[發明專利]銅銅鍵合的方法

在審

• 申請號: 201410375125.2
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104134615A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 林挺宇;顧海洋;李婷
• 申請（專利權）人: 華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/603
• 分類號: H01L21/603
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種銅銅鍵合的方法，屬于半導體封裝技術領域。

背景技術

隨著微電子工業的蓬勃發展，集成電路電子封裝業正快速的向體積小，高性能，高密集，多芯片方向推進，因此銅引線的超密集腳距（ultra-fine?pitch，如3μm、6μm）更具意義。

現有技術中，專利WO?2012089105A1公開了一種放電等離子燒結工藝（SPS），工藝溫度在200℃~300℃之間，壓力在16~80MPa之間；但粘結可塑性較差，無法實現腳距密集化的集成。專利US?20080315421A1公開了一種表面活性粘接（SAB），在室溫下進行，利用超高真空壓力對表面進行粘結，但對表面清潔度和粗糙度有較高要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種銅銅鍵合的方法，實現銅線超密集腳距更高密度的集成，并在低于200℃的溫度條件下完成鍵合后的固定。

按照本發明提供的技術方案，所述銅銅鍵合的方法，其特征是，包括以下工藝步驟：

（1）對基板及芯片進行表面預處理，使基板的表面粗糙度<0.3nm，基板銅焊點突起高度為100～500nm，表面平整度<5%；

（2）在基板上旋涂或真空層壓覆蓋一層覆蓋材料，覆蓋厚度為1～5μm，覆蓋材料為環氧樹脂、光解膠膜、背面膠膜、熱塑性樹脂或光阻材料；?

（3）在基板表面精密定位，將芯片銅焊點與基板銅焊點對正，定位方法采用光學對準、紅外對準或模板對準；

（4）按照步驟（3）的方法將芯片布滿整個基板；

（5）在充滿惰性氣體的潔凈密閉空間里，利用軟性的壓頭將已粘結在基板上的芯片固定在基板上，工藝要求如下：溫度為150～250℃，軟性壓頭的壓力為50～100kN，固化時間為30分鐘～3小時；

（6）固化結束之后，繼續按照步驟（1）到（5）的方法在芯片上進行多層芯片的堆疊。

進一步的，所述步驟（3）中，芯片銅焊點與基板銅焊點的接觸面積不小于70%。

進一步的，所述軟性壓頭與芯片接觸的一面采用軟質彈性材料，壓頭的面積大于基板的面積。

進一步的，所述惰性氣體為N₂或He。

進一步的，所述步驟（5）中，密閉空間中惰性氣體的壓強為一個標準大氣壓。

本發明具有以下優點：（1）能夠完成更密集腳距（<5um）的集成工藝；（2）在低溫條件下（低于200℃）進行集成工藝，與前道芯片生產工藝條件相似，不易破環器件的電性能；（3）利用覆蓋材料對溫度和壓力的敏感性，簡化了銅銅鍵合的步驟，通過壓力和溫度的調整一步實現銅銅鍵合和銅線之間的填充。

附圖說明

圖1為待組裝的基板的示意圖。

圖2為表面覆蓋一層覆蓋材料后的基板的示意圖。

圖3為一片芯片粘結在基板上的示意圖。

圖4為芯片的示意圖。

圖中序號：基板1、芯片2、基板銅焊點3-1、芯片銅焊點3-2、覆蓋材料4。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。

所述銅銅鍵合的方法，包括以下工藝步驟：

（1）如圖1所示，對基板1及芯片2進行表面預處理，使基板1表面達到工藝要求，預處理之后的表面粗糙度<0.3nm，無尺寸大于1μm的顆粒，表面沒有有機殘留，基板銅焊點3-1突起高度為100～500nm，表面平整度<5%；表面預處理方法采用：弱酸濕法處理（Formic?Acid）、等離子體（plasma）處理或化學機械拋光（CMP）；

（2）如圖2所示，在基板1上旋涂或真空層壓覆蓋一種覆蓋材料4，覆蓋厚度為1～5μm，具體根據工藝要求決定；真空度10-15?Torr，壓力4-5kg/cm²，時間30-60秒；

可選的覆蓋材料包括環氧樹脂、光解膠膜、背面膠膜、熱塑性樹脂或光阻材料；應具有以下特性：具有一定的粘結性，在低溫下（<200℃）可以固化；對蟻酸腐蝕能力反應穩定；旋涂或層壓工藝中沒有空谷（viod）；對被覆蓋表面的平整度有一定調整改善能力；