[发明专利]铜铜键合的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜铜键合的方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术

随着微电子工业的蓬勃发展，集成电路电子封装业正快速的向体积小，高性能，高密集，多芯片方向推进，因此铜引线的超密集脚距（ultra-fine pitch，如3μm、6μm）更具意义。

现有技术中，专利WO 2012089105A1公开了一种放电等离子烧结工艺（SPS），工艺温度在200℃~300℃之间，压力在16~80MPa之间；但粘结可塑性较差，无法实现脚距密集化的集成。专利US 20080315421A1公开了一种表面活性粘接（SAB），在室温下进行，利用超高真空压力对表面进行粘结，但对表面清洁度和粗糙度有较高要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种铜铜键合的方法，实现铜线超密集脚距更高密度的集成，并在低于200℃的温度条件下完成键合后的固定。

按照本发明提供的技术方案，所述铜铜键合的方法，其特征是，包括以下工艺步骤：

（1）对基板及芯片进行表面预处理，使基板的表面粗糙度<0.3nm，基板铜焊点突起高度为100～500nm，表面平整度<5%；

（2）在基板上旋涂或真空层压覆盖一层覆盖材料，覆盖厚度为1～5μm，覆盖材料为环氧树脂、光解胶膜、背面胶膜、热塑性树脂或光阻材料； 

（3）在基板表面精密定位，将芯片铜焊点与基板铜焊点对正，定位方法采用光学对准、红外对准或模板对准；

（4）按照步骤（3）的方法将芯片布满整个基板；

（5）在充满惰性气体的洁净密闭空间里，利用软性的压头将已粘结在基板上的芯片固定在基板上，工艺要求如下：温度为150～250℃，软性压头的压力为50～100kN，固化时间为30分钟～3小时；

（6）固化结束之后，继续按照步骤（1）到（5）的方法在芯片上进行多层芯片的堆叠。

进一步的，所述步骤（3）中，芯片铜焊点与基板铜焊点的接触面积不小于70%。

进一步的，所述软性压头与芯片接触的一面采用软质弹性材料，压头的面积大于基板的面积。

进一步的，所述惰性气体为N₂或He。

进一步的，所述步骤（5）中，密闭空间中惰性气体的压强为一个标准大气压。

本发明具有以下优点：（1）能够完成更密集脚距（<5um）的集成工艺；（2）在低温条件下（低于200℃）进行集成工艺，与前道芯片生产工艺条件相似，不易破环器件的电性能；（3）利用覆盖材料对温度和压力的敏感性，简化了铜铜键合的步骤，通过压力和温度的调整一步实现铜铜键合和铜线之间的填充。

附图说明

图1为待组装的基板的示意图。

图2为表面覆盖一层覆盖材料后的基板的示意图。

图3为一片芯片粘结在基板上的示意图。

图4为芯片的示意图。

图中序号：基板1、芯片2、基板铜焊点3-1、芯片铜焊点3-2、覆盖材料4。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

所述铜铜键合的方法，包括以下工艺步骤：

（1）如图1所示，对基板1及芯片2进行表面预处理，使基板1表面达到工艺要求，预处理之后的表面粗糙度<0.3nm，无尺寸大于1μm的颗粒，表面没有有机残留，基板铜焊点3-1突起高度为100～500nm，表面平整度<5%；表面预处理方法采用：弱酸湿法处理（Formic Acid）、等离子体（plasma）处理或化学机械抛光（CMP）；

（2）如图2所示，在基板1上旋涂或真空层压覆盖一种覆盖材料4，覆盖厚度为1～5μm，具体根据工艺要求决定；真空度10-15 Torr，压力4-5kg/cm²，时间30-60秒；

可选的覆盖材料包括环氧树脂、光解胶膜、背面胶膜、热塑性树脂或光阻材料；应具有以下特性：具有一定的粘结性，在低温下（<200℃）可以固化；对蚁酸腐蚀能力反应稳定；旋涂或层压工艺中没有空谷（viod）；对被覆盖表面的平整度有一定调整改善能力；