹终止于所述界面处。
10.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述损伤轨迹在到达所述界面之前终止于所述无机晶片内。
11.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述激光通过产生延伸聚焦的光学器件来发送，并且所述延伸聚焦在所述无机晶片中形成所述损伤轨迹。
12.根据权利要求11所述的过程，其中所述延伸聚焦包括：
焦线，和
多个焦点。
13.根据权利要求12所述的过程，其中所述半导体晶片对由所述激光发射的所述光波长足够不透明以破坏所述延伸聚焦。
14.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述激光是短脉冲激光。
15.根据权利要求14所述的过程，其中所述激光是串脉冲激光。
16.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述光波长选自由257nm、266nm、343nm、355nm、515nm、530nm、532nm、1030nm和1064nm组成的组。
17.根据前述权利要求中任一项所述的过程，还包括通过阳极结合将所述半导体晶片结合到所述无机晶片。
18.根据前述权利要求中任一项所述的过程，还包括将所述半导体晶片结合到所述无机晶片，其中结合包括形成到所述半导体晶片和所述无机晶片中的至少一个的表面改性层。
19.根据前述权利要求中任一项所述的过程，还包括：
金属化所述孔。
20.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中所述孔在所述无机晶片的相对于所述界面的表面处的直径为4μm至100μm。
21.根据前述权利要求中任一项所述的过程，其中在所述界面处的所述无机晶片的平均表面粗糙度(Ra)小于1nm。
22.一种制品，包括：
结合到无机晶片的半导体晶片，其中所述半导体晶片对对于所述无机晶片透明的光波长是不透明的，
所述无机晶片，具有穿过其形成的孔，所述孔终止于所述半导体晶片和所述无机晶片之间的界面处。
23.根据权利要求22所述的制品，其中所述半导体晶片是裸半导体晶片。
24.根据权利要求22或23所述的制品，其中所述半导体晶片是硅晶片。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的制品，其中所述无机晶片在室温下具有至少105Ω-m的电阻率，并且在室温下针对0.5mm的厚度具有至少1kV的击穿电压。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的制品，其中所述无机晶片由选自由铝-硼硅酸盐玻璃、熔融石英和蓝宝石组成的组中的材料制成。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的制品，其中所述无机晶片的厚度为10μm至1mm。
28.根据权利要求27所述的制品，其中所述无机晶片的厚度为50μm至250μm。
29.根据权利要求22至28中任一项所述的制品，其中所述孔被金属化。
30.根据权利要求29所述的制品，其中所述孔在所述无机晶片的相对于所述界面的表面处的直径为4μm至100μm。
31.根据权利要求22至30中任一项所述的制品，其中在所述界面处的所述无机晶片的平均表面粗糙度(Ra)小于1nm。
32.根据权利要求22至31中任一项所述的制品，其中所述半导体晶片能移除地结合到所述无机晶片。
33.一种器件，包括：
结合到无机晶片的半导体晶片；和
在所述半导体晶片和所述无机晶片中的至少一个上形成的一个或多个器件部件，
其中所述半导体晶片对对于所述无机晶片透明的光波长是不透明的，并且
其中所述无机晶片具有穿过其形成的并且终止于所述半导体晶片和所述无机晶片之间的界面处的第一孔。
34.根据权利要求33所述的器件，其中所述第一孔被金属化。
35.根据权利要求33或34所述的器件，其中所述一个或多个器件部件中的每个选自由微电子器件部件、射频(RF)器件部件、光电器件部件、微机电系统(MEMS)器件部件和生物传感器器件部件组成的组。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的器件，其中所述半导体晶片具有穿过其形成的第二孔，并且所述第二孔在所述半导体晶片与所述无机晶片之间的界面处与所述第一孔对准。
37.根据权利要求36所述的器件，其中所述一个或多个器件部件形成于所述半导体晶片和所述无机晶片两者上。
38.根据权利要求37所述的器件，其中形成在所述半导体晶片上的所述一个或多个器件部件和形成在所述无机晶片上的所述一个或多个器件部件经由所述第一孔和所述第二孔彼此连接。
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