一种铜-铜金属键合方法技术

本发明专利技术属于三维封装技术领域，具体涉及一种铜

【技术实现步骤摘要】
一种铜
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铜金属键合方法


[0001]本专利技术属于三维封装
，具体涉及一种铜
‑
铜金属键合方法。

技术介绍

[0002]集成电路(IC)制造是当今世界一个极为重要的产业，为了提高集成电路的性能和制造工艺，业界一直在不断进行研究。
[0003]在过去的几十年间，集成电路的发展一直遵循着摩尔定律，为了延续这个定律，芯片的制作工艺不断地提升。但是，随着芯片尺寸越来越小，生产工艺上的突破已是越来越困难，要实现更高集成度和小型化的电子产品，传统的二维封装技术已经不能满足需求，三维封装技术则是取代二维封装技术成为IC封装的重要研究对象。在三维封装技术中，键合是实现芯片垂直方向堆叠及各向电互连的关键技术，其中以铜
‑
铜金属键合实现芯片的堆叠是三维封装的研究核心。
[0004]目前铜
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铜金属的键合方式如下：(1)焊接。通过熔化和流动焊料(如：Sn/Ag/Cu，Sn/Au)结合在一起，形成较强的连接强度。(2)通过粘合剂连接，常用的粘合剂包括3种，如：各向同性导电粘合剂(ICA)，各向异性导电粘合剂(ACA)和非导电粘合剂(NCA)。
[0005]但是上述连接方式中，中间层(焊料和粘合剂)的存在会增多键合面和中间层或者两个键合面之间的孔隙，导致键合强度不佳。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铜
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铜金属键合方法，本专利技术提供的键合方法对于铜
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铜的键合强度较高。
[0007]本专利技术提供了一种铜
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铜金属键合方法，包括以下步骤：
[0008]在保护气氛下，利用水合肼对清洁的镀铜键合体的镀铜面进行预处理，得到待键合的镀铜键合体；所述预处理时，镀铜面的温度为50～90℃；
[0009]在保护气氛下，将待键合的镀铜键合体进行加压键合；所述加压键合的温度为200～300℃。
[0010]优选地，利用水合肼对所述镀铜面的预处理为：将保护气体通入水合肼溶液，所述保护气体携带水合肼分子接触镀铜面，进行预处理。
[0011]优选地，所述水合肼溶液的体积浓度为0.4～0.6％。
[0012]优选地，所述保护气体通入水合肼溶液的流速为100～300sccm。
[0013]优选地，所述加压键合的压力为500～600N，保温保压时间为10～20min。
[0014]优选地，所述清洁的镀铜键合体的获取方法包括：将镀铜键合体进行超声清洗。
[0015]优选地，所述超声清洗包括依次进行丙酮超声清洗、乙醇超声清洗和去离子水超声清洗。
[0016]优选地，所述保护气体为氮气。
[0017]优选地，所述镀铜键合体包括镀铜硅或镀铜碳化硅。
[0018]本专利技术提供了一种铜
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铜金属键合方法，包括以下步骤：在保护气氛下，利用水合肼对清洁的镀铜键合体的镀铜面进行预处理，得到待键合的镀铜键合体；所述预处理时，镀铜面的温度为50～90℃；在保护气氛下，将待键合的镀铜键合体进行加压键合；所述加压键合的温度为200～300℃。本专利技术利用水合肼与镀铜键合体表面的氧化层反应，去除大部分表面氧化物(主要为氧化铜)，然后在一定温度下，使预处理后的镀铜面熔化并键合，该键合方法中并未有中间层参与，直接是将熔化后的镀铜面两两接触，镀铜接触面之间的孔隙非常少，因此，键合强度较高。另外，本专利技术的工艺简单，有利于工业化生产。
[0019]实施例的数据表明：本专利技术提供的键合方法得到的铜
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铜键合面的剪切强度可达22MPa。
附图说明
[0020]图1为实施例1水合肼气体处理前后镀铜硅键合体的镀铜面的XPS分析谱图；
[0021]图2为实施例1镀铜硅键合体在水合肼气体预处理后键合的SEM图；
[0022]图3为实施例1～3镀铜硅键合体的键合强度柱状图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种铜
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铜金属键合方法，包括以下步骤：
[0024]在保护气氛下，利用水合肼对清洁的镀铜键合体的镀铜面进行预处理，得到待键合的镀铜键合体；所述预处理时，镀铜面的温度为50～90℃；
[0025]在保护气氛下，将待键合的镀铜键合体进行加压键合；所述加压键合的温度为200～300℃。
[0026]本专利技术在保护气氛下，利用水合肼对清洁的镀铜键合体的镀铜面进行预处理，得到待键合的镀铜键合体。
[0027]在本专利技术中，所述保护气体优选为氮气。在本专利技术中，所述镀铜键合体优选包括镀铜硅键合体或镀铜碳化硅键合体。在本专利技术中，对所述镀铜键合体的尺寸不作具体限定，本专利技术实施例中具体限定为10mm*10mm。
[0028]在本专利技术中，所述清洁的镀铜键合体的获取方法包括：将铜键合体进行超声清洗。
[0029]在本专利技术中，所述超声清洗的频率优选为30～50Hz，更优选为40Hz。在本专利技术中，所述超声清洗优选包括依次进行丙酮超声清洗、乙醇超声清洗和去离子水超声清洗。在本专利技术中，所述丙酮超声清洗的时间优选为4～6min，更优选为5min，次数优选为2～3；所述乙醇超声清洗的时间优选为4～6min，更优选为5min，次数优选为2～3；所述去离子水超声清洗的时间优选为4～6min，更优选为5min，次数优选为2～3。
[0030]在本专利技术中，所述超声清洗后，优选还包括将清洗后的键合体用氮气吹干。
[0031]在本专利技术中，利用水合肼对所述镀铜面的预处理：将保护气体通入水合肼溶液，所述保护气体携带水合肼分子接触镀铜面，进行预处理。
[0032]在本专利技术中，所述预处理优选在芯片键合机的键合腔体中进行。在本专利技术中，在键合腔体中的预处理步骤具体包括：将镀铜键合体的镀铜面相对放置，置于键合腔体，然后，将保护气体通入水合肼溶液，所述保护气体携带水合肼分子接触镀铜面，进行预处理。
[0033]在本专利技术中，所述保护气体通入水合肼溶液的流速优选为100～300sccm，更优选
为200sccm。在本专利技术中，所述水合肼溶液的体积浓度优选为0.4～0.6％，更优选为0.5％。
[0034]在本专利技术中，所述预处理时，镀铜面的温度为50～90℃，优选为60～80℃，保温时间优选为10～30min，更优选为20min。在本专利技术中，所述预处理优选芯片键合机的腔体中进行。
[0035]得到待键合的镀铜键合体后，本专利技术在保护气氛下，将所述待键合的镀铜键合体进行加压键合。
[0036]在本专利技术中，所述保护气体优选为氮气。
[0037]在本专利技术中，所述加压键合的条件包括：压力优选为500～600N，更优选为550N；温度优选为200～300℃，更优选为220～280℃，保温保压时间优选为10～20min，更优选为15min。
[0038]在本专利技术中，所述加压键合优选在芯片键合机的键合腔体中进行。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜
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铜金属键合方法，其特征在于，包括以下步骤：在保护气氛下，利用水合肼对清洁的镀铜键合体的镀铜面进行预处理，得到待键合的镀铜键合体；所述预处理时，镀铜面的温度为50～90℃；在保护气氛下，将待键合的镀铜键合体进行加压键合；所述加压键合的温度为200～300℃。2.根据权利要求1所述的键合方法，其特征在于，利用水合肼对所述镀铜面的预处理为：将保护气体通入水合肼溶液，所述保护气体携带水合肼分子接触镀铜面，进行预处理。3.根据权利要求2所述的键合方法，其特征在于，所述水合肼溶液的体积浓度为0.4～0.6％。4.根据权利要求2或3所述的键合方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文华，黄鑫，谢超，黄志祥，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：