一种位于不同平面电路间的垂直电连接结构及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种位于不同平面电路间的垂直电连接结构及其制作方法。所述垂直电连接结构包括第一绝缘层，所述第一绝缘层上具有多个通孔，所述通孔内设置有导体柱，所述导体柱的高度和通孔的深度相同，所述导体柱完全嵌入在第一绝缘层内。本发明专利技术位于不同平面电路之间的垂直电连接结构的生产成本低，通孔密度高，通孔位置精确，而且基板的材料和通孔中的导体材料选择范围也非常广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于集成电路

技术介绍
通常来说，大量的集成电路(IC)需要与其它集成电路互连。这些电路可以有不 同的类型和功能，也可以有相似的类型和功能。通过使用一块共同的基板，不同的集成电路可以在这块基板上直接实现互连。常见的基板被称为多芯片(MCM)模块或转接板。转接板可以支持内部的气体通道，目的是在最接近有源区的地方进行散热，从而提高系统的性能和可靠性。此外，三维(3D)的分立IC集成，是一个提高系统性能的方法。在某些情况下，在保持更高的性能与可靠性的前提下，分立IC集成可以在最小的体积下，最大化系统功能，并可以大大降低设计与生产的复杂度、材料的成本。大多数电路本质上都是三维的。例如，在互补型金属氧化物半导体器件中(CMOS)，在后道的集成工艺中，包含了与平面电路连接的垂直线路。同样，印刷电路板(PCB)也由许多平面电路与垂直方向上的通孔构成。利用一种电路结构就可以实现集成电路与PCB之间的系统化集成。这种中间的电路结构就是MCM模块或转接板。MCM模块或转接板可以实现不同芯片的集成，而之前这些芯片显然不能在不损害功能与性能的前提下进行集成，或者说之前的工艺在兼容性上不成熟。许多MCM模块与转接板的结构、用途及制备方法在申请日为1972年3月7日的美国专利 3648131, Kenneth P. Stuby of Wappinger Falls, New York, USA 中已有涉及，涉及的内容也包含把多个分立集成电路集成在MCM或转接板上，从而提高其功能及性能。一般的MCM或转接板技术可以分为两类第一类方法，利用减成-加成法形成垂直电连接，即在基板上形成孔洞之后，填入绝缘层、阻挡层、导电层，减成-加成法的应用可以参考硅通孔(TSV)或玻璃通孔(TGVl);第二类方法中，绝缘层和导电通孔用加成法制作，属于加成-加成法，加成-加成法的例子是嵌入玻璃基板中的导线(TGV2) [SCHOTT HermeS公司]，加成-加成工艺的另一个例子是用加成-加成法在金属基板中制作与基板电绝缘的通孔，称为金属通孔(TMV)，也就是先制作带有孔洞的金属基板，然后在孔洞侧壁生长一定厚度的绝缘层，最后在孔洞内部沉积金属获得导电通孔的结构。减成-加成法的缺点是对于硅通孔(TSV)，制造成本高，这是因为生产厂家需要特定的工艺设备并且工艺设备根据填入材料的不同，如铜或钨，也有很多区别。玻璃通孔(TGV1)并不需要绝缘层，但玻璃材料精细度不够，难以在其内部形成质量很好的孔洞，高密度的垂直互连往往很难达到。纯加法工艺，也就是TGV2所描述的将导线直接嵌入玻璃中，也存在着缺陷通孔密度低，导线线径过大，导线排布位置不确定。金属通孔TMV则可以应用在刚硬的基板上，比如MCM或转接板，作为多层集成工艺中的金属薄膜，实际上却并不是作为一个独立的基板，而是利用其内部的气体通道对IC进行有效散热。因此，现在急需要一种工艺，可以同时满足基板设计中的高密度通孔制作或低密度通孔制作的要求。另外，通孔的位置也能够按照设计精确定位。此外，这种工艺中基板的材料和通孔中的导体材料的也需要有广阔的选择空间。
技术实现思路
本专利技术针对现有工艺急需改进的需求，提供。 本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下一种位于不同平面电路间的垂直电连接结构包括第一绝缘层，所述第一绝缘层上具有多个通孔，所述通孔内设置有导体柱，所述导体柱的高度和通孔的深度相同，所述导体柱完全嵌入在第一绝缘层内。上述结构可以直接与上层或下层的有源或无源的器件进行键合。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，任意所述两个导体柱之间通过第一传输线电连接，所述第一传输线嵌入在第一绝缘层内并暴露于外界中，或者任意一个所述导体柱电连接有第二传输线，所述第二传输线嵌入在第一绝缘层内并暴露于外界中，所述第二传输线通过同层的焊盘与上方的有源或无源器件电连接。进一步，还包括设置于所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述导体柱的一端嵌入在第一绝缘层，另一端嵌入在第二绝缘层内；任意两个所述导体柱之间通过第一传输线电连接，所述第一传输线位于第一绝缘层内，所述第一传输线的上表面和第二绝缘层相接触，或者任意一个所述导体柱电连接有第二传输线，所述第二传输线位于第一绝缘层内，所述第二传输线的上表面和第二绝缘层相接触，所述第二传输线通过同层的焊盘与上方的有源或无源器件电连接。所述第一绝缘层和第二绝缘层的成分可以相同，也可以不同。所述第一绝缘层和第二绝缘层的成分分别为氧化物玻璃、氟化物玻璃、聚醚砜、聚醚醚酮或者聚醚酰亚胺等材料。进一步，所述导体柱由铜、镍、铬、金、银、锡、锌、钼、镉或者镍钨合金制成，所述导体柱为圆柱形，所述导体柱的直径为10微米 100微米，相邻两个导体柱的中心距为15微米 150微米,所述导体柱包括一个电解沉积的金属核心与多个表面层，所述表面层的材料为耐火金属材料、非耐火金属材料、有机绝缘体材料或者无机绝缘体材料。本专利技术还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下一种位于不同平面电路间的垂直电连接结构的制作方法包括 步骤a :在支撑晶圆上形成牺牲层； 步骤b :在所述牺牲层上形成导电层； 步骤c :在所述导电层上形成多个导体柱； 步骤d:在所述多个导体柱的间隙内填充绝缘材料形成第一绝缘层，使导体柱完全嵌入在第一绝缘层内；步骤e:去除牺牲层和导电层。进一步，所述步骤c进一步包括在所述导电层上形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层上形成多个孔洞，并使一个孔洞内的导电层通过位于第一绝缘层表面的第一传输线和另一个孔洞内的导电层形成电连接，或者通过和第二传输线同层的焊盘与上方的有源或无源器件相连，再在每个孔洞内形成导体柱，使所述导体柱的一端嵌入在第二绝缘层内，另一端伸出并暴露于第二绝缘层外。所述第二绝缘层也可以采用TE0S、热氧、PECVD等工艺制作，所述第二绝缘层并未移除，所述第一传输线和第二传输线为带状线。进一步，还包括步骤f :移除所述第二绝缘层，暴露出第一传输线和第二传输线。所述第二绝缘层可以采用化学机械抛光去除，第二绝缘层去除 后暴露出第一传输线和第二传输线，所述第一传输线和第二传输线成为微带线。进一步，所述步骤a中的牺牲层为热分解薄膜，由热分解温度大于420°C的有机聚合物或者高碳量的无机聚合物构成。进一步，实施所述步骤d的装置包括注射成型部，位于所述注射成型部的下方并和其相连的夹持部，位于所述夹持部的下方并和其相连的支撑部；所述注射成型部上设有加热单元，注射成型部包括主通道、次通道以及与所述主通道相连通的喷嘴通道；所述夹持部上具有间隔环和保持环，夹持部包括沉积腔，所述沉积腔和喷嘴通道相连通，经加热单元加热后熔融的绝缘材料通过喷嘴通道注射进沉积腔，使经步骤c后制成的结构中多个导体柱的间隙内填充绝缘材料形成第一绝缘层；所述支撑部上具有加热装置、冷却通道和超声传感器。进一步，所述支撑晶圆包括第一处理晶圆和第二处理晶圆，所述第一处理晶圆的表面具有由其表面粗糙度形成的逃逸通道，所述第一处理晶圆的内部具有逃逸孔和第一排气孔，所述逃逸通道和逃逸孔相连通，所述第一排气孔和逃逸孔相连通；所述第二处理晶圆的内部具有第二排气孔和第三排气孔，所述第二排气孔和第一排气孔相连通，所述第三排气孔和第二排气孔相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种位于不同平面电路间的垂直电连接结构，其特征在于，所述垂直电连接结构包括第一绝缘层，所述第一绝缘层上具有多个通孔，所述通孔内设置有导体柱，所述导体柱的高度和通孔的深度相同，所述导体柱完全嵌入在第一绝缘层内。2.根据权利要求I所述的位于不同平面电路间的垂直电连接结构，其特征在于，任意所述两个导体柱之间通过第一传输线电连接，所述第一传输线嵌入在第一绝缘层内并暴露于外界中，或者任意一个所述导体柱电连接有第二传输线，所述第二传输线嵌入在第一绝缘层内并暴露于外界中，所述第二传输线通过同层的焊盘与上方的有源或无源器件电连接。3.根据权利要求I所述的位于不同平面电路间的垂直电连接结构，其特征在于，还包 括设置于所述第一绝缘层上的第二绝缘层，所述导体柱的一端嵌入在第一绝缘层，另一端嵌入在第二绝缘层内；任意两个所述导体柱之间通过第一传输线电连接，所述第一传输线位于第一绝缘层内，所述第一传输线的上表面和第二绝缘层相接触，或者任意一个所述导体柱电连接有第二传输线，所述第二传输线位于第一绝缘层内，所述第二传输线的上表面和第二绝缘层相接触，所述第二传输线通过同层的焊盘与上方的有源或无源器件电连接。4.根据权利要求I至3任一所述的位于不同平面电路间的垂直电连接结构，其特征在于，所述导体柱由铜、镍、铬、金、银、锡、锌、钼、镉或者镍钨合金制成，所述导体柱为圆柱形，所述导体柱的直径为10微米 100微米，相邻两个导体柱的中心距为15微米 150微米，所述导体柱包括一个电解沉积的金属核心与多个表面层，所述表面层的材料为耐火金属材料、非耐火金属材料、有机绝缘体材料或者无机绝缘体材料。5.一种位于不同平面电路间的垂直电连接结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括 步骤a :在支撑晶圆上形成牺牲层； 步骤b :在所述牺牲层上形成导电层； 步骤c :在所述导电层上形成多个导体柱； 步骤d :在所述多个导体柱的间隙内填充绝缘材料形成第一绝缘层，使导体柱完全嵌入在第一绝缘层内； 步骤e:去除牺牲层和导电层。6.根据权利要求5所述的位于不同平面电路间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔吉多蒂，于大全，王启东，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：