基于自蔓延反应连接的Cu-Cu低温键合技术研究

发布时间：2022-02-26 00:39

　　随着微电子制造业的飞速发展,三维封装制造技术应运而生,在垂直方向对集成电路进行堆叠,具有更高的集成度、更高的性能、更高的功能密度以及更低的功耗。但是由于特征尺寸的大幅缩小,这使得后端封装原有的微连接与封装工艺不能满足应用需求。为了解决三维制造中高效可靠的低温互连问题,本文在国家重点基础研究发展计划项目（973计划）“多场作用下三维密排阵列微互连结构形成及性能调控”的资助下,从局部加热键合的角度出发,以Al/Ni自蔓延反应材料作为局部热源,系统地研究了基于单一Sn层、Sn-Cu和Sn-Ni交替多层薄膜的Cu-Cu自蔓延反应键合工艺,以及大规模Cu凸点阵列的低温Cu-Cu键合技术,得到了以下主要结论:（1）在待键合的Cu基底上直接电镀制备1-7μm厚的Sn镀层,利用15V的直流电源产生的电火花来引燃Al/Ni纳米箔释放热量,在5MPa的压力下进行Cu-Cu键合。对键合界面横截面进行观察,发现当Sn镀层厚度小于4μm时,孔洞、裂纹等缺陷随着Sn镀层厚度的增加而显著减少,在4μm时基本达到稳定。而Sn镀层/Cu基底界面处的金属间化合物（IMC）Cu₆Sn₅

【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究的背景和意义
    1.2 Cu凸点低温键合工艺的研究现状
    1.3 自蔓延局部加热连接工艺研究现状
    1.4 Cu-Cu低温键合存在的问题
    1.5 研究目标及内容
2 基于单层Sn焊料的Cu-Cu自蔓延反应键合
    2.1 试验材料及方案
    2.2 Sn镀层厚度对Cu-Cu自蔓延反应键合工艺的影响
    2.3 本章小结
3 基于交替多层薄膜焊料的Cu-Cu自蔓延反应键合
    3.1 试验材料及方案
    3.2 基于Sn-Cu多层结构的Cu-Cu自蔓延反应键合研究
    3.3 基于Sn-Ni多层结构的Cu-Cu自蔓延反应键合研究
    3.4 本章小结
4 基于加热引燃的高密度Cu凸点阵列的自蔓延反应键合
    4.1 试验材料及方案
    4.2 NF40 Al/Ni纳米箔的热性能研究
    4.3 基于Sn-Ni多层薄膜的Cu凸点阵列的自蔓延反应键合研究
    4.4 本章小结
5 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 创新之处
    5.3 下一步工作展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士期间发表的相关论文
附录2 攻读博士期间发表的专利目录
附录3 博士生期间参与的课题研究情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]Detection and formation mechanism of micro-defects in ultrafine pitch Cu Cu direct bonding[J]. 刘子玉,蔡坚,王谦,陈瑜.  Chinese Physics B. 2016(01)
[2]中国集成电路设计产业的发展趋势[J]. 于宗光,黄伟.  半导体技术. 2014(10)
[3]微波助燃Ni-Al高温自蔓延连接CVD SiC[J]. 韩绍华.  硅酸盐通报. 2014(07)
[4]高密度3-D封装技术的应用与发展趋势[J]. 顾勇,王莎鸥,赵建明,胡永达,杨邦朝.  电子元件与材料. 2010(07)
[5]集成电路的发展趋势和关键技术[J]. 王永刚.  电子元器件应用. 2009(01)
[6]集成电路的发展趋势和关键技术[J]. 王永刚.  电子元器件应用. 2009 (01)
[7]金锡焊料及其在电子器件封装领域中的应用[J]. 周涛,汤姆·鲍勃,马丁·奥德,贾松良.  电子与封装. 2005(08)
[8]自蔓延高温合成连接技术研究进展[J]. 李卓然,冯吉才,曹健.  宇航材料工艺. 2004(03)
[9]三维微电子学综述[J]. 李文石,钱敏,黄秋萍.  微电子学. 2004(03)

博士论文
[1]TiAl与TiC金属陶瓷自蔓延反应辅助扩散连接机理研究[D]. 曹健.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]基于3D-TSV叠层封装的Sn单晶粒微凸点研究[D]. 沈星.华中科技大学 2013
[2]C/C复合材料与TiAl合金自蔓延反应连接工艺及机理研究[D]. 史延利.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3644004