[發明專利]一種可用于低溫固態互連技術的表面態納米氧化銀的制備方法

有效

• 申請號: 202210806826.1
• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115354273B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 霍永雋;谷松昭;王泰宇;方葉星;趙修臣
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C23C14/58;C25D5/48;C23C14/14;C23C14/30;C23C14/35;C25D3/46;C22F1/14
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 劉璞

本發明涉及全金屬固態互連領域，具體涉及一種可用于低溫固態互連技術的表面態納米氧化銀的制備方法。表面態納米氧化銀的制備方法包括：采用微波富氧等離子體處理銀表面，制得表面態納米氧化銀；所述微波富氧等離子體由氧氣與惰性氣體通過輝光放電形成。銀?銀固態互連的方法包括將所述表面態納米氧化銀與銀表面或另一表面態納米氧化銀接觸，向接觸的界面施加1MPa以上的壓力，然后在真空環境以及160～230℃下退火。本發明利用表面態納米氧化銀原位自分解機制，強化固態互連界面原子擴散與重排能力，改善在低能量輸入條件下固態互連界面質量，突破了集成電路高密度封裝中多級互連材料和互連技術。

技術領域

本發明涉及全金屬固態互連領域，具體涉及一種可用于低溫固態互連技術的表面態納米氧化銀的制備方法。

背景技術

隨著集成電路技術的飛速發展，已經提出了2.5D/3D封裝、倒裝焊、晶圓級封裝等先進的封裝技術，在眾多封裝技術中，最為關鍵的一環便是晶圓與晶圓、芯片與芯片、芯片與基板等之間的互連。封裝行業大部分互連環節均是用無鉛焊料進行連接。然而在先進封裝工藝使用微凸點進行互連時，由于微凸點體積微小，此時尺寸效應顯著增強，這使得無鉛焊料本身存在可靠性問題，如脆性金屬間化合物、電遷移、熱遷移等。為了消除焊料存在的問題，以及避免可能出現的可靠性問題，在先進封裝中實現全金屬固態互連是替代當前微凸點互連的理想方案之一。

采用表面活化鍵合(SAB)能夠實現在室溫和低壓條件下晶圓級固態互連。通過等離子體對Cu-Cu待鍵合表面進行轟擊活化處理，使互連表面非晶區原子接觸后，在范德華力產生界面間相互吸引并重排，其鍵合強度能達到20MPa左右。但SAB工藝條件極為苛刻，需要在10-8torr超高真空(UHV)條件下進行，且待鍵合表面需要在整個晶圓表面達到原子級平整度。

通過延長固態互連保溫時間，使互連界面原子充分擴散，則可實現較低工藝溫度下Cu-Cu固態互連。此外，利用納米孿晶結構中(111)晶面上高擴散率特性，可進一步促進界面原子擴散與重排，減少互連保溫時間。但互連界面處原子擴散自由程有限，使低溫下互連接頭依然清晰保留著原互連界面，且界面處存在空洞，互連強度較差，甚至局部存在“虛焊”現象。而利用納米顆粒燒結亦可實現低能量輸入固態互連，但其互連接頭會存在殘留氣體逃逸時所形成的空洞與通道，導致互連接頭的氣密性較差。

現有技術中，界面微區塑性變形在界面附近積累的應變能有助于促進界面原子的擴散與重排，從而獲得高可靠固態互連界面。如通過制作銅柱-凹陷互連結構，并引入微區塑性變形機制，實現了銅-銅在200℃低溫下的固態鍵合。但該技術大幅提高了局部微區鍵合壓力(389MPa)，無法同時滿足低溫和低壓的處理條件，且需要在還原氣氛中進行鍵合，而且會對芯片有源區域造成破壞。

發明內容

鑒于此，本發明首先提供了一種表面態納米氧化銀的制備方法，包括：采用微波富氧等離子體處理銀表面，制得表面態納米氧化銀；所述微波富氧等離子體由氧氣與惰性氣體通過輝光放電形成。

本發明的表面態納米氧化銀的制備方法，步驟簡單，無需采用有機試劑等處理試劑，環境友好，能夠短時高效地制得表面態納米氧化銀，非常適合與其它加工處理技術聯用，易于在實際生產中應用推廣。

作為本發明的一種優選的實施方案，所述微波富氧等離子體由氧氣與氬氣通過輝光放電形成。

為了更好地理解本發明的表面態納米氧化銀的制備方法，此處先介紹一下傳統的金屬表面氧化過程。形成固態金屬表面氧化膜主要經過如下4個階段：(1)表面吸附；(2)氧化物形核；(3)形成連續氧化膜；(4)氧化膜增厚。