到芯片的金属间化合物键合，如图3所示。
[0113]实施例12
[0114]本发明三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法通过下述具体工艺步骤实现:
[0115]步骤一:提供芯片第一衬底10，在所述芯片第一衬底10上溅射2 μπι厚的Ag第一金属凸点20阵列，在所述Ag第一金属凸点20上电镀10 μ m厚的InAg第一钎料层22 ;提供芯片第二衬底30，在所述芯片第二衬底30上电镀20 μ m厚的Ag第二金属凸点40阵列；Ag第一金属凸点20和Ag第二金属凸点40具有呈镜面对称的阵列图形；
[0116]步骤二:将InAg第一钎料层22和Ag第二金属凸点40 —一对准，面对面接触放置，形成一个组合体，如图2所示；
[0117]步骤三:加热步骤二形成的组合体并进行钎焊回流，使Ag第一金属凸点20的温度达到200°C且低于Ag第二金属凸点40的温度，即在Ag第一金属凸点20和Ag第二金属凸点40之间形成170°C /cm的温度梯度，直至InAg第一钎料层22熔化后发生钎焊反应全部转变为Ag-1n金属间化合物50，实现芯片到芯片的金属间化合物键合，如图3所示。
[0118]实施例13
[0119]本发明三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法通过下述具体工艺步骤实现:
[0120]步骤一:提供芯片第一衬底10，在所述芯片第一衬底10上溅射I μπι厚的单晶Ag第一金属凸点20阵列，在所述单晶Ag第一金属凸点20上电镀10 μ m厚的SnAg第一钎料层22 ;提供芯片第二衬底30，在所述芯片第二衬底30上电镀30 μ m厚的Ag第二金属凸点40阵列；单晶Ag第一金属凸点20和Ag第二金属凸点40具有呈镜面对称的阵列图形；
[0121]步骤二:将SnAg第一钎料层22和Ag第二金属凸点40 —一对准，面对面接触放置，形成一个组合体，如图2所示；
[0122]步骤三:加热步骤二形成的组合体并进行钎焊回流，使单晶Ag第一金属凸点20的温度达到200°C且低于Ag第二金属凸点40的温度，即在单晶Ag第一金属凸点20和Ag第二金属凸点40之间形成175°C /cm的温度梯度，直至SnAg第一钎料层22熔化后发生钎焊反应全部转变为Ag3Sn金属间化合物50，实现芯片到芯片的金属间化合物键合，如图3所不O
[0123]实施例14
[0124]本发明三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法通过下述具体工艺步骤实现:
[0125]步骤一:提供晶圆第一衬底10，在所述晶圆第一衬底10上电镀5 ym厚的择优取向Cu第一金属凸点20阵列，在所述择优取向Cu第一金属凸点20上电镀25 μ m厚的Sn第一钎料层22 ;提供晶圆第二衬底30，在所述晶圆第二衬底30上电镀50 μ m厚的Cu第二金属凸点40阵列，在所述Cu第二金属凸点40上电镀25ym厚的Sn第二钎料层42 ;择优取向Cu第一金属凸点20和Cu第二金属凸点40具有呈镜面对称的阵列图形；
[0126]步骤二:将Sn第一钎料层22和Sn第二钎料层42 —一对准，面对面接触放置，形成一个组合体，如图1所示；
[0127]步骤三:加热步骤二形成的组合体并进行钎焊回流，使择优取向Cu第一金属凸点20的温度达到260°C且低于Cu第二金属凸点40的温度，即在择优取向Cu第一金属凸点20和Cu第二金属凸点40之间形成200°C /cm的温度梯度，直至Sn第一钎料层22和Sn第二钎料层42熔化后发生钎焊反应全部转变为Cu6Sn5金属间化合物50，实现晶圆到晶圆的金属间化合物键合，如图3所示。
[0128]对比例I
[0129]本对比例中，设定加热处理以进行钎焊反应的温度为250°C，未形成温度梯度，即在传统钎焊回流(等温时效)条件下进行反应，其它步骤、材料和工艺条件等均与实施例1相同。
[0130] 本对比例的金属间化合物生长速率如图6中250°C等温时效曲线图所示。
【主权项】
1.一种三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，包括对钎料和钎料两侧的金属凸点进行加热处理以进行钎焊反应形成金属间化合物的过程，其特征在于，所述加热处理时，在所述钎料两侧的金属凸点之间形成温度梯度。
2.根据权利要求1所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述温度梯度不小于20°C /cm。
3.根据权利要求2所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述温度梯度为20-200°C /cm。
4.根据权利要求1所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述金属凸点为单晶或择优取向Cu，钎料为Sn、In或SnCu中的一种。
5.根据权利要求1所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述金属凸点为单晶或择优取向Ni，钎料为Sn或In中的一种。
6.根据权利要求1所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述金属凸点为单晶或择优取向Au，钎料为Sn、In或SnAu中的一种。
7.根据权利要求1所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述金属凸点为单晶或择优取向Ag，钎料为Sn、In、SnAg或InAg中的一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤一:提供第一衬底(10)，在所述第一衬底(10)上制备第一金属凸点(20)，在所述第一金属凸点(20)上制备第一钎料层(22);提供第二衬底(30)，在所述第二衬底(30)上制备第二金属凸点(40)，在所述第二金属凸点(40)上制备第二钎料层(42); 步骤二:将第一钎料层(22)和第二钎料层(42)面对面接触放置，形成一个组合体； 步骤三:对所述第一金属凸点(20)、第一钎料层(22)、第二钎料层(42)、第二金属凸点(40)进行加热处理以进行钎焊反应形成金属间化合物(50)，所述加热处理时，在第一金属凸点(20)和第二金属凸点(40)之间形成温度梯度，温度梯度的方向由第一金属凸点(20)指向第二金属凸点(40)。
9.根据权利要求1-7任一项所述的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤一提供第一衬底(10)，在所述第一衬底(10)上制备第一金属凸点(20)，在所述第一金属凸点(20)上制备第一钎料层(22);提供第二衬底(30)，在所述第二衬底(30)上制备第二金属凸点(40)； 步骤二将第一钎料层(22)和第二金属凸点(40)面对面接触放置，形成一个组合体； 步骤三对所述第一金属凸点(20)、第一钎料层(22)、第二金属凸点(40)进行加热处理以进行钎焊反应形成金属间化合物(50)，所述加热处理时，使第一金属凸点(20)的温度低于第二金属凸点(40)的温度形成温度梯度，温度梯度的方向由第一金属凸点(20)指向第二金属凸点(40)。
10.权利要求8或9所述的方法制备的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合结构，其特征在于，所述第一金属凸点(20)为单晶或具有择优取向，所述形成的金属间化合物(50)沿温度梯度方向具有单一取向。
【专利摘要】本发明公开了一种三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合方法及结构，所述方法包括对钎料和钎料两侧的金属凸点进行加热处理以进行钎焊反应形成金属间化合物的过程，所述加热处理时，在所述钎料两侧的金属凸点之间形成温度梯度。利用所述方法制备的三维封装芯片堆叠用金属间化合物键合结构，所述金属凸点为单晶或具有择优取向时，所述形成的金属间化合物沿温度梯度方向具有单一取向。本发明键合时引入温度梯度促使金属原子发生热迁移，加速界面金属间化合物的形成、生长，显著提高键合效率；金属间化合物由温度相对较低的冷端向温度相对较高的热端连续生长，可有效避免形成的金属化合物中出现孔洞。
【IPC分类】H01L23-488, H01L21-60, B23K1-00
【公开号】CN104716059
【申请号】CN201510069934
【发明人】赵宁, 黄明亮, 钟毅, 赵建飞, 许利伟, 马海涛
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月9日