[发明专利]一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺及结构

权利要求书

1.一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，该铜锡铜键合工艺在铜凸点表面利用倾斜溅射法沉积铜纳米棒，再基于铜纳米棒降低互连部分熔点及对键合共面性的要求，实现面向三维微互连的低温铜锡铜键合，将键合温度降至锡熔点以下仍能得到紧密的键合界面，键合温度最低降至60℃，该工艺还能降低对键合环境的要求，从真空或惰性气体降至空气环境，以减少键合过程产生的热变形和热应力，该工艺包括如下步骤：

1)在基片表面依次沉积绝缘层、粘附层和种子层；

2)在所述种子层上旋涂一层光刻胶，并在所述光刻胶上制作圆孔；

3)在所述圆孔中电镀铜，得到铜凸点；

4)去除所述光刻胶，利用湿法或干法腐蚀工艺去除暴露的种子层和粘附层；

5)在铜凸点表面及四周旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺暴露铜凸点的上表面；

6)利用步骤1)～5)得到两组结构相同的基片单元，在其中一组基片单元的铜凸点上表面电镀锡凸点，并去除光刻胶；在另一组基片单元的铜凸点上表面利用倾斜溅射法沉积铜纳米棒，并去除光刻胶；铜纳米棒的沉积工艺为：基片和靶材的夹角85°，溅射时间20min～40min，获得直径为100nm～200nm，垂直方向高度为300nm～600nm的倾斜分布的铜纳米棒，且铜纳米棒表面具有直径为10nm-20nm的微小铜纳米结构；

7)通过热压方式将所述锡凸点与所述铜纳米棒键合，以此方式，实现两组基片单元的键合。

2.如权利要求1所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述圆孔为一个或多个，单个圆孔的直径为5μm～200μm。

3.如权利要求1或2所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤3)中，铜凸点的高度不大于光刻胶厚度。

4.如权利要求1所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤5)中，光刻胶厚度大于铜凸点高度。

5.如权利要求4所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤7)中，键合的温度为60℃～400℃，压力为0.1MPa～20MPa，时间为1min～60min，键合环境为真空、惰性气体或空气环境。

6.一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，该铜锡铜键合结构在铜凸点表面利用倾斜溅射法沉积铜纳米棒，再基于铜纳米棒降低互连部分熔点及对键合共面性的要求，实现面向三维微互连的低温铜锡铜键合，将键合温度降至锡熔点以下仍能得到紧密的键合界面，键合温度最低降至60℃，所述键合结构包括两组结构相同的基片单元，所述基片单元包括基片(1)以及依次沉积在所述基片(1)表面的绝缘层(2)、粘附层(3)和种子层(4)，所述种子层(4)上电镀有铜凸点(6)；其中一组基片单元的所述铜凸点(6)上电镀有锡凸点(7)，另一组基片单元的所述铜凸点(6)上利用倾斜溅射法沉积有铜纳米棒(8)，所述铜纳米棒的沉积工艺为：基片和靶材的夹角85°，溅射时间20min～40min，获得直径为100nm～200nm，垂直方向高度为300nm～600nm的倾斜分布的铜纳米棒，且铜纳米棒表面具有直径为10nm-20nm的微小铜纳米结构，所述锡凸点(7)和铜纳米棒(8)通过热压方式进行键合。

7.如权利要求6所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，所述铜凸点(6)采用如下方式获得：在所述种子层(4)上旋涂一层光刻胶(5)，并在所述光刻胶(5)上制作圆孔；在所述圆孔中电镀铜，得到所述铜凸点(6)。

8.如权利要求7所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，采用如下方式在所述铜凸点(6)上电镀锡凸点(7)：首先，去除所述光刻胶，利用湿法或干法腐蚀工艺去除暴露的种子层(4)和粘附层(3)；然后，在所述铜凸点(6)表面及四周旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺暴露铜凸点(6)的上表面；最后，在所述铜凸点(6)的上表面电镀锡凸点(7)，并去除光刻胶。

9.如权利要求7所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，采用如下方式在所述铜凸点(6)上沉积铜纳米棒(8)：首先，去除所述光刻胶，利用湿法或干法腐蚀工艺去除暴露的种子层(4)和粘附层(3)；然后，在所述铜凸点(6)表面及四周旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺暴露铜凸点(6)的上表面；最后，在所述铜凸点(6)上沉积铜纳米棒(8)，并去除光刻胶。