一種基于自蔓延反應(yīng)的微互連方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電子封裝制造領(lǐng)域，更具體地，涉及到一種微互連方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對器件尺寸微小化和芯片高密度集成化要求的越來越高，傳統(tǒng)的二維封裝集成技術(shù)受摩爾定律的限制，已經(jīng)趨近于物理極限，無法解決互連延時(shí)和功耗增加導(dǎo)致的性能和成本問題。
[0003]三維堆疊集成及封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了芯片在垂直方向上的互連，延遲短、功耗低、效率高、集成密度高，成為了延續(xù)摩爾定律的唯一方法。而互連鍵合連接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)三維集成及封裝技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前主要的鍵合連接技術(shù)有陽極鍵合、粘結(jié)鍵合、共晶鍵合、晶圓直接鍵合以及凸點(diǎn)鍵合等，其中后兩者不僅可以實(shí)現(xiàn)電氣互連，還能減小器件尺寸和降低工藝成本，是現(xiàn)在鍵合連接技術(shù)研究的熱點(diǎn)。但是由于鍵合工藝使用的工藝溫度較高，限制了熱敏感材料的使用并且會(huì)對其他部件造成熱損傷而影響壽命;包容性差，不適合于膨脹系數(shù)差別較大的異種材料的直接鍵合;要求真空或者惰性氣氛環(huán)境，對鍵合設(shè)備要求高，工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于自蔓延反應(yīng)的微互連方法，既能實(shí)現(xiàn)可靠的低溫鍵合又能在空氣中直接鍵合，又能鍵合同種材料也適合于異種材料的連接，使得人們在得到可靠的鍵合的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、簡化鍵合工藝。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于自蔓延反應(yīng)的微互連方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)對基體A上的待鍵合表面進(jìn)行表面處理，然后在該待鍵合表面上直接或間接沉積自蔓延反應(yīng)薄膜；
[0007]2)對基體B上的待鍵合表面進(jìn)行表面處理，然后將該待鍵合表面直接或間接堆疊在基體A上的自蔓延反應(yīng)薄膜上，所述基體A、自蔓延反應(yīng)薄膜和基體B共同構(gòu)成互連結(jié)構(gòu)；
[0008]3)在所述互連結(jié)構(gòu)上施加壓力進(jìn)行預(yù)壓；
[0009]4)預(yù)壓完成后，繼續(xù)保持加壓狀態(tài)，然后引燃自蔓延反應(yīng)薄膜，以完成基體A和基體B的互連，使基體A和基體B固定連接在一起。
[0010]優(yōu)選地，所述基體A和/或基體B由Cu、Al、Au、Ag、Si或Al2O3制成。
[0011]優(yōu)選地，對基體A和/或基體B進(jìn)行的表面處理為氬等離子體刻蝕、化學(xué)拋光或機(jī)械拋光，以降低基體A和/或基體B表面粗糙度及提高表面活性。
[0012]優(yōu)選地，對所述基體A和/或基體B上的待鍵合表面進(jìn)行表面處理后，先沉積一層焊料，然后再在基體A的焊料上沉積所述自蔓延反應(yīng)薄膜，其中，所述焊料為釬焊溫度在200 V?6 5 O °C之間的焊料，所沉積的焊料的厚度不大于1 μπι。
[0013]優(yōu)選地，所述自蔓延反應(yīng)薄膜由Al或硅與一種可以與之反應(yīng)放熱的過渡族金屬交替沉積、層層堆疊形成，并且單層Al的厚度或單層硅的厚度與單層過渡族金屬的厚度之和為80nm?300nm。
[0014]優(yōu)選地，所述自蔓延反應(yīng)薄膜由兩種能反應(yīng)放熱的過渡族金屬交替沉積、層層堆疊形成，并且其中一種過渡族金屬的單層厚度與另外一種過渡族金屬的單層厚度之和為80nm?300nm。
[0015]優(yōu)選地，所述自蔓延反應(yīng)薄膜的兩種材料的單層厚度比使二者原子比符合二者反應(yīng)產(chǎn)物原子比。
[0016]優(yōu)選地，所述自蔓延反應(yīng)薄膜的總厚度為24μηι?90μηι。
[0017]優(yōu)選地，所述引燃自蔓延反應(yīng)薄膜的方式可為電火花引燃、電弧引燃、加熱引燃，激光引燃或微波引燃。
[0018]優(yōu)選地，步驟3)中預(yù)壓時(shí)互連結(jié)構(gòu)上的壓強(qiáng)為1MPa?20MPa，預(yù)壓時(shí)間為2min?1min0
[0019]總體而言，通過本發(fā)明所述的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0020]I)本發(fā)明描述的鍵合連接技術(shù)，反應(yīng)速率快，鍵合效率高，熱影響區(qū)小，減小了對其他器件的影響，提高了器件的可靠性，延長了工作壽命；
[0021]2)本發(fā)明描述的鍵合連接技術(shù)不僅適合于同種材料的互連，也適合于物理性能差別較大的異種材料的連接，其低工藝溫度還可用于熱敏感型材料的連接；
[0022]3)本發(fā)明描述的鍵合連接技術(shù)不需要真空設(shè)備和惰性氣氛，在空氣中即可完成鍵合，互連結(jié)構(gòu)簡單，工藝操作方便，引燃薄膜后不再需要外界能量輸入，能耗低，降低了生產(chǎn)成本；
[0023]4)本發(fā)明所述的鍵合連接技術(shù)可以使用其他技術(shù)所不宜使用的性能優(yōu)異的中溫奸焊料；
[0024]5)本發(fā)明針對傳統(tǒng)鍵合工藝的工藝溫度高、設(shè)備要求高、工藝復(fù)雜的不足，提出了一種高效低廉的局部加熱鍵合連接技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)可靠的低溫鍵合又能在空氣中直接鍵合，既能鍵合同種材料也適合于異種材料的連接，使得人們在得到可靠的鍵合的同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，簡化了鍵合工藝流程。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0027]參照圖1，本發(fā)明通過對鍵合界面進(jìn)行去氧化和拋光等表面處理后，通過在基體界面上直接沉積焊料后再沉積自蔓延反應(yīng)薄膜(視基體自身材料而定是否要沉積焊料)，或者直接沉積自蔓延反應(yīng)薄膜，將待鍵合的兩個(gè)基體對準(zhǔn)堆疊，經(jīng)過一定時(shí)間的預(yù)壓后，引燃自蔓延反應(yīng)薄膜，熔化焊料或使基體表面微熔，促進(jìn)擴(kuò)散完成鍵合。
[0028]實(shí)施例1
[0029]I)對基體A的待鍵合表面進(jìn)行表面處理，然后在該待鍵合表面上沉積自蔓延反應(yīng)薄膜；
[0030]2)對基體B的待鍵合表面進(jìn)行表面處理，然將該待鍵合表面壓在基體A上的自蔓延反應(yīng)薄膜上，所述基體A、自蔓延反應(yīng)薄膜和基體B共同構(gòu)成互連結(jié)構(gòu)；
[0031]所述基體A和/或基體B由01)1^11)8制成；對基體4和/或基體8進(jìn)行的表面處理為氬等離子體刻蝕、化學(xué)拋光或機(jī)械拋光;所述自蔓延反應(yīng)薄膜的總厚度為24μπι?30μπι，該厚度決定了二者反應(yīng)的放熱量；
[0032]作為一種優(yōu)選，所述自蔓延反應(yīng)薄膜由Al與一種能與之反應(yīng)的過渡族金屬(譬如T1、N1、Pd、Zr或Pt)交替沉積、層層堆疊形成，并且上述兩種材料的單層厚度比使二者原子比應(yīng)該符合反應(yīng)產(chǎn)物原子比，二者單層厚度之和為80nm?10nm0
[0033]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選，自蔓延反應(yīng)薄膜可以由Al與Ni交替沉積、層層堆疊形成，單層Al的厚度與單層Ni的厚度比為3: 2，以保證其原子比為1:1，這樣可以得到反應(yīng)產(chǎn)物AlNi ;另外，二者的單層厚度之和為80?lOOnm，該厚度決定了二者引燃所需的溫度；
[0034]3)在所述互連結(jié)構(gòu)上施加壓力進(jìn)行預(yù)壓；步驟3)中預(yù)壓時(shí)互連結(jié)構(gòu)上的壓強(qiáng)為1010^，預(yù)壓時(shí)間為211^11。
[0035]4)預(yù)壓完成后，繼續(xù)保持加壓狀態(tài)，然后引燃自蔓延反應(yīng)薄膜，以完成基體A和基體B的互連，使基體A和基體B緊密連接在一起。其中，所述引燃自蔓延反應(yīng)薄膜的方式可為電火花引燃、電弧引燃、加熱引燃，激光引燃或微波引燃。
[0036]另外，作為一種優(yōu)選，步驟I)中對所述基體A上的待鍵合表面進(jìn)行表面處理后，可以先在待鍵合表面上沉積一層Sn、Au-Sn或SnAgCu等低溫釬焊料，然后再在焊料上沉積所述自蔓延反應(yīng)薄膜，焊料的釬焊溫度為200°C?300°C，所沉積的焊料的厚度不大于5μπ