[发明专利]一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺及结构

说明书

本发明公开了一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺及结构，该工艺包括：在基片表面依次沉积绝缘层、粘附层和种子层；在种子层上旋涂一层光刻胶，并在光刻胶上制作圆孔；在圆孔中电镀铜获得铜凸点；去除光刻胶，并去除暴露的种子层和粘附层；在铜凸点表面及四周旋涂光刻胶，然后暴露铜凸点上表面；利用上述步骤得到两组基片单元，一组基片单元的铜凸点上电镀锡凸点，并去除光刻胶；另一组基片单元的铜凸点上沉积铜纳米棒，并去除光刻胶；通过热压方式将将两组基片单元键合。所述铜锡铜键合结构由上述键合工艺获得。本发明将铜纳米棒应用于铜锡铜键合，能有效降低键合温度并得到紧密的键合面，制备工艺简单可控，成本低，具有极大的应用价值。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，更具体地，涉及一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺及结构。

背景技术

集成电路(IC)的持续高速发展不断引发各领域产品的变革并创造社会新需求，在国家安全、高端制造、网络通讯等重要领域起着关键的支撑作用。随着特征尺寸进入到20/14nm技术节点，IC制造前道工艺以极紫外光刻为主体的技术路线已明朗化，出现大量密集的互连微通道，触发在后道互连方式和封装技术上的全面变革，三维集成成为提升器件性能和性价比的必然选择。

三维集成是将不同功能的芯片集成到一个系统中，芯片之间通过密集的微通道实现三维空间垂直互连，其中，微凸点互连是三维集成的关键技术。随着封装密度的增加以及特征尺寸的进一步降低，微凸点尺寸不断减少，键合界面厚度也被要求进一步降低，低温键合技术由于可以降低键合温度和压力，满足温度敏感器件的需求，将成为三维集成互连新的发展趋势。

铜锡铜共晶键合是低温互连的一种方式，其利用高熔点金属(铜)和低熔点金属(锡)在低于共晶温度下熔合为合金并固化，把需要连接的器件粘结在一起。上述连接方式由于低熔点金属的存在降低了键合时对键合表面的质量要求，同时不需要高真空环境和退火过程，因此在三维集成中得到广泛应用。然而，目前该技术的键合温度一般为260～320℃，略高于锡的熔点，如何改进该技术以进一步降低互连温度以及对键合环境的要求仍是一个挑战。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺及结构，其中通过倾斜溅射在铜凸点表面沉积获得铜纳米棒，将该铜纳米棒直接应用于铜锡铜键合，利用铜纳米棒和锡的低熔点，以及铜纳米棒的表面高活性，以降低键合温度，并且降低了对键合环境的要求，该工艺及结构制备工艺简单可控，可重复性好，无需复杂的设备，成本低，具有极大的应用价值。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，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；

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。

作为进一步优选地，所述圆孔为一个或多个，单个圆孔的直径为5μm～200μm。

作为进一步优选地，所述步骤3)中，铜凸点的高度不大于光刻胶厚度。

作为进一步优选地，所述步骤5)中，光刻胶厚度大于铜凸点高度。