一种基于自蔓延反应的微互连方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自蔓延反应的微互连方法，包括以下步骤：1)对基体A上的待键合表面进行表面处理，然后在该待键合表面上沉积自蔓延反应薄膜；2)对基体B上的待键合表面进行表面处理，然将该待键合表面压在基体A上的自蔓延反应薄膜上，所述基体A、自蔓延反应薄膜和基体B共同构成互连结构；3)在所述互连结构上施加压力进行预压；4)预压完成后，继续保持加压状态，然后引燃自蔓延反应薄膜，以完成基体A和基体B的互连，使基体A和基体B紧密连接在一起。本发明专利技术描述的键合连接技术，反应速率快，键合效率高，热影响区小，减小了对其他器件的热影响，提高了器件的可靠性，延长了工作寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子封装制造领域，更具体地，涉及到一种微互连方法。
技术介绍
随着对器件尺寸微小化和芯片高密度集成化要求的越来越高，传统的二维封装集成技术受摩尔定律的限制，已经趋近于物理极限，无法解决互连延时和功耗增加导致的性能和成本问题。三维堆叠集成及封装技术实现了芯片在垂直方向上的互连，延迟短、功耗低、效率高、集成密度高，成为了延续摩尔定律的唯一方法。而互连键合连接技术是实现三维集成及封装技术的关键技术之一。目前主要的键合连接技术有阳极键合、粘结键合、共晶键合、晶圆直接键合以及凸点键合等，其中后两者不仅可以实现电气互连，还能减小器件尺寸和降低工艺成本，是现在键合连接技术研究的热点。但是由于键合工艺使用的工艺温度较高，限制了热敏感材料的使用并且会对其他部件造成热损伤而影响寿命；包容性差，不适合于膨胀系数差别较大的异种材料的直接键合；要求真空或者惰性气氛环境，对键合设备要求高，工艺复杂。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于自蔓延反应的微互连方法，既能实现可靠的低温键合又能在空气中直接键合，又能键合同种材料也适合于异种材料的连接，使得人们在得到可靠的键合的同时，降低生产成本、提高生产效率、简化键合工艺。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种基于自蔓延反应的微互连方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对基体A上的待键合表面进行表面处理，然后在该待键合表面上直接或间接沉积自蔓延反应薄膜；2)对基体B上的待键合表面进行表面处理，然后将该待键合表面直接或间接堆叠在基体A上的自蔓延反应薄膜上，所述基体A、自蔓延反应薄膜和基体B共同构成互连结构；3)在所述互连结构上施加压力进行预压；4)预压完成后，继续保持加压状态，然后引燃自蔓延反应薄膜，以完成基体A和基体B的互连，使基体A和基体B固定连接在一起。优选地，所述基体A和/或基体B由Cu、Al、Au、Ag、Si或Al2O3制成。优选地，对基体A和/或基体B进行的表面处理为氩等离子体刻蚀、化学抛光或机械抛光，以降低基体A和/或基体B表面粗糙度及提高表面活性。优选地，对所述基体A和/或基体B上的待键合表面进行表面处理后，先沉积一层焊料，然后再在基体A的焊料上沉积所述自蔓延反应薄膜，其中，所述焊料为钎焊温度在200℃～650℃之间的焊料，所沉积的焊料的厚度不大于10μm。优选地，所述自蔓延反应薄膜由Al或硅与一种可以与之反应放热的过渡族金属交替沉积、层层堆叠形成，并且单层Al的厚度或单层硅的厚度与单层过渡族金属的厚度之和为80nm～300nm。优选地，所述自蔓延反应薄膜由两种能反应放热的过渡族金属交替沉积、层层堆叠形成，并且其中一种过渡族金属的单层厚度与另外一种过渡族金属的单层厚度之和为80nm～300nm。优选地，所述自蔓延反应薄膜的两种材料的单层厚度比使二者原子比符合二者反应产物原子比。优选地，所述自蔓延反应薄膜的总厚度为24μm～90μm。优选地，所述引燃自蔓延反应薄膜的方式可为电火花引燃、电弧引燃、加热引燃，激光引燃或微波引燃。优选地，步骤3)中预压时互连结构上的压强为10MPa～20MPa，预压时间为2min～10min。总体而言，通过本专利技术所述的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1)本专利技术描述的键合连接技术，反应速率快，键合效率高，热影响区小，减小了对其他器件的影响，提高了器件的可靠性，延长了工作寿命；2)本专利技术描述的键合连接技术不仅适合于同种材料的互连，也适合于物理性能差别较大的异种材料的连接，其低工艺温度还可用于热敏感型材料的连接；3)本专利技术描述的键合连接技术不需要真空设备和惰性气氛，在空气中即可完成键合，互连结构简单，工艺操作方便，引燃薄膜后不再需要外界能量输入，能耗低，降低了生产成本；4)本专利技术所述的键合连接技术可以使用其他技术所不宜使用的性能优异的中温钎焊料；5)本专利技术针对传统键合工艺的工艺温度高、设备要求高、工艺复杂的不足，提出了一种高效低廉的局部加热键合连接技术，既能实现可靠的低温键合又能在空气中直接键合，既能键合同种材料也适合于异种材料的连接，使得人们在得到可靠的键合的同时，降低了生产成本，提高了生产效率，简化了键合工艺流程。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1，本专利技术通过对键合界面进行去氧化和抛光等表面处理后，通过在基体界面上直接沉积焊料后再沉积自蔓延反应薄膜(视基体自身材料而定是否要沉积焊料)，或者直接沉积自蔓延反应薄膜，将待键合的两个基体对准堆叠，经过一定时间的预压后，引燃自蔓延反应薄膜，熔化焊料或使基体表面微熔，促进扩散完成键合。实施例11)对基体A的待键合表面进行表面处理，然后在该待键合表面上沉积自蔓延反应薄膜；2)对基体B的待键合表面进行表面处理，然将该待键合表面压在基体A上的自蔓延反应薄膜上，所述基体A、自蔓延反应薄膜和基体B共同构成互连结构；所述基体A和/或基体B由Cu、Al、Au、Ag制成；对基体A和/或基体B进行的表面处理为氩等离子体刻蚀、化学抛光或机械抛光；所述自蔓延反应薄膜的总厚度为24μm～30μm，该厚度决定了二者反应的放热量；作为一种优选，所述自蔓延反应薄膜由Al与一种能与之反应的过渡族金属(譬如Ti、Ni、Pd、Zr或Pt)交替沉积、层层堆叠形成，并且上述两种材料的单层厚度比使二者原子比应该符合反应产物原子比，二者单层厚度之和为80nm～100nm。作为更进一步的优选，自蔓延反应薄膜可以由Al与Ni交替沉积、层层堆叠形成，单层Al的厚度与单层Ni的厚度比为3:2，以保证其原子比为1:1，这样可以得到反应产物AlNi；另外，二者的单层厚度之和为80～100nm，该厚度决定了二者引燃所需的温度；3)在所述互连结构上施加压力进行预压；步骤3)中预压时互连结构上的压强为10MPa，预压时间为2min。4)预压完成后，继续保持加压状态，然后引燃自蔓延反应薄膜，以完成基体A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自蔓延反应的微互连方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对基体A上的待键合表面进行表面处理，然后在该待键合表面上直接或间接沉积自蔓延反应薄膜；2)对基体B上的待键合表面进行表面处理，然后将该待键合表面直接或间接堆叠在基体A上的自蔓延反应薄膜上，所述基体A、自蔓延反应薄膜和基体B共同构成互连结构；3)在所述互连结构上施加压力进行预压；4)预压完成后，继续保持加压状态，然后引燃自蔓延反应薄膜，以完成基体A和基体B的互连，使基体A和基体B固定连接在一起。

【技术特征摘要】
1.一种基于自蔓延反应的微互连方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对基体A上的待键合表面进行表面处理，然后在该待键合表面上直
接或间接沉积自蔓延反应薄膜；
2)对基体B上的待键合表面进行表面处理，然后将该待键合表面直接
或间接堆叠在基体A上的自蔓延反应薄膜上，所述基体A、自蔓延反应薄膜
和基体B共同构成互连结构；
3)在所述互连结构上施加压力进行预压；
4)预压完成后，继续保持加压状态，然后引燃自蔓延反应薄膜，以完
成基体A和基体B的互连，使基体A和基体B固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种基于自蔓延反应的微互连方法，其特征
在于，所述基体A和/或基体B由Cu、Al、Au、Ag、Si或Al2O3制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于自蔓延反应的微互连方法，其特征
在于，对基体A和/或基体B进行的表面处理为氩等离子体刻蚀、化学抛光
或机械抛光，以降低基体A和/或基体B表面粗糙度及提高表面活性。
4.根据权利要求1所述的一种基于自蔓延反应的微互连方法，其特征
在于，对所述基体A和/或基体B上的待键合表面进行表面处理后，先沉积
一层焊料，然后再在基体A的焊料上沉积所述自蔓延反应薄膜，其中，所
述焊料为钎焊温度在200℃～650℃之间的焊料，所沉积的焊料的厚度不大于
10μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤自荣，范金虎，史铁林，李俊杰，程朝亮，廖广兰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42