[發(fā)明專利]一種銅-銅鍵合的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910132238.2
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN111613542A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王英輝;陸陽婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中科院微電子研究所昆山分所
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

本發(fā)明提供了一種銅?銅鍵合的方法，包括以下步驟：a)在襯底上依次沉積Ti緩沖層和銅薄膜層，得到待鍵合樣品；b)將兩個步驟a)得到的待鍵合樣品的銅薄膜層相對放置，在惰性氣體保護(hù)條件下依次進(jìn)行甲酸處理和加壓處理，得到鍵合后的產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的銅?銅鍵合的方法通過甲酸處理，使待鍵合樣品表面銅薄膜層上的氧化物實現(xiàn)徹底去除，同時提高銅薄膜層表面粗糙度和平均面積，有利于后續(xù)加壓處理；從而在避免銅氧化的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫直接鍵合，并且本發(fā)明提供的銅?銅鍵合的方法鍵合質(zhì)量好、成功率高，對器件的性能的影響較低，同時工藝簡單、成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種銅-銅鍵合的方法。

背景技術(shù)

隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，人們在努力的尋求將電子系統(tǒng)的體積逐漸減小、性能逐漸提高以及密度逐漸增加的方法。然而在超大規(guī)模集成電路發(fā)展日益接近物理極限的情況下，在物理尺寸和成本方面都具有優(yōu)勢的三維集成電路是解決先進(jìn)封裝問題的有效途徑。三維封裝是在三維方向上的金屬互連結(jié)構(gòu)，大大減少了互連的距離，提高信號的傳輸速率。而晶圓鍵合技術(shù)正是實現(xiàn)集成電路三維封裝的關(guān)鍵技術(shù)之一。

近年來，隨著三維封裝工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，銅已經(jīng)逐漸成為了主要的互連材料。銅與之前封裝工藝中使用的金相比具有較好的導(dǎo)電性，并且在較高的延伸率的情況下，能夠保證較高的強(qiáng)度，鍵合過程能減少金屬間化合物的形成。

但是，一方面銅在空氣中極易氧化，另一方面對于芯片的直接鍵合，通常鍵合設(shè)備都采用高溫(5000C)、加壓的方法提高鍵合質(zhì)量及成功率，而高溫、高壓容易使芯片或器件損壞或性能退化。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種銅-銅鍵合的方法，本發(fā)明提供的方法在避免銅氧化的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫直接鍵合，并且鍵合質(zhì)量好、成功率高、工藝簡單、成本低。

本發(fā)明提供了一種銅-銅鍵合的方法，包括以下步驟：

a)在襯底上依次沉積Ti緩沖層和銅薄膜層，得到待鍵合樣品；

b)將兩個步驟a)得到的待鍵合樣品的銅薄膜層相對放置，在惰性氣體保護(hù)條件下依次進(jìn)行甲酸處理和加壓處理，得到鍵合后的產(chǎn)品。

優(yōu)選的，步驟a)中所述沉積的方式為磁控濺射。

優(yōu)選的，步驟a)中所述Ti緩沖層的厚度為5nm～15nm。

優(yōu)選的，步驟a)中所述銅薄膜層的厚度為450nm～550nm。

優(yōu)選的，步驟b)中所述甲酸處理的過程具體為：

將兩個步驟a)得到的待鍵合樣品置于密閉環(huán)境中，使二者的銅薄膜層相對放置，抽真空后通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，再加熱上述兩個待鍵合樣品，然后通入甲酸氣體使其分別與兩個待鍵合樣品的銅薄膜層接觸，得到兩個甲酸處理后的待鍵合樣品。

優(yōu)選的，步驟b)中所述抽真空的真空度為1Pa～10Pa。

優(yōu)選的，步驟b)中所述加熱的溫度為175℃～225℃。

優(yōu)選的，步驟b)中所述通入甲酸氣體的流量為15mL/min～25mL/min，時間為0.5min～60min。

優(yōu)選的，步驟b)中所述接觸的過程具體為：

通入的甲酸氣體分別在兩個待鍵合樣品的銅薄膜層表面吸附后進(jìn)行還原反應(yīng)，脫附后得到兩個甲酸處理后的待鍵合樣品。

優(yōu)選的，步驟b)中所述加壓處理的壓力為800N～2000N，時間為5min～60min。