背景

技術領域

本說明書通常涉及穿通玻璃通孔(through glass via)的制造，且更具體地，涉及用于制造穿通玻璃通孔的蝕刻工藝。

技術背景

穿通襯底通孔提供了物理電子電路或芯片中的多個層之間的電連接。例如，在三維堆疊的集成電路中，穿通襯底通孔垂直地且水平地實現了電子部件的集成。傳統上，穿通襯底通孔采用硅襯底。然而，因為玻璃比硅更便宜，所以玻璃襯底在電子器件中正變得更加流行。

雖然玻璃的降低的成本、靈活的熱膨脹系數以及固有的絕緣特性使得玻璃作為襯底的選擇成為有吸引力的選項，但是使用玻璃的呈現出若干挑戰。具體而言，使用玻璃襯底的一個挑戰在于在制造工藝期間處理合適地薄的玻璃片。另一個挑戰在于，在入口孔洞處不使玻璃破裂且不會不利地影響通孔的金屬化的情況下，在玻璃襯底中以高速率形成孔洞。

因此，存在對于形成穿通玻璃通孔的替代方法的需要，所述方法增強可制造性并實現通孔的可靠金屬化。

技術實現要素：

根據一個實施例，用于在襯底中制造多個通孔的方法包括：使用接合層將包括多個孔洞的襯底的第一面接合到載體的第一面。所述接合層在襯底的第一面與載體的第一面之間具有厚度t，并從且玻璃襯底的第一面延伸到多個孔洞中的至少一些孔洞內至深度h。所述方法還包括：通過襯底中的多個孔洞將接合層蝕刻至深度d。所述深度d小于厚度t與深度h之和。所述方法還包括：用材料填充多個孔洞以形成多個通孔。

在另一個實施例中，用于在襯底中制造多個通孔的方法包括：將包括多個孔洞的襯底的第一面接合至載體的第一面；使用濕法蝕刻工藝通過襯底中的多個孔洞將接合層蝕刻至深度d；用導電材料填充多個孔洞以在襯底中形成多個通孔；以及將包括多個通孔的玻璃襯底從接合層以及載體去接合。襯底的第一面通過接合層被接合至玻璃載體。所述接合層在襯底的第一面與載體的第一面之間具有厚度t，并且深度d是從襯底的第一面測量到的。深度d小于厚度t。導電材料以深度d延伸到接合層內，使得當襯底從接合層以及載體去接合時，導電材料從襯底的第一面突出。

在另一個實施例中，用于在襯底中制造多個通孔的方法包括：通過接合層將包括多個孔洞的襯底的第一面接合至載體的第一面；使用干法蝕刻工藝將接合層蝕刻至深度d；用導電材料填充多個孔洞以在襯底中形成多個通孔；以及將包括多個通孔的襯底從接合層以及載體去接合。所述接合層在襯底的第一面與載體的第一面之間具有厚度t。深度d是從襯底的第一面測量到的，并等于厚度t。載體的第一面是干法蝕刻工藝的停止層(stop layer)。當將襯底從接合層以及載體去接合時，導電材料形成從襯底的第一面延伸長度l的柱，其中，所述長度l等于接合層層的厚度t。

以下的詳細描述將闡述附加的特征和優點，這些特征和優點部分地對于本領域的技術人員來說根據該描述將是顯而易見的，或者通過實施本文所述的實施例可認識到，包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖。

應當理解的是，以上一般描述和以下詳細描述兩者描述了各實施例，并且它們旨在提供用于理解所要求保護的主題的本質和特性的概觀或框架。包括了附圖以提供對各個實施例的進一步的理解，并且附圖被結合到本說明書中并構成說明書的一部分。附圖示出本文所述的各個實施例，并與說明書一起用于說明所要求保護的主題的原理和操作。

附圖說明

圖1示意性描繪了根據一個或多個實施例的玻璃襯底，所述玻璃襯底包括通過接合層而接合至玻璃載體的多個孔洞；

圖2示意性描繪了根據一個或多個實施例的、通過圖1中描繪的玻璃襯底中的多個孔洞來對接合層進行回蝕的工藝的橫截面；

圖3A示意性描繪了根據一個或多個實施例的、將接合層回蝕至深度d的工藝的橫截面，所述深度d等于玻璃襯底中的多個孔洞內的接合層的遠端面的高度h；

圖3B示意性描繪了根據一個或多個實施例的、將接合層回蝕至延伸到接合層內的長度l的深度d的工藝的橫截面；

圖3C示意性描繪了根據一個或多個實施例的、將接合層回蝕至深度d的工藝的橫截面，所述深度d等于玻璃襯底中多個孔洞內的接合層的遠端面的高度h與進入接合層內的長度l之和；

圖4A示意性描繪了根據一個或多個實施例的金屬填充工藝的橫截面，其中導電材料形成具有蘑菇形狀的多個通孔；

圖4B示意性描繪了根據一個或多個實施例的金屬填充工藝的橫截面，其中導電材料形成具有柱狀的多個通孔；

圖4C示意性描繪了根據一個或多個實施例的金屬填充工藝的橫截面，其中導電材料形成具有柱狀的多個通孔；

圖5A示意性描繪了根據圖4A中所示的實施的、對具有多個蘑菇形狀通孔的玻璃襯底的去接合工藝的橫截面；

圖5B示意性描繪了根據圖4B中所示的實施的、對具有多個柱狀通孔的玻璃襯底的去接合工藝的橫截面；以及

圖5C示意性描繪了根據圖4C中所示的實施的、對具有多個柱狀通孔的玻璃襯底的去接合工藝的橫截面。

具體實施方式

現在將詳細地參照各個實施例，在附圖中示出了這些實施例的示例。在可能時，將在所有附圖中使用相同的附圖標號來指示相同或類似的部件。圖1中示出了在本公開的方法中使用的部件的一個實施例，并且該部件一般通篇通過附圖標記100來指定。所述部件一般可包括玻璃襯底，所述玻璃襯底包括通過接合層被接合至玻璃載體的多個孔洞。接合層可通過多個孔洞被蝕刻，用導電材料來填充，并且玻璃襯底可從玻璃載體去接合。

本公開的方法使得穿通玻璃通孔能夠被制造在玻璃襯底中，盡管存在與玻璃襯底的處理相關聯的挑戰。例如，通過將玻璃襯底接合至玻璃載體，可緩和與處理薄玻璃襯底相關聯的的挑戰。此外，各個實施例在導致更有效的金屬化時可利用現有的半導體工藝以及工藝流程。

在圖1中示出的實施例中，包括多個孔洞104的玻璃襯底102通過接合層108被接合至玻璃載體106。玻璃襯底102可例如用作插入器以提供三維芯片內的電連接。玻璃襯底102包括第一面110以及與第一面110相對的第二面112。類似地，玻璃載體106包括第一面114以及與第一面114相對的第二面116。玻璃載體106可使制造商能夠在不改變他們現有的制造工藝或設施的情況下減小玻璃襯底102的厚度。當在玻璃襯底102內形成通孔之后，玻璃襯底102與玻璃載體106分開，并且玻璃載體106可被丟棄或在對后續的玻璃襯底的處理中可重新使用玻璃載體106。玻璃襯底102的第一面110與玻璃載體106的第一面114分開接合層105的厚度t。

玻璃襯底102的成分以及尺度不具體地受限，并且基于玻璃襯底102的期望的終端用途來選擇。玻璃襯底102可以是例如由康寧公司制造的Eagle XG玻璃，或代碼2318玻璃，等等。此外，玻璃襯底102可以是例如具有4英寸、6英寸、8英寸或12英寸直徑的晶片形狀。可替代地，玻璃襯底102可以是具有適合其終端用途的任何尺寸的形式。玻璃襯底102的厚度也可取決于其終端用途而改變。例如，玻璃襯底102可具有以下厚度：從大約30μm到大約1000μm、從大約40μm到大約500μm、從大約50μm到大約200μm、或大約100μm。在各個實施例中，玻璃襯底102具有小于或等于約100μm的厚度。在一些實施例中，玻璃襯底102具有小于100μm的厚度。應理解的是，可利用任何合適厚度的玻璃襯底。

可通過任何合適的方法在玻璃襯底102中形成多個孔洞104。例如，在各個實施例中，使用脈沖激光束在玻璃襯底102中鉆出多個孔洞104。激光束可以是具有能夠對犧牲覆蓋層及玻璃襯底102進行鉆孔的光學特性的任何激光束，諸如，三倍頻釹摻雜釔原釩酸鹽(Nd:YVO₄)激光器的紫外(UV)激光束，其發射大約355nm的波長。激光器可在預定位置處產生脈沖，以在玻璃襯底102中形成多個孔洞104的每一個。在一些實施例中，還可對多個孔洞進行機械加工。

如圖1中所示，玻璃襯底102被接合至玻璃載體106。可使用各種粘合材料來對玻璃襯底102以及玻璃載體106進行接合，并且可以是或可以不是UV可固化粘合劑。接合層可以是從TOK、BS、3M或杜邦(DuPont)公司商業可購得的粘合劑，包括但不限于3M UV可固化粘合劑LC-3200、3M UV可固化粘合劑LC-4200、或3M UV可固化粘合劑LC-5200。在各個實施例中，粘合劑施加至玻璃襯底102的第一面110與玻璃載體103的第一面114中的一個或施加至這兩者。使玻璃襯底102的第一面110與玻璃載體106的第一面114接觸。例如，可將粘合層旋涂到玻璃襯底的第一面110與玻璃載體106的第一面114中的一個上或旋涂到這兩者上。可將壓力和/或熱施加至玻璃襯底102和玻璃載體106，以通過接合層108對玻璃襯底102與玻璃載體106進行接合。

在各個實施例中，在接合期間將壓力施加至玻璃襯底102和玻璃載體106使得接合層108延伸到多個孔洞104中的至少一些內，從而形成粘合插塞(adhesive plug)118。如圖1中所示，粘合插塞118延伸到多個孔洞104內至高度h，如從玻璃襯底102的第一面110到粘合插塞118的遠端面120所測量到的。因此，粘合層108可在玻璃襯底的第一面110與玻璃載體106的第一面114之間具有厚度t，以及在多個孔洞104內具有t加h的厚度，如從粘合插塞118的遠端面120到玻璃載體106的第一面114所測量到的。

在玻璃襯底102被接合到玻璃載體106后，采用回蝕工藝來移除粘合插塞118。通過移除樹脂和玻璃纖維從多個通孔104內移除粘合插塞118用于進一步使多個孔洞104成形，使得當用導電材料填充多個孔洞時，導電材料可平整地且完全地涂覆孔洞的內部，因此形成玻璃襯底的任一側上的多個層之間的有效連接。

如圖2中所示，通過玻璃襯底102的第二表面112處的多個孔洞104來引入蝕刻劑200。蝕刻工藝不具體地受限，并且可包括濕法蝕刻工藝或干法蝕刻工藝。

在各個實施例中，采用濕法蝕刻工藝來對接合層108進行回蝕。在這樣的實施例中，蝕刻劑200可以是蝕刻溶劑。可通過多個孔洞104將接合層108暴露于蝕刻溶劑.玻璃襯底102用作用于蝕刻工藝的硬掩模。例如，每個粘合插塞118以及從粘合插塞118延伸至玻璃載體106的第一面114的接合層108的多個部分可被暴露于蝕刻劑200，而玻璃襯底102的第一面110與玻璃載體106的第一面114之間沒有孔洞的、接合層108的多個部分可不被暴露于蝕刻劑200。因此，延伸至多個孔洞104內的接合層108的多個部分(構成粘合插塞118)以及粘合插塞118與玻璃載體106的第一面114之間的接合層108的多個部分可被蝕刻掉，而接合層108的其他部分保留下來。

蝕刻溶劑可包括但不限于以下各項中的至少一者：氫氟酸、氟化銨、硝酸、醋酸、丙酮、或上述各項的組合。在各個實施例中，蝕刻溶劑可包括緩沖氧化物蝕刻(即，BOE、緩沖的HF、或BHF)或丙酮。可采用其他蝕刻溶劑，取決于接合層中的特定粘合材料以及玻璃襯底102和玻璃載體106的特定玻璃成分。具體而言，合適的蝕刻溶劑在接合層108與玻璃襯底102的玻璃以及玻璃載體106之間具有高選擇性。可將蝕刻溶劑噴涂到玻璃襯底102上，或可將部件100浸入蝕刻溶劑中。

在其他實施例中，采用干法蝕刻工藝來對接合層108進行回蝕。在這樣的實施例中，可利用等離子體蝕刻器，以便使用從含O₂或含氬氣的氣體中產生的等離子體對接合層108進行回蝕。可采用其他干法蝕刻工藝。干法蝕刻工藝可通過時間來控制，或者在蝕刻到達玻璃載體106時可停止干法蝕刻工藝。

無論使用濕法蝕刻工藝還是干法蝕刻工藝來執行蝕刻，都通過粘合插塞118的遠端面120對多個孔洞104內的接合層108進行回蝕，使得粘合插塞118被移除，如圖2所示。蝕刻工藝的持續時間不受限，并且可基于蝕刻速率以及期望的回蝕深度而確定。

如圖3A-3C中所示，在各個實施例中，通過多個孔洞104將接合層108回蝕至深度d。如本文所使用，深度d表示從粘合插塞118的遠端面120進入接合層108的深度(例如，深度h加上厚度t的至少一部分之和)。例如，當回蝕工藝用于僅回蝕構成粘合插塞118的粘合劑，而不蝕刻超過玻璃襯底102的第一面110的接合層108的粘合材料時，深度d等于粘合插塞118的高度h，如圖3A中所示。在一些實施例中，諸如接合層108不延伸至多個孔洞104中的情況下，深度d小于或等于接合層108的厚度t，如圖3B中所示。當回蝕工藝用于對粘合插塞118進行回蝕，并且進一步至少部分地蝕穿接合層108的厚度t時，深度d等于高度h加上厚度t的一部分之和，如圖3C中所示。在各個實施例中，長度l表示蝕刻延伸到接合層108內的長度，如從玻璃襯底102的第一面110測量到的。例如，在圖3B中，長度l等于深度d，因為沒有粘合插塞(例如，高度h等于0)。在圖3C中，長度l等于深度d的與高度h之間的差。因此，深度d等于粘合插塞的高度h(如果有的話)與長度l之和。

一旦完成蝕刻工藝，就用導電材料填充多個孔洞104。作為示例而非限制，導電材料可以是銅、銀、鋁、鎳、上述各項的合金以及上述各項的組合。在一些實施例中，可用諸如銅合金之類的含銅的材料來填充多個孔洞104。

填充工藝可以是任何合適的金屬填充工藝，包括但不限于，波峰焊接工藝、將焊膏物理地放置到多個孔洞內、真空焊接技術、或本領域中已知或使用的其他金屬填充技術。在一些實施例中，可使用物理氣相沉積(PVD，或濺射)工藝或化學氣相沉積工藝，以便用導電材料來涂覆多個孔洞104的內壁，從而在用導電材料填充多個孔洞104之前形成導電層。在其他實施例中，導電層的沉積可包括無電鍍覆工藝或電解鍍覆工藝。在這樣的實施例中，可在對導電材料進行電鍍之前在多個孔洞104的內壁上形成籽層(seed layer)。例如，可沉積籽層，繼之以銅沉積工藝，以在多個孔洞104的內壁上形成導電層。雖然一些填充工藝可包括在填充多個孔洞104之前形成導電層，但是在一些實施例中，導電層的形成可以不是必須的。例如，當采用真空方法來填充多個孔洞104時，可消除導電層的電鍍。

圖4A-4C示意性描繪了用導電材料來填充多個通孔104的工藝的橫截面。當用導電材料來填充多個通孔104時，導電材料可完全填充被回蝕的接合層108的部分以及多個孔洞104。導電材料的至少部分可從玻璃襯底102的第一面110突出，延伸到接合層108內至長度l，從而在玻璃襯底102中形成多個通孔400。如圖4A中所示，在一些實施例中，諸如當使用濕法蝕刻工藝時，導電材料可填充由蝕刻工藝創建的蘑菇形狀的空隙，使得通孔400包括從玻璃襯底102的第一面110突出的導電材料的一部分。

在其他實施例中，諸如在圖4B與4C中描繪的實施例，蝕刻工藝可形成一個方向性空隙。例如，當采用干法蝕刻工藝時，可僅在單個方向上蝕刻接合層，使得空隙將不會橫向地擴展超過玻璃襯底102的第一面110。因此，導電材料可形成柱狀空隙，從而導致柱狀通孔400，如圖4B和圖4C中所示。換言之，通孔400可具有圓柱的形狀，所述圓柱的形狀具有在基本垂直于玻璃襯底102的第一面110的方向上從玻璃襯底102的第一面110延伸的基本平行的側。在干法蝕刻工藝將玻璃載體106的第一面114用作停止層的實施例中，將接合層108蝕刻至長度l，所述長度l等于接合層108的厚度t，并且柱狀通孔400可從玻璃襯底102的第一面100延伸長度l，如圖4B中所示。當通過時間來控制干法蝕刻工藝時，接合層108可被回蝕到接合層108內至長度l，其中長度l小于接合層108的厚度t，并且柱狀通孔400可從玻璃襯底102的第一面100延伸長度l，如圖4C中所示。

一旦用導電材料400填充了多個孔洞104，玻璃襯底102可從接合層108以及玻璃載體106去接合，如圖5A-5C中所示。可使用任何合適的工藝來執行去接合。例如，在接合層108包含UV固化的粘合劑的實施例中，可使用激光來破壞粘合劑與玻璃襯底102之間的接合。可采用其他激光和烘烤方法來將接合層108與玻璃襯底102分開。替代地或另外地，可在使用激光將玻璃襯底102從玻璃載體106去接合之前的去接合工藝期間將切割膠帶施加至玻璃襯底102。在一些實施例中，可首先將玻璃載體106從接合層108去接合，隨后可將接合層108從包括多個通孔400的玻璃襯底102移除。

在各個實施例中，去接合工藝基本上不在包括多個通孔400的玻璃襯底102上留下粘合劑殘余。例如，去接合工藝可包括使用去膠膠帶(可從3M購得)將粘合劑從玻璃襯底102的第一面110剝除的步驟。

圖5A示出在去接合工藝期間的圖4A的實施例。具體而言，多個通孔400在玻璃襯底102被去接合時從玻璃襯底102的第一面110突出。在將接合層108蝕刻至長度l的實施例中，導電材料從玻璃襯底102的第一面110突出長度l。類似地，圖5B與圖5C分別示出在去接合工藝期間圖4B與圖4C的實施例。在圖5B與圖5C中，多個通孔400是柱狀的，并且從玻璃襯底102的第一面100延伸。在將接合層108蝕刻至接合層內至長度l的實施例中，柱從玻璃襯底102的第一面110延伸長度l。例如，在圖5B中，長度l等于接合層的厚度t。在圖5C中，長度l小于接合層的厚度t。

現在應理解的是，本公開的實施例使得穿通的玻璃通孔在利用半導體工業中現有的制造工藝時能夠形成在薄玻璃襯底中。具體而言，各個實施例使得玻璃襯底能夠可移除地耦合至玻璃載體以進行處理。在各個實施例中，接合層的回蝕通過減少甚至消除額外的掩模和/或停止層的需要來進一步利用玻璃襯底以及玻璃載體來簡化蝕刻工藝。

對本領域的技術人員顯而易見的是，可對本文描述的實施例作出各種修改和變化而不背離要求保護的主題的精神和范圍。由此，旨在使說明書覆蓋本文描述的各實施例的多種修正和變化，只要這些修正和變化落在所附權利要求書及其等效方案的范圍內。