TWI802644B - 包含金屬化穿孔的製品 - Google Patents

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Abstract

一種製品包括晶圓，晶圓具有主體，該主體界定第一表面和第二表面。晶圓界定穿孔，穿孔具有穿孔表面，穿孔表面在第一表面和第二表面之間透過主體而延伸。黏著層位於穿孔表面上。穿孔表面的至少一部分沒有黏著層。金屬元件位於穿孔內並自第一表面延伸至第二表面。

Description

包含金屬化穿孔的製品
本申請主張2018年1月29日提交的美國臨時申請案號62/623,072的優先權，其內容依賴於此並透過引用將其整體併入本文。
本案係關於穿過製品的穿孔，更特定言之，係關於穿過製品的金屬化穿孔。
通孔連接可實現基於薄矽穿孔（TSV）和基於薄玻璃穿孔（TGV）的技術，該等技術提供高封裝密度、減少信號路徑、寬信號帶寬、降低封裝成本和小型化系統。可用於以銅填充穿孔的習知處理包括膏填充處理和電鍍處理。
膏處理包括以含有銅和合適的黏合劑的漿填充穿孔，接著高溫固化。高溫固化存在破壞或彎曲TSV或TGV穿過而形成的薄基板的風險。此外，需要管理漿的熱膨脹係數（CTE），因為漿和基板之間的CTE不匹配可能在高溫固化期間損壞漿及/或基板。
填充TSVs或TGVs的習知電鍍處理需要沉積阻絕層和導電種子層，以促進金屬的電沉積。必須將導電種子層均勻地施加到整個穿孔以形成可接受的金屬化穿孔。在穿孔的習知電沉積中，穿孔的不具有種子層或沒有種子層的表面傾向於在金屬中產生空隙，這是由於缺少電沉積金屬的導電表面。TSV或TGV的金屬中的空隙通常使TSV或TGV不可用。
電沉積後在穿孔內固定金屬也是具有挑戰性的。穿孔的後形成處理可能導致穿孔內的金屬，由於作用金屬的機械力及/或由於金屬和基板之間的CTE不匹配所產生的應力，而脫落或損壞。
因此，金屬化穿孔和將金屬固定在穿孔內的新方法可能是有利的。
根據本文的至少一個特徵，一種製品，包括晶圓，該晶圓具有主體，該主體界定第一表面和第二表面。該晶圓界定穿孔，該穿孔具有穿孔表面，該穿孔表面在該第一表面和該第二表面之間透過該主體而延伸。一黏著層，該黏著層位於該穿孔表面上。該穿孔表面的至少一部分沒有該黏著層。一金屬元件，該金屬元件位於該穿孔內並自該第一表面延伸至該第二表面。
根據本文的另一特徵，一種玻璃製品包括晶圓，該晶圓具有主體，該主體界定第一表面和第二表面。該晶圓界定穿孔，該穿孔具有穿孔表面，該穿孔表面在該第一表面和該第二表面之間透過該主體而延伸。一黏著層，該黏著層位於該穿孔表面上。該黏著層以不連續的方式設置在該穿孔表面上。一金屬元件，該金屬元件位於該穿孔內並自該第一表面延伸至該第二表面。
根據本文的另一特徵，一種形成金屬化製品的方法，包括以下步驟：透過玻璃晶圓的主體形成穿孔，使得該穿孔具有穿孔表面；將黏著層施加到該穿孔表面，使得該穿孔表面的一部分沒有該黏著層；及在該穿孔內沉積金屬，該金屬與該穿孔表面和該黏著層接觸。
通過參照以下說明書、申請專利範圍、和隨附圖式，本領域具有通常知識者將進一步理解和領會本文的該等和其他特徵、優點、和目的。
本發明的附加特徵和優點將在以下的實施方式中闡述，並且對於所屬技術領域具有通常知識者來說將從描述中而為顯而易見的，或者會透過如以下描述中所描述的來實施本發明，連同申請專利範圍和隨附圖式而認識。
如本文所使用的，用語「及/或」，在用於兩個或更多個項目的清單中時，意謂著所列項目中的任何一個可以單獨使用，或者所列項目中的兩個或更多個的任何組合可以被使用。例如，若組合物被描述為含有成分A、B、及/或C，則該組合物可以僅含有A；僅含有B；僅含有C；A和B組合；A和C組合；B和C組合；或A、B、和C組合使用。
在本文中，關係的用語，例如第一和第二、頂部和底部等，僅用於將一個實體或動作與另一個實體或動作區分開來，而不一定要求或暗示該等實體或動作之間的任何實際的這種關係或是順序。
本領域具有通常知識者將理解，所描述的揭示內容的構造和其他元件不限於任何特定材料。除非本文另有說明，否則本文揭示的揭示的其他範例實施例可以由廣泛多樣的材料形成。
出於本文之目的，用語「耦接（coupled）」（以其所有形式：耦接（couple），耦接（coupling），耦接（coupled）等）通常意謂兩個元件（電子或機械）彼此直接或間接地連接。這種連接可以是本質上是固定的或者本質上是可移動的。這種連接可以透過以兩個元件（電子或機械）及任何另外的中間構件彼此或者與該兩個元件一體地形成為單個整體而達成。除非另有說明，這種連接可以本質上是永久性的，或者可以本質上是可移除的或可釋放的。
如本文所用，用語「約」是指數量、尺寸、公式、參數、和其他數量和特性不是且不必是精確的，但可以根據需要為近似及/或更大或更小的，以反映公差、轉換因子、四捨五入、量測誤差等，以及本領域具有通常知識者已知的其他因素。當用語「約」用於描述範圍的值或端點時，應將本文理解為包括所指的具體值或端點。無論說明書中的範圍的數值或端點是否記載了「約」，範圍的數值或端點旨在包括兩個實施例：一個由「約」修飾，一個未由「約」修飾。將進一步理解，每個範圍的端點相對於另一個端點兩者都是重要的，並且獨立於另一個端點。
本文使用的用語「實質上」、「基本上」及其變化旨在標註所描述的特徵等於或近似等於值或描述。例如，「基本上平面的」表面旨在表示表面是平面或近似平面。此外，「基本上」旨在表示兩個值相等或近似相等。在一些實施例中，「基本上」可以表示彼此約10％內的值。
現參照至第1圖，描繪了包括晶圓14的製品10，晶圓14具有主體18，主體18界定第一表面22和第二表面26。晶圓14界定穿孔30，穿孔30具有穿孔表面34，穿孔表面34在第一表面22和第二表面26之間延伸穿過主體18。黏著層38位於穿孔表面34上。根據各種範例，穿孔表面34的至少一部分42沒有黏著層38。換句話說，沒有黏著層38的部分42不與黏著層38接觸。金屬元件46定位在穿孔30內並且在穿孔30內從第一表面22延伸到第二表面26。當金屬元件46位於穿孔30內時，製品10可以被稱為金屬化製品10，或者穿孔30可以被稱為金屬化穿孔30。
現參照第2圖，晶圓14具有主體18，主體18界定第一表面22和第二表面26。應理解，晶圓14及/或主體18可以進一步界定沿著其邊緣定位的一或多個次表面。晶圓14可以是基本上平面的片，儘管製品10的其他範例可以使用彎曲的或其他形狀或經造形的晶圓14。此外，晶圓14的厚度、寬度、及/或長度可以在晶圓14上變化，而不背離本文提供的教示。
根據各種範例，晶圓14可以由電絕緣材料組成。例如，晶圓14可以由玻璃材料、玻璃陶瓷材料、陶瓷材料、矽基半導體材料、聚合材料、及/或它們的組合所組成。晶圓14的基於玻璃的範例可包括鈉鈣玻璃、浮製玻璃、氟化物玻璃、矽鋁酸玻璃、磷酸玻璃、硼酸玻璃、硼矽酸玻璃、硫族化物玻璃、氧化鋁、具有氧化表面的矽、鹼金屬鋁矽酸玻璃、含鹼硼矽酸玻璃、鹼金屬鋁硼矽酸玻璃（alkali aluminoborosilicate glass）及/或它們的組合。在晶圓14的玻璃範例中，晶圓14可以是強化的（strengthened）或強的（strong）。例如，晶圓14的玻璃範例可以是熱回火的（例如，對於強晶圓14）或具有離子交換區域（例如，用於強化晶圓14）。此外，晶圓14可以包括藍寶石材料。在晶圓14的陶瓷範例中，晶圓14可以至少部分地由氧化鋁、氧化鈹、氧化鈰、氧化鋯氧化物、鋇基陶瓷（例如，BaTiO3 ）及/或其組合組成。此外，晶圓14的陶瓷範例可包括非氧化物陶瓷，例如碳化物、硼化物、氮化物和矽化物。在晶圓14的聚合物範例中，晶圓14可以至少部分地由熱塑性塑膠組成，包括聚苯乙烯（PS）（包括苯乙烯共聚物和共混物）、聚碳酸酯（PC）（包括共聚物和共混物）、聚酯（包括共聚物和共混物，包括聚對苯二甲酸乙二酯和聚對苯二甲酸乙二酯共聚物）、聚烯烴（PO）和環狀聚烯烴（環狀-PO）、聚氯乙烯（PVC）、丙烯酸聚合物、包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（包括共聚物和共混物）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚醚醯亞胺（PEI）和該等聚合物彼此的共混物。其他範例聚合物包括環氧樹脂、苯乙烯樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、矽樹脂及/或其組合。
晶圓14可以是基本上半透明的、清澈的（clear）、透明的（transparent）及/或沒有光散射。例如，晶圓14對於具有波長在約100奈米和約1,200奈米範圍之間，或者在約250奈米到約1,100奈米範圍內的光可以是光學透明的。在一些範例中，光通過晶圓14的傳輸可以取決於光的波長。例如，晶圓14在可見波長帶（例如，從約400nm波長到約700nm波長）上可以是光學不透明或半透明的，而在非可見波長處基本上或完全透射，或反之亦然。
根據各種範例，晶圓14可具有從約50μm到約5mm範圍的厚度（即，從第一表面22到第二表面26所量測的）。晶圓14的範例厚度範圍為自約1μm至約1000μm，或自約100μm至約1000μm或自約100μm至約500μm。例如，晶元14可具有約1μm、約5μm、約10μm、約20μm、約30μm、約40μm、約50μm、約60μm、約70μm、約80μm、約90μm、約100μm、約200μm、約300μm、約400μm、約500μm、約600μm、約700μm、約800μm、約900μm、約1000μm、約2000μm、約3000μm、約4000μm、或約5000μm的厚度。附加地或替代地，出於美觀及/或功能的原因，晶圓14的厚度可以沿著其一個或多個尺寸變化。例如，與晶圓14的更中心區域相比，晶圓14的邊緣可以更厚，或反之亦然。晶圓14的長、寬、和厚度尺寸也可根據製品10的應用或用途而變化。
晶圓14的主體18界定或包括穿孔30。晶圓14可以界定單個穿孔30或者可以限定複數個穿孔30。穿孔30可以界定在晶圓14周圍的預定位置處及/或可以隨機定位。例如，穿孔30可以形成圖案、標記、及/或文字。根據各種範例，穿孔30的圖案可以對應於電路或晶片。穿孔30及/或主體18界定了穿孔表面34，穿孔表面34圍繞穿孔30延伸。穿孔30可以具有不規則的、圓形的、橢圓形的、三角形的、正方形的、矩形的、或更高階的多邊形橫截面形狀。應理解，穿孔30可以具有彼此不同的橫截面形狀而不背離本文提供的教示。當穿孔30延伸穿過晶圓14的主體18時，穿孔30可以具有與主體18的厚度相同的長度。換句話說，穿孔30可具有約1μm、約5μm、約10μm、約20μm、約30μm、約40μm、約50μm、約60μm、約70μm、約80μm、約90μm、約100μm、約200μm、約300μm、約400μm、約500μm、約600μm、約700μm、約800μm、約900μm、約1000μm、約2000μm、約3000μm、約4000μm、或約5000μm的長度。應當理解，在晶圓14的厚度隨位置改變的範例中，穿孔30也可在長度上改變，使得不同的穿孔30具有不同的長度。
穿孔30的橫截面中的直徑或最長長度尺寸可為約1μm至約300μm，或約5μm至約200μm，或約10μm至約100μm。例如，穿孔30可具有約10μm、約20μm、約30μm、約40μm、約50μm、約60μm、約70μm、約80μm、約90μm或約99μm的直徑。應理解，穿孔30的直徑可以在穿孔30的長度上變化。換句話說，穿孔30中的一或多個可以是錐形的。應理解，穿孔30可以具有彼此不同的直徑或不同的錐度。
穿孔30可具有縱橫比（例如，表示為穿孔30的長度與穿孔30的寬度間的比例關係）在約1:1至約30:1、或約2:1至約20:1、或約3:1至約15:1。例如，穿孔30可具有約1:1或更大、約2:1或更大、約3:1或更大、約4:1或更大、約5:1或更大、約6:1或更大、約7:1或更大、約8:1或更大、約9:1或更大、約10:1或更大、約11:1或更大、約12:1或更大、約13:1或更大、約14:1或更大、約15:1或更大、約16:1或更大、約17:1或更大、約18:1或更大、約19:1或更大、約20:1或更大、和所有其中之值的縱橫比。應理解，穿孔30的縱橫比可以彼此不同，或者穿孔30的縱橫比可以是相同的。
根據各種範例，穿孔30中的一或多個可以在第一表面22和第二表面26之間以一角度形成。換句話說，穿孔30的中心軸線可以不與第一表面22和第二表面26正交。在此範例中，穿孔30的中心軸可以與第一表面22和第二表面26的正交軸成約0°至約40°的角度。應理解，穿孔30的角度可以彼此不同或者可以相同。
穿孔30可以以各種方式形成在晶圓14的主體18中。例如，可以透過首先對晶圓14造成雷射損傷接著進行隨後的蝕刻處理來形成穿孔30。在雷射損傷處理期間，脈衝雷射可用於在晶圓14的主體18內形成一或多個損傷通道。能夠在晶圓14中產生損傷通道的範例光學設置描述於2014年1月13日提交的美國申請案No.14/154,525中，其全部內容透過引用併入本文，如同在本文完全闡述一樣。
透過使用脈衝雷射（例如，以貝索光束的形式），可以使用一或多個高能脈衝或一或多個高能脈衝的突發在晶圓14中產生微觀的損傷通道。損傷通道是被雷射修改的晶圓14的材料的區域。由於來自雷射的能量傳遞，雷射誘導的修改破壞了晶圓14材料的結構。結構破壞包括壓實、熔化、材料移除、重排、及/或鍵斷裂（bond scission）。損傷通道延伸到晶圓14的內部並且具有與雷射的橫截面形狀一致的橫截面形狀（例如，大致為圓形）。在損傷通道具有不同形狀的範例中，損傷通道可以在移動或平移晶圓14及/或雷射的同時經由多個脈衝而形成。因此，隨著雷射源和晶圓14之間的相對運動，損傷通道可以彼此相鄰並以任何所需的圖案來放置。
附加地或替代地，可以經由雷射衝擊鑽孔而在晶圓14中形成損傷通道。使用具有合適波長和強度的雷射實行衝擊鑽孔，其雷射光點（laser spot）尺寸判定最終損傷通道尺寸。可以使用的波長範圍在約100nm至約1070nm之間，或者在約150nm至約400nm範圍內。根據一些範例，雷射可以利用具有波長為約355nm的紫外雷射光束。在又其他範例中，雷射可以在更高的波長下操作，例如約1000nm或更大、約2000nm或更大、或約3000nm或更大。
雷射是脈衝的以重複地撞擊晶圓14上的相同位置。雷射脈衝持續時間在約1ns和約100ns之間，或更具體而言在約10ns和約25ns之間。在特定範例中，雷射束的脈衝可以具有約100ps或更小的脈衝寬度。雷射可以能夠是每秒約50,000個脈衝至每秒約150,000個脈衝。隨著每個脈衝，一部分的材料從晶圓14移除，並開始形成損傷通道。當損傷通道在晶圓14中形成，損傷通道限制雷射束並穿過晶圓14形成長而細的孔。雷射被脈衝直到損傷通道在晶圓14內具有所欲之深度並且雷射被關閉。
在利用雷射在晶圓14中形成損傷通道之後，可以將蝕刻劑溶液施加到晶圓14。蝕刻劑溶液的使用可優先地相對於晶圓14的其他部分從損傷通道中溶解或移除材料。將蝕刻劑溶液施加到晶圓14可以加寬損傷通道以在晶圓14中形成穿孔30。晶圓14的範例蝕刻劑可包括氫氟酸。
現在參照至第3A圖-第3E圖，製品10可包括黏著層38。黏著層38可以由Ta、Ti、Cr、V、Zr、Mn、W、Fe、Sn、Zn、In、Al及/或它們的組合中的至少一種所組成。此外，黏著層38可包括任何上述組分的氧化物。在施加黏著層38之前，晶圓14的含玻璃範例可被清潔，該清潔可透過浸入，或施加，30 wt.% NH4 OH、30 wt. % H2 O2 、和水的混合物30分鐘，並接著浸入35 wt.% HCl、30 wt.% H2 O2 、和水的混合物30分鐘來實行。在清潔之後，可以用去離子水沖洗晶圓14。
可以透過物理氣相沉積（例如，陰極電弧沉積、電子束物理氣相沉積、離子鍍著、離子束輔助沉積、磁控濺射、脈衝雷射沉積、濺射沉積、真空沉積、真空蒸發、蒸發、脈衝電子沉積）、化學氣相沉積（例如，有機金屬化學氣相磊晶、靜電噴射輔助氣相沉積及/或滲鋅）及/或透過溶液塗覆製程（例如，浸塗(dip coating)、狹縫式式塗佈(slot coating)）來將黏著層38施加到晶圓14。在施加黏著層38之後，黏著層38的組分與晶圓14內存在的原子（例如，氧）共價鍵合，以將黏著層38耦合到晶圓14。一旦金屬元件46形成在穿孔30內，黏著層38的組分與金屬元件46形成鍵結（bond），使得金屬元件46與黏著層38結合。這樣，因為金屬元件46結合到黏著層38，並且黏著層38結合到晶圓14，所以金屬元件46結合到晶圓14。出於各種原因，使用黏著層38可以是有利的。例如，不利用黏著層38的傳統金屬化通孔可以依賴於穿孔表面34的粗糙度以將金屬元件46保持在穿孔30內。透過利用黏著層38，可以消除由於穿孔表面34的粗糙度的常規處理變化而引起的不確定性，並且允許黏著層38提供堅固、可靠的金屬元件46。
黏著層38可具有約1nm至約500nm、或約10nm至約450nm、或約20nm至約400nm、或約25nm至約300nm、或約30nm至約200nm、或約40nm至約100nm的厚度。例如，黏著層38可具有約5nm、約10nm、約20nm、約30nm、約40nm、約50nm、約60nm、約70nm、約80nm、約90nm、約100nm、約200nm、約300nm、約400nm、或約500nm以及它們之間的所有範圍和值的厚度。根據各種範例，黏著層38的厚度可以在穿孔30的長度上變化。
黏著層38可以施加到穿孔表面34、第一表面22、及/或第二表面26。在一些範例中，黏著層38在沉積之後延伸到第一表面22和第二表面26上，而在其他範例中，黏著層38在沉積之後完全限制於穿孔表面34上。如以下將更詳細解釋的，可以在形成金屬元件46之前拋光第一表面22及/或第二表面26以去除黏著層38。
黏著層38可以以各種方式或圖案施加到穿孔表面34。根據一些範例，黏著層38可以以橫越穿孔30的長度的連續圖案施加到穿孔表面34（第3A圖）。換句話說，整個穿孔表面34可以以黏著層38覆蓋，使得穿孔表面34無一處沒有黏著層38。在第3A圖的描繪範例中，整個穿孔表面34以及第一表面22和第二表面26的一部分被黏著層38覆蓋。
根據其他範例，黏著層38可以以不連續的方式（例如，第3B圖和第3F圖）施加在穿孔表面34，使得穿孔表面34的一或多個部分42沒有黏著層38。出於本揭示的目的，用語「沒有黏著層」意指所討論的穿孔表面34的部分具有很少至沒有可觀量的黏著層38。在黏著層38的不連續範例中，穿孔表面34的沒有黏著層38的部分42分離黏著層38的連續部分。例如，在第3B圖的描繪範例中，穿孔表面34的中心區域沒有黏著層38，而穿孔表面34的端部區域（例如，靠近第一表面22或第二表面26的穿孔表面34）具有施加到其上的黏著層38。這樣的特徵可以有利於解決傳統金屬化製品所面臨的問題，即如何透過不向穿孔表面34的中心區域施加任何層來將阻絕層和種子層製成高縱橫比的穿孔。在黏著層38以不連續的方式或圖案施加到晶圓14的範例中，可以說晶圓14及/或穿孔表面34具有複數個黏著層38。如上所述，傳統的電鍍系統需要沉積具有黏著層的導電種子層，使得不連續的黏著層38是不可行的。因此，本發明揭示的製品10能夠使穿孔表面34的中心區域沒有這種種子層。此外，黏著層38的不連續範例可具有如第3F圖中所示的一般形狀，其中黏著層38被分成複數個節點或凸起，其中沒有黏著層38的穿孔表面34的部分42分隔節點。不連續黏著層38的節點範例可以用於提供「錨固」點以將金屬元件46黏附到穿孔表面34。
不連續的黏著層38的範例可有利於在金屬元件46（第1圖）和穿孔表面34之間提供機械鎖定。例如，當形成金屬元件46時，它生長成沒有黏著層38的部分42，從而造成與穿孔表面34的直接接觸並楔入（wedged）於黏著層38之間，使得金屬元件46和晶圓14之間的相對運動（例如，由於作用在金屬元件46上的物理或熱力）被抵抗。換句話說，部分42允許黏著層38的厚度提供將金屬元件46鎖定就位的唇緣。
黏著層38也可以以多種其他配置（例如，第3C圖-第3E圖）施加到晶圓14，該等配置產生穿孔表面34的沒有黏著層38的部分42。黏著層38可以僅施加到靠近第一表面22的穿孔表面34的頂部區域（第3C圖）、僅施加到靠近第二表面26的穿孔表面34的底部區域（第3D圖）、或者僅施加到穿孔表面34的中心區域（第3E圖）。應理解，黏著層38可以採用第3C圖-第3E圖中提供的範例的任何組合。例如，黏著層38可以從穿孔表面34的頂部區域延伸到中心區域，或者黏著層38可以從靠近第二表面26的底部區域延伸到中心區域。應理解，每個穿孔表面34可具有與其他穿孔30不同的黏著層38的圖案。應理解，在一些範例中，黏著層38可以僅存在於穿孔表面34上，並且第一表面22及/或第二表面26可以沒有黏著層38。應理解，金屬元件46與黏著層38和穿孔表面34的沒有黏著層38的部分42耦合。
附加地或替代地，黏著層38可以是旋轉不對稱的。在這樣的範例中，黏著層38和部分42的形狀、寬度、高度、圖案、及/或厚度可以隨著穿孔表面34上的位置而變化。
使用黏著層38的各種範例，各種量的穿孔表面34可以被黏著層38覆蓋。例如，約1％或更多、或約5％或更多、或約10％或更多、或約15％或更多、或約20％或更多、或約25％或更多、或約30％或更多、或約35％或更多、或約40％或更多、或約45％或更多、或約50％或更多、或約55％或更多、或約60％或更多、或約65％或更多、或約70％或更多、或約75％或更多、或約80％或更多、或約85％或更多、或約90％或更多、或約95％或更多、或約99％或更多，的穿孔表面34被黏著層38覆蓋。應理解，黏著層38可以覆蓋該等值之間的任何值及/或範圍。換句話說，穿孔表面34的沒有黏著層38的部分42可以是約1％或更多、或約5％或更多、或約10％或更多、或約15％或更多、或約20％或更多、或約25％或更多、或約30％或更多、或約35％或更多、或約40％或更多、或約45％或更多、或約50％或更多、或約55％或更多、或約60％或更多、或約65％或更多、或約70％或更多、或約75％或更多、或約80％或更多、或約85％或更多、或約90％或更多、或約95％或更多、或約99％或更多。
黏著層38與穿孔30結合使用由於各種原因而可能是有利的。例如，晶圓14的不包含黏著層38的後金屬化（例如，在穿孔30內形成金屬元件46）處理可導致金屬元件46中的凸出、金屬元件46從穿孔30彈出（例如，由於退火、熱衝擊測試、及/或元件46上的物理力）、及/或金屬元件46從穿孔表面34分層。
現在參考第4圖，電鍍，或自底向上金屬化，的處理開始於生長基板60與晶圓14的第二表面26的耦合。生長基板60在本文中通常可稱為基板60。生長基板60限定生長表面64，其與晶圓14的第二表面26接觸。應理解，生長基板60可以耦合到第一表面22，而不背離本文提供的教示。生長基板60提供生長表面64，於電鍍處理期間金屬離子沉積在該生長表面64上，以形成金屬元件46。生長基板60可以由各種材料構成。例如，生長基板60可以由導電材料構成，以便於在電鍍處理期間沉積金屬。根據各種範例，生長表面64可以具有足夠低的表面粗糙度，以使得一旦形成金屬元件46，就能夠使生長基板60從金屬元件46和晶圓14脫離。生長基板60的範例材料包括金屬或金屬合金，例如銅、不銹鋼、鈦、鎳、黃銅、青銅、鉻鎳鐵合金、及/或它們的組合。根據各種範例，生長基板60可包括位於生長表面64上的一或多個塗層、膜、及/或層。在一些範例中，生長基板60可以由電介質材料構成，且生長表面64可以塗覆有一或多個導電塗層或層。生長基板60的範例電介質材料可包括橡膠、矽、玻璃、及/或其中之組合。位於生長表面64上的一或多個導電塗層或層可以由銦錫氧化物、銅塗覆的銦錫氧化物、鋁，鋁塗覆的銦錫氧化物、鈦、鈦塗覆的銦錫氧化物、鎳、鎳塗覆的銦錫氧化物、鈮塗覆的銦錫氧化物及/或其組合所組成。在另一範例中，生長基板60可以由導電橡膠或聚合物材料製成，其具有導電顆粒嵌入於其中。
根據各種範例，製品10及/或黏著層38可以沒有種子層。具有金屬化通孔的常規玻璃基板使用種子層，在電鍍處理中在種子層上沉澱或生長金屬連接。例如，種子層通常是導電的，使得種子層用作在電鍍期間在其上鍍金屬的電極。為了使金屬完全填充通孔，種子層必須以完整的方式存在於整個通孔中。由於使用由下而上的電鍍技術來形成本文的製品10，製品10、晶圓14、穿孔30、穿孔表面34、及/或黏著層38可以沒有任何種子層。如此，穿孔表面34可以具有穿孔表面34的沒有黏著層38的部分42，因為不需要種子層。
在第4圖的描繪的範例中，晶圓14的第二表面26定位成與生長基板60的生長表面64直接接觸。如本文所用，用語「直接接觸」是指晶圓14和基板60的表面彼此接觸而沒有設置在其間的中間層。透過在晶圓14、生長基板60、或兩者上施加機械力，晶圓14和生長基板60可以保持耦合關係。機械力可提供夾持力，使得晶圓14的第二表面26和生長基板60的生長表面64保持彼此直接接觸。機械力足以在晶圓14和生長基板60之間提供緊密且無洩漏的密封。
現參考第5圖，一旦生長基板60的生長表面64已經與晶圓14耦合，將包含待沉積的金屬離子作為金屬元件46的電解質70引入到穿孔30中，隨後透過施加的電流及/或電壓，電化學還原離子在生長基板60上形成金屬顆粒。繼續電化學沉積，直到穿孔30被填充。金屬離子可以是銅、銀、鎳、金、鉑、鉛、鎘、鉻、銠、錫、鋅、及/或它們的組合。金屬離子可以引入電解質70中如硫酸鹽、硝酸鹽、氰化物及/或氯化物。電解質70可具有約0.0001 M或更高的離子濃度。
電解質70設置在晶圓14上，使得電解質70基本上填充晶圓14內存在的所有穿孔30。根據各種範例，電解質70、晶圓14、和生長基板60可以在電鍍處理期間保持在電鍍單元內。電極（即，對電極）位於電解質70內。電極可以由導電材料製成，例如鉑、銅、鈦、鎳、不銹鋼、其他導電材料及/或它們的組合。在電極和生長基板60的生長表面64之間施加電流、電壓、或其組合，以向生長基板60提供負的恆定電流。電極和生長基板60之間的電流密度可以在約0.001 mA / cm2 至約 1A / cm2 的範圍內，且可以提供約-0.001V至約-20V的電壓範圍。
當透過電解質70在生長基板60和對電極之間施加電流或電壓時，金屬離子開始在穿孔30的底部鍍到生長基板60上以形成金屬元件46。隨著金屬顆粒開始在生長表面64上鍍覆，穿孔30用作生長金屬元件46的引導件。在電解質70和生長表面64之間的界面處，電子被轉移到金屬離子以將它們還原成金屬元件46，如以下的方程式（1）所示。應理解，儘管利用銅示出了方程式（1），但是可以使用不同電荷的金屬離子而不背離本文提供的教示。
Figure 02_image001
方程式 (1)
施加的電流控制還原反應的速率，且因此可透過增加或減少所施加的電流來增加或減少沉積速率。電鍍處理可以在各種溫度下實行。例如，電鍍處理可以在約10℃至約50℃的溫度下實行。與傳統的電鍍處理相比，所揭示的電鍍處理是無籽的（seedless）並且允許電鍍處理形成金屬沉積前沿，其從穿孔30的底部（例如，靠近第二表面26）均勻地移動到穿孔30的頂部（例如，靠近第一表面22）。如此，電鍍處理可以被認為是穿孔30的由下而上金屬化處理或者由下而上的電鍍處理。傳統的種子電鍍處理需要種子層，金屬沉積前沿將從該種子層形成。如上所解釋，傳統種子層必須以黏著層38沉積在整個穿孔表面34上，以便在種子層用作為電極時促進金屬的整個沉積。由於本文的電鍍處理不需要種子層，因此黏著層38不需要定位在整個穿孔表面34上，使得穿孔表面34可以形成沒有黏著層38的部分42。使用本揭示的電鍍處理還可以減少或消除金屬元件46內空隙的形成。
現在參考第6圖，一旦穿孔30已被金屬元件46完全填充，則停止電流並從晶圓14移除電解質70。移除施加到晶圓14及/或生長基板60的機械力，且晶圓14與生長基板60分離，使得穿孔30內的金屬元件46保持完整。可以使用輕微的機械力（即，將晶圓14從生長基板60拉開）來進行分離。額外地或替代地，可以施加熱或超音波以分離金屬元件46和生長基板60。此外，可以透過將晶圓14和生長基板60浸入水（例如，去離子水）中來分離晶圓14和生長基板60。
根據各種範例，包括填充有金屬元件46的穿孔30的晶圓14可以一旦與生長基板60分離就被清潔。例如，可以透過以去離子水或其他適當的溶液來沖洗而清潔晶圓14，以移除殘留的電解質70。可任選地透過使氮氣或其他惰性氣體流流到晶圓14上來乾燥晶圓14。可以在仍然與生長基板60接觸的同時或在自生長基板60分離之後，清潔和乾燥晶圓14。
現在參照第7圖，所描繪是形成金屬化製品10的方法90。應理解，儘管方法90被描述和示出為包括以特定順序的多個步驟，但是方法90可以以任何順序實施，並且可以包括其他步驟或省略所描述的步驟而不背離本文提供的教示。方法90可以從步驟94開始，其透過玻璃晶圓14的主體18形成穿孔30，使得穿孔30具有穿孔表面34。如上所解釋，晶圓14的玻璃範例可以以各種方式製造或加工，使得玻璃可以是強化的或強的。可以使用雷射或任何其他方法形成穿孔30，以在主體18內形成損傷通道或孔，其稍後可以如上文所述地被蝕刻。穿孔30可以具有約1:1至約30:1的縱橫比。例如，步驟94可包括形成具有約4:1或更大的縱橫比的穿孔30。
接下來，執行步驟98，將黏著層38施加到穿孔表面34，使得穿孔表面34的部分42沒有黏著層38。如上文所解釋，黏著層38的施加可以經由PVD、CVD、及/或透過溶液塗覆方法來實行。根據具體範例，可以透過在穿孔表面34上濺射Ta、Ti、Cr、V、Zr、W、Fe、Sn、Zn、In、和Al中的至少一種來實行步驟98，以形成黏著層38。黏著層38可以以形成部分42的各種圖案施加到穿孔表面34。例如，黏著層38可以以不連續的方式施加到穿孔表面34，這可以形成複數個黏著層38及/或穿孔表面34的沒有黏著層38的複數個部分42。這樣，可以透過將黏著層38施加到穿孔表面34作為複數個黏著層38來實行步驟98。根據各種範例，黏著層38亦可施加到晶圓14的表面（例如，第一表面22及/或第二表面26）。黏著層38可以主動地施加到第一表面22及/或第二表面26，或者可以是黏著層38施加到穿孔表面34的方式的結果。
在將黏著層38施加到晶圓14的第一表面22及/或第二表面26的範例中，在穿孔30內沉積金屬的步驟之前，可以實行移除存在於晶圓14的表面（例如，第一表面22及/或第二表面26）上的黏著層38的步驟102。在第一表面22及/或第二表面26包括黏著層38的範例中，在形成金屬元件46之前移除黏著層38或拋光晶圓14可能是有利的。例如，去除存在於晶圓14的第一表面22及/或第二表面26上的黏著層38可以有利於防止穿孔30內的金屬元件46的污染。例如，由於在存在金屬元件46時（即，尚未形成），黏著層38沒有從晶圓14移除，因此可避免金屬元件46的交叉污染。
接下來，可以實行步驟106，使晶圓與金屬基板60接觸。如上所解釋，生長基板60被施加到晶圓14的第二表面26。添加基板60密封了穿孔30的一端，使得可以實行以電解質70填充穿孔30的步驟110。如上所解釋，以電解質70填充穿孔30可以在槽中完成（即，整個晶圓14浸沒入）。應理解，經設想以電解質70填充穿孔30的其他方法。
接下來，可以實行步驟114，在穿孔30內沉積與穿孔表面34和黏著層38兩者接觸的金屬。如上所解釋，晶圓14可以經歷金屬化或電鍍處理，以金屬元件46的形式在穿孔30內沉積金屬。可以透過在基板60和與電解質70電連通的電極之間施加電壓，以將存在於電解質70中的金屬離子沉積在穿孔30中來實現步驟114。如上所解釋，金屬優先在穿孔30中生長，或沉積，使得穿孔30用作形成金屬元件46的引導件。當沉積金屬元件46時，其形成與黏著層38和穿孔表面34的沒有黏著層38的部分42接觸。換句話說，金屬元件46耦接到黏著層38和穿孔表面34兩者。
本文的使用可以提供各種優點。首先，使用本文揭示的方法可以允許晶圓14由廣泛的材料組構成，具有由組合物驅動的寬廣範圍的性質。例如，控制組成變化允許定制製品10的各種特性，例如機械、熱、電、光學、甚至化學耐久性特徵。與包括由矽形成的基板的傳統製品10相比，本文的晶圓14的玻璃範例提供能夠改變熱膨脹係數（CTE）的能力，從而使玻璃，在由於CTE不匹配導致的堆疊翹曲（stack warpage）是一個重要的可靠性問題上，成為對於不同應用的有前景的材料。其次，與傳統的矽範例相比，晶圓14的玻璃範例是固有的絕緣體（inherent insulator）。玻璃晶圓14的固有絕緣特性對於Cu互連是有用的，因為在Cu電鍍/填充處理之前不需要介電層來達到低位準的漏電流。第三，本文在消費性電子產品、高效能處理器、微機電裝置（MEMS）、觸摸感測器、生物醫學裝置、高容量記憶體、汽車電子、和航太元件中具有廣泛的應用。第四，相對於傳統設計，製造複雜性和成本可以降低，因為不需要種子層來形成金屬元件46。第五，由於不需要種子層來形成金屬元件46，因此黏著層38不需要是連續的，且因此可以相對於傳統設計形成更高縱橫比的穿孔30。
本文的第1條延伸至： 一種製品，包括： 晶圓，該晶圓具有主體，該主體界定第一表面和第二表面，其中該晶圓界定穿孔，該穿孔具有穿孔表面，該穿孔表面在該第一表面和該第二表面之間透過該主體而延伸； 黏著層，該黏著層位於該穿孔表面上，其中該穿孔表面的至少一部分沒有該黏著層；及 金屬元件，該金屬元件位於該穿孔內並自該第一表面延伸至該第二表面。
本文的第2條延伸至： 如第1條所述之製品，其中該晶圓包括玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷材料。
本文的第3條延伸至： 如第1條或第2條所述之製品，其中該金屬元件與該黏著層和該穿孔表面的沒有該黏著層的部分耦合。
本文的第4條延伸至： 如第1條至第3條中任一條所述之製品，其中該黏著層具有約1nm至約500nm的厚度。
本文的第5條延伸至： 如第4條中所述之製品，其中該黏著層具有約40nm至約100nm的厚度。
本文的第6條延伸至： 如第1條至第5條中任一條所述之製品，其中該黏著層包含Ta、Ti、Cr、V、Zr、Mn、W、Fe、Sn、Zn、In、和Al中的至少一種。
本文的第7條延伸至： 如第1條至第6條中任一條所述之製品，其中該穿孔的縱橫比為約2:1或更大。
本文的第8條延伸至： 如第7條所述之製品，其中該穿孔的該縱橫比為約15:1或更大。
本文的第9條延伸至： 如第1條至第8條中任一條所述之製品，其中該金屬元件填充該穿孔。
本文的第10條延伸至： 一種玻璃製品，包括： 晶圓，該晶圓具有主體，該主體界定第一表面和第二表面，其中該晶圓界定穿孔，該穿孔具有穿孔表面，該穿孔表面在該第一表面和該第二表面之間透過該主體而延伸； 黏著層，該黏著層位於該穿孔表面上，其中該黏著層以不連續的方式設置在該穿孔表面上；及 金屬元件，該金屬元件位於該穿孔內並自該第一表面延伸至該第二表面。
本文的第11條延伸至： 如第10條所述之製品，其中該金屬元件包括銅。
本文的第12條延伸至： 如第10條或第11條所述之製品，其中該製品沒有種子層。
本文的第13條延伸至： 如第10條至第12條中任一條所述之製品，其中該穿孔具有約5μm至約200μm的直徑。
本文的第14條延伸至： 如第10條至第13條中任一條所述之製品，其中該穿孔表面的中心區域沒有該黏著層。
本文的第15條延伸至： 一種形成金屬化製品的方法，包括以下步驟： 透過玻璃晶圓的主體形成穿孔，使得該穿孔具有穿孔表面； 將黏著層施加到該穿孔表面，使得該穿孔表面的一部分沒有該黏著層；及 在該穿孔內沉積金屬，該金屬與該穿孔表面和該黏著層接觸。
本文的第16條延伸至： 如第15條所述之方法，進一步包括以下步驟： 使該晶圓與金屬基板接觸；及 以電解質溶液填充該穿孔。
本文的第17條延伸至： 如第15條或第16條所述之方法，其中在該穿孔內沉積金屬的步驟進一步包括以下步驟： 在該基板和與該電解質電連通的電極之間施加電壓或電流，以沉積該金屬。
本文的第18條延伸至： 如第15條至第17條中任一條所述之方法，其中施加該黏著層的步驟進一步包括： 在該穿孔表面上濺射Ta、Ti、Cr、V、Zr、Mn、W、Fe、Sn、Zn、In、和Al中的至少一種。
本文的第19條延伸至： 如第15條至第18條中任一條所述之方法，其中形成該穿孔的步驟進一步包括： 形成具有約4:1或更大的縱橫比的該穿孔。
本文的第20條延伸至： 如第15條至第19條中任一條所述之方法，其中施加該黏著層的步驟進一步包括： 將該黏著層施加到該穿孔表面作為複數個黏著層。
本文的第21條延伸至： 如第15條至第20條中任一條所述之方法，進一步包括以下步驟： 將該黏著層施加到該晶圓的表面；及 在將該金屬沉積在該穿孔內的步驟之前，移除存在於該晶圓的該表面上的該黏著層。
本領域具有通常知識者以及製造或使用本文的人員將設想到本文的修改。因此，應理解，隨附圖式中所示的以及上文描述的實施例僅用於說明之目的，並不旨在限制由根據專利法原理來解釋的由隨附申請專利範圍，包括均等論，所限定的本文的範疇。
同樣重要的，應注意如範例實施例中所示，本文的元件的構造和佈置僅是說明性的。儘管在本文中僅詳細描述了此創新的一些實施例，但是檢視本文的所屬技術領域具有通常知識者將容易理解到可能進行許多修改（例如，大小尺寸（size）、長寬尺寸（dimensions）、結構、形狀、和各種元件的比例、參數值、安裝佈置、材料的使用、顏色、定向等的變化），而不實質上背離所述標的的新穎教示和優點。例如，示出為整體成形的元件可以由多個部件構成，或者示出為多個部件的元件可以整體成形，接口的操作可以顛倒或以其他方式變化，結構的長或寬、及/或系統的構件或連接、或其他元件可以改變，並且可以改變元件之間提供的調節位置的性質或數量。應注意，系統的元件及/或組件可以由多種材料中的任意種構成，該等材料以各種顏色、紋理、和組合中的任意種提供足夠的強度或耐久性。因此，所有該等修改旨在為包括在本創新的範疇內。在不背離本創新的精神的情況下，可以在所需和其他範例實施例的設計、操作條件、和佈置中進行其他替換、修改、改變、和省略。
10‧‧‧製品 14‧‧‧晶圓 18‧‧‧主體 22‧‧‧第一表面 26‧‧‧第二表面 30‧‧‧穿孔 34‧‧‧穿孔表面 38‧‧‧黏著層 42‧‧‧穿孔表面的部分 46‧‧‧金屬元件 60‧‧‧生長基板 64‧‧‧生長表面 70‧‧‧電解質 90‧‧‧方法 94‧‧‧步驟 98‧‧‧步驟 102‧‧‧步驟 106‧‧‧步驟 110‧‧‧步驟 114‧‧‧步驟
以下是對隨附圖式中的圖的描述。圖不一定按比例繪製，且為了清楚和簡明，圖的某些特徵和某些視圖可能在比例上或在示意圖中被誇大地示出。
在圖式中：
第1圖是根據至少一個範例的製品的橫截面圖；
第2圖是根據至少一個範例的界定複數個穿孔的晶圓的截面圖；
第3A圖是根據至少一個範例的具有黏著層的晶圓的橫截面圖；
第3B圖是根據至少一個範例的具有黏著層的晶圓的橫截面圖；
第3C圖是根據至少一個範例的具有黏著層的晶圓的橫截面圖；
第3D圖是根據至少一個範例的具有黏著層的晶圓的橫截面圖；
第3E圖是根據至少一個範例的具有黏著層的晶圓的橫截面圖；
第3F圖是根據至少一個範例的具有黏著層的晶圓的橫截面圖；
第4圖是根據至少一個範例的位於生長基板上的晶圓的橫截面圖；
第5圖是根據至少一個範例的浸沒在電解質中的晶圓的橫截面圖，其具有前進的金屬沉積前沿透過穿孔；
第6圖是根據至少一個範例的具有完全金屬化的穿孔的晶圓的橫截面圖；及
第7圖是用於形成製品的範例方法的流程圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10‧‧‧製品
14‧‧‧晶圓
18‧‧‧主體
22‧‧‧第一表面
26‧‧‧第二表面
30‧‧‧穿孔
34‧‧‧穿孔表面
38‧‧‧黏著層
42‧‧‧穿孔表面的部分

Claims (9)

  1. 一種玻璃製品，包括：一晶圓，該晶圓具有一主體，該主體界定一第一表面和一第二表面，其中該晶圓界定一穿孔，該穿孔具有一穿孔表面，該穿孔表面在該第一表面和該第二表面之間透過該主體而延伸；複數個黏著層，其直接黏著於該主體，該複數個黏著層包括以一不連續的方式施加的一第一黏著層、一第二黏著層、及一第三黏著層，使得該穿孔表面在該第一黏著層與該第二黏著層之間以及在該第二黏著層與該第三黏著層之間沒有該等黏著層，其中該穿孔表面的至少一部分沒有該複數個黏著層；及一金屬元件，該金屬元件位於該穿孔內並自該第一表面延伸至該第二表面，其中該金屬元件與該複數個黏著層以及沒有該等黏著層的該穿孔表面直接接觸。
  2. 如請求項1所述之玻璃製品，其中該晶圓包括一玻璃、玻璃陶瓷、或陶瓷材料。
  3. 如請求項1或2所述之玻璃製品，其中該黏著層包含Ta、Ti、Cr、V、Zr、Mn、W、Fe、Sn、Zn、In、和Al中的至少一種。
  4. 一種玻璃製品，包括： 一晶圓，該晶圓具有一主體，該主體界定一第一表面和一第二表面，其中該晶圓界定一穿孔，該穿孔具有一穿孔表面，該穿孔表面在該第一表面和該第二表面之間透過該主體而延伸；複數個黏著層，其直接黏著於界定該穿孔表面的該主體，其中該複數黏著層以一不連續的方式設置在該穿孔表面上，使得該穿孔表面的至少一第一部分及一第二部分沒有該等黏著層，該第一部分與該第二部分由該複數個黏著層的其中至少一個黏著層分開；及一金屬元件，該金屬元件位於該穿孔內並自該第一表面延伸至該第二表面，其中該金屬元件直接接觸該複數個黏著層以及該穿孔表面的該第一部分與第二部分，並且其中該複數個黏著層提供該金屬元件與該穿孔表面之間的一機械鎖定。
  5. 如請求項4所述之玻璃製品，其中該金屬元件包括銅。
  6. 一種形成一金屬化製品的方法，包括以下步驟：透過一玻璃晶圓的一主體形成一穿孔，使得該穿孔具有一穿孔表面；以一不連續的方式將複數個黏著層直接施加到界定 該穿孔表面的該主體上，該複數個黏著層包括一第一黏著層、一第二黏著層、及一第三黏著層，該穿孔表面在該第一黏著層與該第二黏著層之間以及在該第二黏著層與該第三黏著層之間沒有該等黏著層；及在該穿孔內沉積一金屬，該金屬與該複數個黏著層以及沒有該等黏著層的該穿孔表面直接接觸。
  7. 如請求項6所述之方法，進一步包括以下步驟：使該晶圓與一金屬基板接觸；及以一電解質溶液填充該穿孔。
  8. 如請求項6或7所述之方法，其中在該穿孔內沉積一金屬的步驟進一步包括以下步驟：在該基板和與一電解質電連通的一電極之間施加一電壓或電流，以沉積該金屬。
  9. 如請求項6或7所述之方法，其中施加該黏著層的步驟進一步包括：在該穿孔表面上濺射Ta、Ti、Cr、V、Zr、Mn、W、Fe、Sn、Zn、In、和Al中的至少一種。
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