铜电镀液，电镀电流密度为1ASD，得到高度为30μπι的铜凸点。
[0083](4)将电镀铜的基片放入丙酮中去除残余的光刻胶，待光刻胶完全去除后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干;利用湿法腐蚀方法去除暴露的种子层(Cu)和粘附层(Ti)，包括将得到的基片在Ti腐蚀液(HF:H202:H20=1:1:20)中停留40s，再用去离子水冲洗;随后将其放入Cu刻蚀液中(H2O2: HCl: H2O = 1:3:6)停留60s，再用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
[0084](5)在电镀有铜凸点的表面旋涂厚度为50μπι的NR26-25000P负性光刻胶，采用MA6接触式光刻机进行套刻，并使用RD6显影液进行显影后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
[0085](6)将利用上述步骤得到的基片分为两组，其中一组基片放入镀锡电镀液中进行电镀，镀锡电镀液选用新阳公司SYSB2250凸点镀锡电镀液，电镀电流密度为3ASD，得到高度为ΙΟμπι的锡凸点，之后将其放入丙酮中去除残余的光刻胶，待光刻胶完全去除后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干;另一组基片利用磁控溅射沉积铜纳米棒，溅射铜纳米棒时样片和靶材夹角为85°，溅射时间30min，得到的纳米棒直径约150nm，垂直方向高度为500nmo
[0086](7)通过热压方式对两组基片进行键合，键合的温度为300°C，压力为0.1MPa，时间为1min，键合环境为氮气保护。
[0087]实施例4
[0088]基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺包括如下步骤:
[0089](I)在洁净的基片表面利用化学气相沉积(CVD)沉积一层绝缘层Si3N4,厚度为10nm ；接着利用磁控派射依次沉积粘附层Ti和种子层Cu，厚度分别为50nm和200nmo
[0090](2)在种子层表面旋涂厚度为ΙΟΟμπι的NR26-25000P负性光刻胶，使用含有四周型圆孔的图形掩模，圆孔区域不透光，圆孔的直径为200μπι，圆孔中心距为600μπι，采用ΜΑ6接触式光刻机进行光刻，并使用RD6显影液进行显影后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
[0091](3)将光刻得到的图形放入镀铜电镀液中进行电镀，镀铜电镀液选用新阳公司SYSB2210凸点镀铜电镀液，电镀电流密度为1ASD，得到高度为50μπι的铜凸点。
[0092](4)将电镀铜的基片放入丙酮中去除残余的光刻胶，待光刻胶完全去除后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干;利用干法刻蚀的方法去除暴露的种子层(Cu)和粘附层(Ti)。
[0093](5)在电镀有铜凸点的表面旋涂厚度为ΙΟΟμπι的NR26-25000P负性光刻胶，采用ΜΑ6接触式光刻机进行套刻，并使用RD6显影液进行显影后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干。
[0094](6)将利用上述步骤得到的基片分为两组，其中一组基片放入镀锡电镀液中进行电镀，镀锡电镀液选用新阳公司SYSB2250凸点镀锡电镀液，电镀电流密度为3ASD，得到高度为20μπι的锡凸点，之后将其放入丙酮中去除残余的光刻胶，待光刻胶完全去除后用去离子水冲洗并用氮气枪吹干;另一组基片利用磁控溅射倾斜溅射沉积铜纳米棒，溅射铜纳米棒时样片和靶材夹角为85°，溅射时间为20min，得到的纳米棒直径约lOOnm，垂直方向高度为300nmo
[0095](7)通过热压方式对两组基片进行键合，键合的温度为400°C，压力为IMPa，时间为lmin，键合环境为空气。
[0096]综上所述，本发明利用纳米材料表现的特殊性质如低熔点、高表面活性等，在铜微凸点表面利用倾斜溅射法沉积铜纳米棒，再基于铜纳米棒降低互连部分熔点及对键合共面性的要求，实现面向三维微互连的低温铜锡铜键合。与传统铜锡铜共晶键合工艺相比，可以显著降低键合的温度(降至锡的熔点以下仍可以得到紧密的键合界面，最低降至60°C)，并且对于键合环境的要求也变得更加宽松(从传统的真空或惰性气体降至空气环境)。由此减少键合过程产生的热变形和热应力，有利于保护器件。同时，由于铜纳米棒及其表面尺寸更小的纳米结构具有更大的表面活性，有利于进一步促进键合过程中铜原子和锡原子的扩散，因此即使在较低的温度和压力下，也可实现高质量的键合效果，在面向三维微互连的低温键合领域具有极大的应用价值。
[0097]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤: 1)在基片表面依次沉积绝缘层、粘附层和种子层； 2)在所述种子层上旋涂一层光刻胶，并在所述光刻胶上制作圆孔； 3)在所述圆孔中电镀铜，得到铜凸点； 4)去除所述光刻胶，利用湿法或干法腐蚀工艺去除暴露的种子层和粘附层； 5)在铜凸点表面及四周旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺暴露铜凸点的上表面； 6)利用步骤I)?5)得到两组结构相同的基片单元，在其中一组基片单元的铜凸点上表面电镀锡凸点，并去除光刻胶;在另一组基片单元的铜凸点上表面利用倾斜溅射法沉积铜纳米棒，并去除光刻胶； 7)通过热压方式将所述锡凸点与所述铜纳米棒键合；以此方式，实现两组基片单元的键合。2.如权利要求1所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述圆孔为一个或多个，单个圆孔的直径为5μηι?200μηι。3.如权利要求1或2所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤3)中，铜凸点的高度不大于光刻胶厚度。4.如权利要求1?3任一项所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤5)中，光刻胶厚度大于铜凸点高度。5.如权利要求4所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤6)中，沉积铜纳米棒时，基片和革E材的夹角为85°，派射时间为20min?40min;所述铜纳米棒的直径为100nm?200nm，垂直方向高度为300nm?600nm。6.如权利要求5所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺，其特征在于，所述步骤7)中，键合的温度为600C?400°C，压力为0.1MPa?20MPa，时间为Imin?60min，键合环境为真空、惰性气体或空气环境。7.—种基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，所述键合结构包括两组结构相同的基片单元，所述基片单元包括基片(I)以及依次沉积在所述基片(I)表面的绝缘层(2)、粘附层(3)和种子层(4)，所述种子层(4)上电镀有铜凸点(6);其中一组基片单元的所述铜凸点(6)上电镀有锡凸点(7)，另一组基片单元的所述铜凸点(6)上利用倾斜溅射法沉积有铜纳米棒(8)，所述锡凸点(7)和铜纳米棒(8)通过热压方式进行键合。8.如权利要求7所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，所述铜凸点(6)采用如下方式获得:在所述种子层(4)上旋涂一层光刻胶(5)，并在所述光刻胶(5)上制作圆孔;在所述圆孔中电镀铜，得到所述铜凸点(6)。9.如权利要求8所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，采用如下方式在所述铜凸点(6)上电镀锡凸点(7):首先，去除所述光刻胶，利用湿法或干法腐蚀工艺去除暴露的种子层(4)和粘附层(3);然后，在所述铜凸点(6)表面及四周旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺暴露铜凸点(6)的上表面;最后，在所述铜凸点(6)的上表面电镀锡凸点(7)，并去除光刻胶。10.如权利要求8所述的基于铜纳米棒的铜锡铜键合结构，其特征在于，采用如下方式在所述铜凸点(6)上沉积铜纳米棒(8):首先，去除所述光刻胶，利用湿法或干法腐蚀工艺去除暴露的种子层(4)和粘附层(3);然后，在所述铜凸点(6)表面及四周旋涂一层光刻胶，利用光刻工艺暴露铜凸点(6)的上表面;最后，在所述铜凸点(6)上沉积铜纳米棒(8)，并去除光刻胶。
【专利摘要】本发明公开了一种基于铜纳米棒的铜锡铜键合工艺及结构，该工艺包括：在基片表面依次沉积绝缘层、粘附层和种子层；在种子层上旋涂一层光刻胶，并在光刻胶上制作圆孔；在圆孔中电镀铜获得铜凸点；去除光刻胶，并去除暴露的种子层和粘附层；在铜凸点表面及四周旋涂光刻胶，然后暴露铜凸点上表面；利用上述步骤得到两组基片单元，一组基片单元的铜凸点上电镀锡凸点，并去除光刻胶；另一组基片单元的铜凸点上沉积铜纳米棒，并去除光刻胶；通过热压方式将将两组基片单元键合。所述铜锡铜键合结构由上述键合工艺获得。本发明将铜纳米棒应用于铜锡铜键合，能有效降低键合温度并得到紧密的键合面，制备工艺简单可控，成本低，具有极大的应用价值。
【IPC分类】B82Y30/00, H01L21/48, H01L21/603, H01L23/498, B82Y40/00
【公开号】CN105679683
【申请号】CN201610024230
【发明人】廖广兰, 独莉, 史铁林, 汤自荣, 陈鹏飞, 沈俊杰, 邵杰
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月15日