本发明专利技术涉及一种三维封装用金属间化合物填充的垂直通孔互连结构及制备方法，其包括衬底，所述衬底内设有至少一个垂直贯通穿透衬底的通孔；所述通孔的内壁生长有绝缘层，并在所述生长绝缘层的通孔内填充有金属间化合物层，所述金属间化合物层与绝缘层间设有粘附层。本发明专利技术衬底内设有至少一个垂直贯通的通孔，通孔的内壁上生长有绝缘层，并在通孔内填充金属间化合物层，金属间化合物层与绝缘层间具有粘附层；通过金属间化合物层能够完成三维堆叠中所需的电连接，整个形成制作过程方便，降低了工艺复杂度及制作成本；从而能够在集成电路上制作垂直互连结构，也能够在无源基板上制作转接板，提高合格率，安全可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种垂直互连结构及制备方法，尤其是一种，属于微电子封装三维集成
技术介绍
系统级封装(SiP)是微电子关键技术之一，满足了电子器件的高频高速、多功能、 高性能、小体积和高可靠性的要求，是电子技术发展的方向。随着集成电路特征尺寸达到纳米级，晶体管向更高密度、更高的时钟频率发展，封装也向更高密度的方向发展，集成电路产品也从二维向三维发展。硅通孔(TSV)的三维集成技术是实现3D_SiP的关键技术之一，是具有极大影响的新核心技术，具有极其广阔的应用前景；因此受到各工业国家、重要企业和学术界的极大关注，现在已经并持续投入大量资源进行研发。硅通孔技术具有很多技术挑战，特别是其工艺制程复杂，包括硅孔刻蚀、绝缘层/阻挡层/种子层沉积、通孔填充、化学机械研磨、晶圆键合、拆键合、晶圆减薄、金属再布线制作、凸点制备等。TSV技术在应用方面存在的主要问题仍是工艺复杂，成本高。对于硅通孔的填充材料和方式，大致有如下几种⑴、电镀填孔；⑵、化学气象沉积(CVD) ； (3)、液态钎料填充； G)、导电胶填充。利用电镀填孔，主要是以铜电镀为主，其优点是铜具有良好的导电性，缺点是电镀需要良好的种子层制作，电镀时间较长，电镀工艺复杂，成本高；而且对于孔径小于5微米的孔，电镀填孔难以实现。化学气相沉积的主要材料是钨，可以实现小孔径通孔的填充，主要问题是工艺复杂，填充时间长，成本高，导电性稍差。钎料填充，是利用低熔点钎料在液态下填充微孔，具有快速，低成本等优点。(参考文献Ko Y.-K.，Fujii H. T. , Sato Y. S.，Lee C. -W.，and Yoo S. Microelectron Eng 2012 ；89 :62-64.)但缺点是钎料导电性较差，与硅材料的CTE (Coefficient of thermal expansion，热膨胀系数)相差较大，带来应力问题，而且钎料熔点低，在后续工艺制程过程中会带来很多问题。利用导电胶填充，也可以简化填充工艺，但导电性很差，难以填充直径较小的孔。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种，其能有效降低制作成本，简化工艺步骤，提高合格率，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述三维封装用金属间化合物填充的垂直通孔互连结构，包括衬底，所述衬底内设有至少一个垂直贯通穿透衬底的通孔；所述通孔内由垂直方向连续的金属间化合物填充，所述金属间化合物层与衬底间设有粘附层。所述衬底与粘附层包括绝缘层，粘附层通过绝缘层粘附于通孔的内壁上。所述金属间化合物层与粘附层间还包括残余金属层，金属间化合物层通过残余金属层与粘附层相连。所述金属间化合物层通过填充在通孔内的高温金属层与低熔点钎料填充体热扩散形成。所述高温金属层为Cu、Ni、Ag、Pd、Au或狗中材料的一种或几种；低熔点钎料填充体为 Sn、In、SnAg, SnIn, SnBi、SnPb, SnAgCu, InAg, InSn 中材料的一种或几种。所述金属间化合物层为Cu-Sn、Ni-Sn, Cn-In, Ni-In, Ag-Sn, Au-Sn, Ag-In, Au-In 等中的一种或几种。所述金属间化合物层内包括高温金属相，高温金属相的熔点高于300度。所述绝缘层的材料为SiO2, SixN1-X中的一种或几种。一种三维封装用金属间化合物填充的垂直通孔互连结构制备方法，所述垂直互连结构制备方法包括如下步骤a、提供衬底，并在衬底内形成所需垂直贯通穿透衬底的通孔；b、在上述衬底的表面上淀积粘附层，所述粘附层覆盖于衬底的表面并覆盖于通孔的内壁表面；C、在上述衬底的表面设置与衬底绝缘的高温金属层，所述高温金属层覆盖衬底的表面并覆盖于通孔内对应粘附层的表面；d、在上述通孔内填充低熔点钎料，以在通孔内形成低熔点钎料填充体；e、对上述形成低熔点钎料填充体的衬底表面平整化，抛光衬底对应的表面，以使得通孔内的低熔点钎料填充体与抛光后衬底的表面平齐；f、在所需的温度下，对低熔点钎料填充体及高温金属层进行热扩散处理，直至低熔点钎料填充体全部融化后与高温金属层形成金属间化合物层。所述步骤d中，通过将衬底插入熔融的低熔点钎料熔池或在真空环境下灌封熔融的低熔点钎料，以在通孔内形成所需的低熔点钎料填充体。所述衬底的材料包括硅、砷化镓，氮化镓或玻璃。所述步骤f中，通孔内包括残余金属层或高温金属相，所述高温金属相的熔点高于300度，高温金属相包括Ag3Sru Cu6Sn5、富Pb相或富 Bi相。所述步骤b中，衬底为导体或半导体衬底时，在衬底表面淀积绝缘层，所述绝缘层覆盖于衬底的表面并覆盖通孔的内壁表面；当衬底及通孔内形成绝缘层后，粘附层覆盖衬底及通孔内绝缘层的表面。所述绝缘层的材料为SiO2, SixN1-X中的一种或几种。所述高温金属层为Cu、Ni、Ag、Pd、Au或狗中材料的一种或几种。低熔点钎料填充体为Sn、In、SnAg, SnIn, SnBi、SnPb, SnAgCu, InAg, InSn 中材料的一种或几种。所述粘附层的材料为Ti、TiN或Ta。本专利技术的优点衬底内设有至少一个垂直贯通的通孔，通孔的内壁上生长有绝缘层，并在通孔内填充金属间化合物层，金属间化合物层与绝缘层间具有粘附层；通过金属间化合物层能够完成三维堆叠中所需的电连接，整个形成制作过程方便，降低了工艺复杂度及制作成本；从而能够在集成电路上制作垂直互连结构，也能够在无源基板上制作转接板，提高合格率，安全可靠。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术具有残留金属层与残留金属相的结构示意图。图3为本专利技术制作转接板后的使用状态图。图4 图10为本专利技术的具体工艺步骤剖视图，其中图4为在通孔内生长得到绝缘层后的剖视图。图5为在通孔内淀积得到粘附层后的剖视图。图6为在通孔内得到高温金属层后的剖视图。图7为在通孔内填充得到低熔点钎料填充体后的剖视图。图8为平整抛光后的结构示意图。图9为高温金属与低熔点钎料填充体热扩散后形成金属间化合物后的剖视图。图10为高温金属与低熔点钎料填充体热扩散后具有残余金属层后的剖视图。附图标记说明10-衬底、12-通孔、20-绝缘层、24-高温金属层、26-低熔点钎料填充体、30-粘附层、32-残余金属层、36-高温金属相及40-金属间化合物层。具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1、图2、图9和图10所示本专利技术中的垂直互连结构包括衬底10，所述衬底 10的材料为硅、砷化镓，氮化镓或玻璃，衬底10内设有至少一个垂直贯通穿透衬底10的通孔12。为了实现互连封装，当衬底10为导体或半导体材料时，通孔12的内壁上生长有绝缘层20，所述绝缘层20为SiO2, SixN1-X中的一种或几种。在内壁生长有绝缘层20的通孔12 内填充有金属间化合物层40，所述金属间化合物层40与绝缘层20间设有粘附层30，通过粘附层30能够使得金属间化合物层40在形成过程中能有效填充在通孔12内，金属间化合物层40填充满整个通孔12。粘附层30的材料为Ti、TiN或Ta。当衬底10为绝缘材料时， 通孔12内可以不设置绝缘层20，在通孔12内直接设置粘附层30。金属间化合物层40为通孔12内的高温金属层M与低熔点钎料填充体沈在经本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于大全，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：
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