[發(fā)明專利]納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711327240.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN108091633A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張昱;崔成強(qiáng);曹萍;楊斌;高健;陳新;楊海東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué);佛山市南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): H01L23/498
• 分類號(hào): H01L23/498;H01L21/60
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌;趙青朵

本發(fā)明提供了一種納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)，包括：基材；設(shè)置在基材上的金屬凸起；與設(shè)置在所述金屬凸起表面的納米多孔銅層；所述納米多孔銅層由銅合金層經(jīng)酸溶液腐蝕形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的互連層結(jié)構(gòu)包括金屬凸起與納米多孔銅層，納米多孔銅層表面活性高、擴(kuò)散系數(shù)大、具有較高的導(dǎo)熱率與導(dǎo)電率，且可在低溫下燒結(jié)，使互連結(jié)構(gòu)能夠較好的應(yīng)用于電子封裝互連領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子封裝互連技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

電子封裝互連結(jié)構(gòu)中包括依次接觸的芯片-互連結(jié)構(gòu)及材料-基板，芯片與基板之間通過互連材料連接封裝。電子封裝互連結(jié)構(gòu)中，互連的結(jié)構(gòu)及材料不僅實(shí)現(xiàn)芯片與基板的連接，同時(shí)還提供機(jī)械支撐、信號(hào)傳輸、散熱通路，以及在芯片與基板互連時(shí)起到緩沖作用。隨著半導(dǎo)體器件的小型化、低成本、低功耗、高溫高壓的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)互連結(jié)構(gòu)和材料也提出了更加苛刻的要求。

目前，芯片與基板之間的互連問題越來越受到關(guān)注，芯片的時(shí)鐘頻率、芯片的運(yùn)算速度等對(duì)互連結(jié)構(gòu)及材料提出了更加嚴(yán)格的要求。芯片與基板之間的互連發(fā)展的方向?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)封裝全部功能的前提下，盡可能的減少互連結(jié)構(gòu)及材料對(duì)芯片性能的影響。最初，電子封裝產(chǎn)品中大范圍使用的互連結(jié)構(gòu)及材料為SnPb凸點(diǎn)焊料，因?yàn)镾nPb凸點(diǎn)焊料的熔點(diǎn)較低，再流焊時(shí)焊料球部分熔化，在一定的壓力作用下SnPb凸點(diǎn)焊料向四周膨脹，這嚴(yán)重影響了SnPb凸點(diǎn)焊料之間的間距，間距過小時(shí)甚至?xí)?dǎo)致SnPb凸點(diǎn)焊料之間的橋接短路，進(jìn)而影響到芯片上的I/O數(shù)及封裝的密度。

采用金屬柱凸點(diǎn)就可以大大減小各凸點(diǎn)之間的間距，從而大大提高了芯片上的I/O數(shù)，封裝密度也隨之提升。但是，采用金屬柱凸點(diǎn)也隨之帶來了一系列的問題，出現(xiàn)了應(yīng)用的局限性。比如采用金屬柱凸點(diǎn)，在芯片表面或者基板表面形成的金屬柱凸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生凸點(diǎn)高度不一致的問題，在芯片與基板互連時(shí)，可能會(huì)使芯片或者基板碎裂，又或者造成芯片與基板之間斷路，嚴(yán)重影響到整個(gè)封裝體的性能，造成成本的增加；再如采用一些高熔點(diǎn)金屬制作的凸點(diǎn)，在進(jìn)行互連組裝時(shí)要求較高的互連溫度，而較高的互連溫度有時(shí)會(huì)損害芯片甚至造成芯片失效，也增加的工藝的困難性。以往的銅-銅熱壓鍵合溫度偏高，工藝時(shí)間長，效率普遍較低。因而亟需控制鍵合溫度以增強(qiáng)產(chǎn)品性能并減小生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種互連溫度較低的納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種1納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)，包括：

基材；

設(shè)置在基材上的金屬凸起；

與設(shè)置在所述金屬柱凸起表面的納米多孔銅層；

所述納米多孔銅層由銅合金層經(jīng)酸溶液腐蝕形成。

優(yōu)選的，所述納米多孔銅層的厚度為1～100μm。

優(yōu)選的，所述銅合金層為銅錫合金層和/或銅鋅合金層。

優(yōu)選的，所述銅錫合金層中錫的含量為銅錫合金層質(zhì)量的10％～40％；所述銅鋅合金層中鋅的含量為銅鋅合金層質(zhì)量的10％～40％。

優(yōu)選的，所述酸溶液選自硝酸、甲基磺酸、硫酸、草酸與醋酸中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述酸溶液中酸的濃度為5～20wt％。

優(yōu)選的，所述納米多孔層中孔隙的直徑為20～200nm。

本發(fā)明還提供了一種納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

在設(shè)置在基材上的金屬凸起上制備銅合金層，然后浸泡在酸溶液中進(jìn)行腐蝕，得到納米多孔銅互連層結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述腐蝕至酸溶液中無明顯氣泡產(chǎn)生為止。

優(yōu)選的，所述金屬凸起由銅形成。