3D电子封装有机绝缘层的水相自组装成膜方法研究

At present, in electronic packaging and MEMS device packaging, there are two methods to fabricate dielectric film of micro-interconnection. One is PECVD, which fabricate SiO2 dielectric film. The other is spin-coating, which fabricate organic dielectric film. however, for high density TSV 3D electronic packaging and MEMS device packaging with more complicated geometrical shape, these two methods are difficult to fabricate high step coverage and uniform thickness. therefore, it is important to develop a method to fabricate ultrathin and high conformal organic dielectric film. In this project, based on the basic theory of electrochemical and chemical grafting in water solution, a self-assembled method is exploited. This method can fabricate high conformal, uniform and controlled organic dielectric film, and it is suitable for micro-channel with complicated geometrical shape. The step coverage of organic dielectric film prepared by this method is approximated to 100%. In addition, this method has many other advanteges, such as low cost. The main research contents are: 1) aiming at applicating in TSV with small diameter and high aspect ratio, a chemical grafting technology in water solution is investegated at Si surface with higher electrical resisitivity; 2) aiming at applicating in MEMS device packaging with complicated geometrical shape, a electrochemical grafting method in water solution is investigated at Si surface with lower electrical resisitivity.

目前在电子封装与MEMS器件封装中，微互连绝缘介质膜的成形主要有两种：一是基于PECVD法的SiO2绝缘膜，二是采用旋涂技术的有机绝缘膜。但面对几何形状更为复杂的高密度TSV-3D电子封装与MEMS器件加工集成，上述传统方法在保形性、厚度均匀性等方面已无法满足其要求。因此，面向未来复杂几何形状的3D电子封装和MEMS器件加工集成，研究开发一种具有超薄高保形绝缘层的精密成形方法显得极为重要。对此，本项目基于水溶液中电化学和化学接枝的基本原理，拟研究开发一种具有高保形、均匀可控，适合复杂几何形状微互连通道的有机绝缘层水相自组装成膜方法。该方法保形性将接近100%，且成本低廉。主要研究内容包括：1）以小孔径、大深宽比TSV封装为应用目标，研究适用于高阻硅片的有机绝缘膜水相化学接枝成膜新技术；2）以几何形状复杂的硅基MEMS器件加工集成为应用目标，研究低阻硅片的有机绝缘膜水相电化学接枝成膜新技术。

面向未来复杂几何形状的3D电子封装和MEMS器件加工集成，研究开发一种具有超薄高保形绝缘层的精密成形方法显得极为重要。本项目提出了一种基于原位生长的可实现高覆盖率的有机绝缘膜水相化学接枝新方法，并成功制备出具有高覆盖率高致密性的聚甲基丙烯酸甲酯及聚丙烯酸有机绝缘膜。为了利用该方法进一步增加接枝种类，提高有机绝缘膜的性能，扩展其应用范围，本研究在此基础上，针对多种单体接枝、复合单体接枝、接枝反应机制、成膜后热处理改性、有机膜性能及在直径3μm、深30μm的小尺寸高深宽比TSV和晶圆级大面积制备等做了更为深入系统的研究，并在制备工艺、成膜理论、薄膜改性、应用探索等多方面取得了重要进展。具体包括：（1）针对水相化学接枝有机绝缘膜中存在的水汽、弱键结合及不稳定结构，提出使用热处理对有机膜进行改性以提升稳定性。（2）为扩展化学接枝有机绝缘膜技术的应用范围，改善有机膜结构单一、接枝薄膜稳定性差的问题，提出采用多元单体共聚化学接枝有机膜，实现对有机膜性能的改善与调控。（3）为了克服水相化学接枝技术对单体种类的限制，进一步扩展化学接枝有机绝缘膜技术的应用范围，提出混合溶剂化学接枝有机绝缘膜技术。（4）并将化学接枝-热处理复合工艺、多元水相共聚化学接枝有机膜技术、混合溶剂化学接枝有机膜技术应用于直径3μm、深30μm的小尺寸、高深宽比TSV，为工业化生产应用提供了理论与实验基础。（5）开展了低介电常数无氟纳米级孔洞有机薄膜的创新型研究，制备的有机薄膜在600～1700nm波长范围内的平均介电常数为2.12，低于近期文献报道的一些低介电材料和传统材料，在未来更高频通信领域具有广阔的应用前景。除上述技术成果外，该项目的成果还包括：（1）发表学术论文6篇，申请发明专利7项；（2）培养博士生2名、硕士生5名。