一种纳米叠层Cu-Sn低温固态扩散键合工艺方法技术

本发明专利技术涉及半导体封装技术领域，更具体而言，涉及一种纳米叠层Cu‑Sn低温固态扩散键合工艺方法。本发明专利技术通过制作Cu/Sn/Cu/Sn/Cu/Sn/Cu叠层结构的微凸点，利用纳米金属熔点降低效应和尺寸效应，降低键合温度和缩短Sn‑Cu界面扩散距离促进原子扩散和反应速率，快速并精确控制IMC的形成。沉积纳米金属层可以获得无污染、高活性的表面，提高金属键合层之间原子扩散速率，实现了快速、低温和低损伤的键合，微凸点表面进行预处理，防止Cu和Sn表面因吸附而产生的污染，提高键合质量。本发明专利技术工艺方法能够在低温环境下快速完成键合，优势为显著缩短了键合时间，有利于提高生产效率，进而降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装，更具体而言，涉及一种纳米叠层cu-sn低温固态扩散键合工艺方法。

技术介绍

1、应用于半导体封装、晶片连接、细间距互连和基于硅通孔(tsv)的3d堆叠等封装键合技术对低温、短时互连的需求强烈。目前常用的低温键合工艺主要包括：晶圆直接键合、热压键合、表面活化键合、粘合剂键合和共晶键合等。晶圆直接键合技术对于键合面的洁净度和平坦度要求极高，同时需要较长的退火时间(>120min)和较高退火温度来提高键合界面的强度；热压键合如传统的cu-cu热压键合温度一般>350℃，键合时间>30min，随后需要>30min的热处理工艺；通常，共晶键合时间需要足够长，以确保扩散反应可以充分进行，从而实现良好的结合强度。共晶键合包括固液互扩散键合和固态扩散键合，如传统的cu/sn/cu固液互扩散键合在300℃下生成全部cu3sn金属间化合物(imc)的时间为360min，键合时间相对较长；传统的cu/sn/cu固态扩散键合形成稳定的金属间化合物(imc)的键合消耗时间相对较长，一般为15min左右，且长时间高温环境容易对芯片某些本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种纳米叠层Cu-Sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述工艺方法具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种纳米叠层Cu-Sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述S1中顶层芯片和底层芯片上的Al布线层、Ti粘附层和Cu种子层需要利用负胶光刻、镀膜和剥离工艺实现图形化，Al布线层、Ti粘附层和Cu种子层是物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积镀膜工艺中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种纳米叠层Cu-Sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述S1中沉积Al布线层厚度为1um；Ti粘附层厚度为50nm，Cu种子层厚度为100nm。

...

【技术特征摘要】

1.一种纳米叠层cu-sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述工艺方法具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种纳米叠层cu-sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述s1中顶层芯片和底层芯片上的al布线层、ti粘附层和cu种子层需要利用负胶光刻、镀膜和剥离工艺实现图形化，al布线层、ti粘附层和cu种子层是物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积镀膜工艺中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种纳米叠层cu-sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述s1中沉积al布线层厚度为1um；ti粘附层厚度为50nm，cu种子层厚度为100nm。

4.根据权利要求1所述的一种纳米叠层cu-sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述s2中在顶层芯片cu种子层表面先电镀cu微凸点，之后更换为sn镀液，经简单di水清洗后，应迅速直接在cu微凸点表面电镀sn微凸点，获得cu/sn微凸点。

5.根据权利要求1所述的一种纳米叠层cu-sn低温固态扩散键合工艺方法，其特征在于：所述s2中在底层芯片cu种子层表面电镀第一层cu微凸点，di水清洗cu微凸点，更换为sn镀液，在第一层cu微凸点表面电镀sn微凸点，di水清洗sn微凸点，更换为cu镀液，连续在sn微凸点表面电镀第二层cu微凸点，di水清洗cu微凸点，更换为sn镀液，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊强，李云飞，白靖宇，李孟委，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：