[发明专利]电性连接结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电性连接结构及其制备方法，尤指一种适用于三维集成电路用的电性连接结构及其制备方法。

背景技术

随着电子产业的蓬勃发展，对于具有体积小、重量轻、多功能且高性能的电子产品需求也日益增加。在目前集成电路的发展上，为了将多种有源元件及无源元件设于同一个装置上，现今多采用半导体封装技术，以达到在有限的单位面积下容纳更多数量的线路及电子元件的目的。

在封装基板或电路板的堆叠中，可使用焊料或铜膜进行堆叠。当使用一般的铜材料所做成的铜膜进行堆叠时，由于一般的铜材料晶格方向并无单一性，而形成方向性零散的小晶粒，因此接合前需进行多种如精细的表面抛光且刻蚀之前处理，而后再在限制多的环境(如，氮气、酸气)下，进行热压接合，此外，热压接合的温度需在300℃以上的温度下进行，此温度有可能会破坏电路板中的元件。另外，虽然已经有报导铜膜能在室温下接合，但是铜表面必须是原子级的平整，而且接合的环境必须是在10-8torr的超高真空内，因此无法量产。

如图1A所示，当两基板11，13以铜膜12，14进行接合时，若铜膜12，14的接合面不具有良好平整度时，容易在接合处产生接缝或空孔(如图1B所示)，而导致产品可靠度降低。

由于电子产业越趋精密，产品的接点也往更精细的方向发展，导致接点的接合面积也相对减少。同时，为了提升产品的可靠度，接合工艺也相对更加复杂。因此，若能发展出一种可减少工艺并防止接合处产生接缝的结构与制备方法，则可应用于各种半导体工艺上，特别是三维集成电路上，以提升产品的可靠度，同时也可以达到无须使用焊锡的目的，而可以降低产品成本。

发明内容

本发明的主要目的是在于提供一种电性连接结构，其两基板间的接点(特别是接面)具有很好的接着，只有少数的接缝或空孔，甚至没有接缝或孔洞，而不容易产生接点断裂的情形。

本发明的另一目的是在于提供一种电性连接结构的制备方法，以能制作出具有高度产品可靠度的电性连接结构。

为达成上述目的，本发明的用以电性连接一第一基板及一第二基板的电性连接结构的制备方法，包括下列步骤：(A)提供一第一基板及一第二基板，其中第一基板上设有一第一铜膜，第二基板上设有一第一金属膜，第一铜膜的一第一接合面为一含(111)面的接合面，且该第一金属膜具有一第二接合面；以及(B)将第一铜膜及第一金属膜相互接合以形成一接点，其中第一铜膜的第一接合面与第一金属膜的第二接合面相互对应。

通过上述制备方法，本发明的用以电性连接一第一基板及一第二基板的电性连接结构，包括：一第一基板；一第二基板；以及一接点，设于第一基板与第二基板间，其中该接点由一第一铜膜及一第一金属膜相互接合而成，且在第一铜膜与第一金属膜间的接面包括多个晶粒，而该晶粒沿着[111]晶轴方向堆叠而成。

在本发明中，所使用的第一铜膜具有高度[111]优选方向，此优选方向具有最高的自扩散速度，且其含(111)面的接合面具有最高的面堆积密度。在此，需特别强调的是，在本发明所提供的制备方法中，仅须第一铜膜具有[111]优选方向，而另一者可为无任何优选方向的铜膜或其他异质金属材料，即可形成少数的接缝或空孔，甚至没有接缝或孔洞的接点；即便第一铜膜为多晶铜而第一金属膜为多晶铜或其他异质金属材料，也可以达到此功效。其原因在于，当将至少一具有(111)接合面的铜膜形成于基板(例如，半导体芯片或电路基板等)上以作为电性连接媒介，因在(111)接合面处铜晶格方向规则排列，因此仅在低温下通过简单的压合工艺，也不易于接合处产生接缝或空孔。

此外，通过本发明的制备方法所制得的电性连接结构，第一铜膜与第一金属膜间的接合处(即，接面)可形成具有[111]优选方向的晶粒结构，且完全接合而无缝隙。由于接合的第一基板与第二基板间的接点无接缝，因此可减少接点断裂的风险，提升元件可靠度与使用寿命，并同时保留了铜的高导电性与高散热性。特别是，以本发明的制备方法所制得的电性连接结构，将铜与异质金属材料进行接合，仍可达到接点无接缝的目的。

在本发明中，第一金属膜的材料可与第一铜膜相同或不同，且优选为第一金属膜的材料选自由金、银、铂、镍、铜、钛、铝及钯所组成的群组。