用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法技术

本发明专利技术公开了一种用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法，应用于微电子器件制造工艺技术领域，其步骤如下：首先，贴附具有粘性的胶带到带有硅通孔的芯片或者晶圆任一表面，充当转印媒介；然后通过倒装焊接设备，使图形化的碳纳米管簇与硅通孔对准，在一定的键合压力条件下，实现碳纳米管簇与贴附在带有硅通孔的芯片或者晶圆一面的胶带接触，胶带与碳纳米管簇间的粘结力会留在硅通孔中，进而实现转移。本发明专利技术方法在室温下实现，不需要额外的设备。同时该方法可以进行大面积、高成功率的转印，进而满足电子元器件密集化和小型化的要求，可降低生产成本，提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种芯片封装方法，特别是涉及一种芯片上的硅通孔互连方法，应用于微电子器件制造工艺

技术介绍
由于碳纳米管具有超高的机械强度、优秀的导电和导热性能以及稳定的化学性质，近些年在微电子封装领域的硅通孔互联方面得到了广泛的研宄，但是由于碳纳米管的生长温度(700°C )与互补金属氧化物半导体工艺(低于400°C )的不兼容型，使其不能直接用于已经制作好器件的芯片上的硅通孔互连，因此需要碳纳米管簇生长后的转移。目前，多种方法已经被提出来解决这个问题，例如通过涂敷导电胶，蒸镀金属铟或者焊料合金充当转移媒介。但是这些方法都存在工艺复杂、高温键合或者转移后固化等问题。同时较低的转移成功率也进一步制约了碳纳米管簇在硅通孔互连中的运用。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种，采用胶带辅助在室温下实现对碳纳米管簇的转移，胶带辅助的用于硅通孔互连的碳纳米管簇转移不仅在室温下快速实现，不需要额外复杂的设备，同时该方法可以进行大面积、高成功率的转印。碳纳米管凸点可以显著提高封装互连的电、热及机械性能并满足电子元器件密集化和小型化发展趋势。由于碳纳米管的高温生长环境导致碳纳米管凸点不能直接生长并成型于半导体器件上，需要将生长好的碳纳米管凸点，本专利技术通过转移技术转移到所需的半导体器件上。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案: 一种，包括如下步骤: ①使用光刻工艺或深反应离子腐蚀法在硅片上制造出有设定形状和排列的一系列硅通孔，形成硅通孔阵列图案，硅通孔的孔径为200~300微米； ②粘附胶带到在步骤①中已经制备的具有硅通孔的硅片的背面一侧的表面上，使胶带的粘结面朝向硅通孔内，作为转移媒介；作为碳纳米管簇的转移媒介的粘附胶带优选采用特氟龙胶带、透明胶带或者热脱离胶带； ③采用另一硅片作为辅助硅片，在辅助硅片上，使用化学气相沉积法在辅助硅片表面上已经图形化的催化剂层上面继续生长碳纳米管簇，各碳纳米管的直径皆为300微米，各碳纳米管的顶部自由端面高度平齐，然后通过蒸发的丙酮气体对碳纳米管簇进行致密处理，碳纳米管簇的排列方式图案中的碳纳米管与在步骤a中制备的通孔阵列图案中的通孔一一对应；优选使用电子束蒸镀法在辅助硅片上沉积一层由10纳米厚的三氧化二铝和I纳米厚的铁组成的催化层，优选使用异丙酮和去离子水洗去光刻胶及光刻胶上的催化剂层，对催化剂层进行图形化，在催化剂层上面离散生长碳纳米管束，形成碳纳米管簇；优选将乙炔、氢气和氢气通入化学气相沉积系统的反应室中，优选于700摄氏度下反应5-10分钟，通过化学气相沉积法在辅助硅片的催化剂层上生长碳纳米管束； ④采用倒装焊键合方法，将在步骤③中致密后的碳纳米管簇的碳纳米管与在步骤②中辅助硅片的硅通孔一一对准，通过施加设定压力，使碳纳米管簇的顶部与辅助硅片的硅通孔的背面的胶带的粘结面接触并粘结结合在一起，移入硅通孔中的碳纳米管与硅通孔内壁之间产生间隙； ⑤将在步骤④中的辅助硅片与碳纳米管簇的基部分离，将辅助硅片移除； ⑥涂敷可固化的环氧树脂到在步骤⑤中的碳纳米管簇与硅通孔之间的所有间隙中，并进行固化，使碳纳米管固定于对应的硅通孔中；优选通过真空处理，使环氧树脂填充至碳纳米管与硅通孔的所有间隙中； ⑦待在步骤⑥中采用的环氧树脂固化后，通过物理抛光方法或化学机械抛光方法磨平硅片正面，并使碳纳米管簇露出；待环氧树脂硬化后，优选使用研磨法和化学机械平坦化法打磨出平整的碳纳米管簇表面；采用物理抛光方法时的研磨转速优选为25转每分钟时，施加的压力最好为15Kpa ;采用化学机械平坦化法时的打磨转速优选为30转每分钟，施加的压力最好为15Kpa ； ⑧去除转移媒介胶带，并清洗硅片的表面； ⑨在洁净的硅片背面图形化一层钛/金镀层，使钛/金镀层与硅片中的碳纳米管簇导电连接，其中钛的厚度为25~40纳米，金的厚度为300~500纳米。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点: 1.本专利技术方法使用此室温快速转印技术，可以实现碳纳米管凸点的室温、快速、大面积、高成功率转印； 2.本专利技术方法不需要额外的设备，同时该方法可以进行大面积、高成功率的转印，进而满足电子元器件密集化和小型化的要求，可降低生产成本，提高生产效率。【附图说明】图1是本专利技术优选实施例过程示意图。图2是本专利技术优选实施例方法通过化学气相沉积法在辅助硅片上生长碳纳米管束微观结构照片。图3是在本专利技术优选实施例方法中经致密后碳纳米管簇微观结构照片。图4是本专利技术优选实施例方法使碳纳米管簇与胶带实现接触时微观结构照片。图5是本专利技术优选实施例方法使用研磨法和化学机械平坦化法打磨出平整的碳纳米管簇表面的微观照片。【具体实施方式】本专利技术的优选实施例详述如下: 实施例一: 在本实施例中，参见图1?图5，一种，包括如下步骤: ①使用光刻工艺和深反应离子腐蚀法在厚度为0.3厘米的硅片5上制造出有设定形状和排列的一系列硅通孔6，形成硅通孔阵列图案，硅通孔6的孔径为300微米，如图1中(C)所示； ②粘附胶带7到在步骤①中已经制备的具有硅通孔6的硅片5的背面一侧的表面上，胶带7采用特氟龙胶带，使胶带7的粘结面朝向硅通孔6内，作为转移媒介，如图1中(d)所示; ③采用另一硅片作为辅助硅片4，在辅助硅片4上，使用电子束蒸镀法在辅助硅片4上沉积一层由10纳米厚的三氧化二铝和I纳米厚的铁组成的催化层3，使用异丙酮和去离子水洗去光刻胶及光刻胶上的催化剂层3，对催化剂层3进行图形化，将乙炔、氢气和氢气通入爱思强Black Magic化学气相沉积系统的反应室中，于700摄氏度下反应10分钟，通过化学气相沉积法在辅助硅片4的催化剂层3上生长碳纳米管束1，如图1中(a)和图2所示，形成碳纳米管簇，各碳纳米管的直径皆为300微米，各碳纳米管的顶部自由端面高度平齐，然后通过蒸发的丙酮气体对碳纳米管簇进行致密处当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硅通孔互连的碳纳米管簇转印方法，其特征在于，包括如下步骤：① 使用光刻工艺或深反应离子腐蚀法在硅片上制造出有设定形状和排列的一系列硅通孔，形成硅通孔阵列图案，硅通孔的孔径为200~300微米；② 粘附胶带到在所述步骤①中已经制备的具有硅通孔的硅片的背面一侧的表面上，使胶带的粘结面朝向硅通孔内，作为转移媒介；③ 采用另一硅片作为辅助硅片，在辅助硅片上，使用化学气相沉积法在辅助硅片表面上已经图形化的催化剂层上面继续生长碳纳米管簇，各碳纳米管的直径皆为300微米，各碳纳米管的顶部自由端面高度平齐，然后通过蒸发的丙酮气体对碳纳米管簇进行致密处理，碳纳米管簇的排列方式图案中的碳纳米管与在所述步骤a中制备的通孔阵列图案中的通孔一一对应；④ 采用倒装焊键合方法，将在所述步骤③中致密后的碳纳米管簇的碳纳米管与在所述步骤②中辅助硅片的硅通孔一一对准，通过施加设定压力，使碳纳米管簇的顶部与辅助硅片的硅通孔的背面的胶带的粘结面接触并粘结结合在一起，移入硅通孔中的碳纳米管与硅通孔内壁之间产生间隙；⑤ 将在所述步骤④中的辅助硅片与碳纳米管簇的基部分离，将辅助硅片移除；⑥ 涂敷可固化的环氧树脂到在所述步骤⑤中的碳纳米管簇与硅通孔之间的所有间隙中，并进行固化，使碳纳米管固定于对应的硅通孔中；⑦ 待在所述步骤⑥中采用的环氧树脂固化后，通过物理抛光方法或化学机械抛光方法磨平硅片正面，并使碳纳米管簇露出；⑧ 去除转移媒介胶带，并清洗硅片的表面；⑨ 在洁净的硅片背面图形化一层钛/金镀层，使钛/金镀层与硅片中的碳纳米管簇导电连接，其中钛的厚度为25~40纳米，金的厚度为300~500纳米。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建影，穆伟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31