【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及微电子，特别涉及一种铜-铜凸点常温键合方法及键合结构。
技术介绍
1、当前，铜-铜凸点键合按原理可分为扩散键合和非扩散键合两类。扩散键合是指铜原子在外界温度、压力、时间等因素作用下在键合介面处发生相互扩散作用，使得键合介面消失，上下凸点互联。直接热压键合技术、纳米材料技术、二维材料技术、表面活化键合技术都是基于铜原子扩散原理发展而来的。
2、直接热压键合技术，可以在高温、高压、高真空的条件下进行键合操作，实现铜-铜之间的良好键合。然而这种传统的键合方法对真空度、压力、温度和工艺时间的要求较高，而且高温情况下还会带来铜-铜键合缺陷扩散和残余应力等问题。
3、纳米铜材料可以将热压键合温度从400℃降低到250℃，并实现有效的键合。然而纳米铜材料制备工艺要求苛刻，成本高。如专利申请文件cn116153860a公开了一种晶圆级铜铜凸点键合方法，包括如下步骤：于背景气体下，在晶圆的铜凸点表面，采用能量功率为100mj-300mj的脉冲激光溅射沉积纳米铜层，得到结构晶圆；将纳米铜浆料涂覆于所述结构晶圆中的纳米铜层表面，得到预处理晶圆，其中，所述纳米铜浆料包括纳米铜粉、还原剂、固化剂以及有机溶剂；在还原性气氛中，将另一所述结构晶圆与所述预处理晶圆倒装热压贴合，经热处理固化后冷却静置，完成晶圆级铜铜凸点互连结构的键合。
4、纳米铜材料和锡-铋焊料基于瞬态液相烧结技术(ltps)在250℃下烧结与铜凸点形成共晶体，实现了有效的键合。然而纳米铜材料制备工艺要求苛刻，成本高，并且ltps技术工艺窗
5、单层1-己硫醇二维材料应用于铜凸点表面有效阻止铜表面的氧化，能够在250℃下实现良好的键合，但是该种二维材料制备工艺复杂，成本高，并且二维材料均匀涂覆铜凸点表面的工艺难度很大。
6、室温下铜-铜键合的表面活化键合技术，在超真空条件下，用40-100电子伏的ar原子束处理铜凸点的氧化物，最终得到键合强度超过6.47mpa的键合结构。然而表面活化键合的技术需要高真空度，对键合环境和生产机器有一定的要求。
7、使用粘结剂的方法在室温的条件下完成铜-铜凸点的键合，然而有研究表明很多聚合物粘结剂的长期稳定性较差。
8、为了解决上述键合技术的相关问题，研究人员采用液相沉积法来实现常温铜-铜键合。液相沉积法可以显著降低键合温度，实现常温键合。目前的液相沉积法是通过微流道形式将液体注入到凸点之间，通过化学镀方法，实现铜-铜凸点的键合。采用液相沉积法实现铜-铜常温键合的新技术，不需要高压、高真空等苛刻条件，非常具有应用前景。但是采用微流道形式的溶液沉积法往往都是将芯片浸泡在溶液中，很难实现选择性沉积，在不进行结构优化的情况下，往往铜凸点会越长越“胖”(横向生长)，这就制约了更小间距铜凸点的发展。而且溶液沉积技术还需要有微流道先进设备，增加了工艺复杂度和工艺成本。
技术实现思路
1、基于此，为解决现有技术中存在的至少一种问题，本专利技术提出一种铜-铜凸点常温键合方法，该方法基于液相沉铜原理，使用微液滴打印技术实现精确定位微液滴位置并在铜凸点表面进行沉积，实现常温铜-铜凸点键合。
2、本专利技术的铜-铜凸点常温键合方法，包括步骤：
3、将铜凸点表面进行去氧化处理；
4、通过微液滴打印在去氧化处理后的铜凸点表面放置化学金属镀液；
5、将需要键合的基板或芯片上的焊盘或凸点位置对准上述处理后的铜凸点，通过化学金属镀液的氧化还原反应，使得金属离子在待键合的凸点-凸点或凸点-焊盘之间沉积生长，实现键合。
6、该方案基于铜的液相沉积原理，采用微液滴打印技术实现微液滴于铜凸点上的精准定点附着，然后将芯片的铜凸点阵列与基板的铜凸点阵列对准后贴合，利用金属化学镀液的氧化还原反应，实现金属粒子在待键合的凸点-凸点或凸点-焊盘之间沉积生长，实现键合，键合紧密且可常温进行，键合后的剪切强度达到1mpa及以上，满足应用需求。
7、优选地，所述化学金属镀液中包括金属离子及还原剂，所述金属离子为铜、金、铂、银、或镍。
8、进一步优选地，所述化学金属镀液包括：硫酸铜或氢氧化铜，以及甲醛和氢氧化钠。
9、甲醛为还原剂，这样硫酸铜或氢氧化铜中的二价铜离子在基于铜作为催化剂，甲醛作为还原剂的碱性环境中，被甲醛还原成铜，从而实现铜离子的沉积生长。以硫酸铜为例，反应方程式如下：
10、cuso4+2ch2o+4naoh→cu+2hcoona+h2+na2so4+2h2o。
11、铜表面去氧化处理主要是为了去除铜表面的氧化层，参考的处理方法有使用等离子抛光机和化学去除法，达到去除氧化铜的目标即可。优选地，所述去氧化处理后铜凸点的表面接触角为0-110度，如10度，20度，30度，40度，50度，60度，70度，80度，90度，100度，110度等，使得液滴可稳定放置在铜凸点表面。
12、优选地，通过微液滴打印方法在去氧化处理后的铜凸点表面放置化学金属镀液，以便将化学金属镀液液滴准确、稳定的放置于铜凸点表面。
13、优选地，所述微液滴打印为气溶胶喷射打印、喷墨打印或电流体动力喷射打印。微液滴打印头在三维空间中的定位精度需要在铜凸点尺寸的量级，应该在100nm到1微米左右。
14、进一步优选地，所述微液滴打印为气溶胶喷射打印，喷射速度为1μm/s-10mm/s，微液滴体积为1e-8pl-1pl，从而可以让液滴在铜凸点表面稳定放置而不溢出。
15、本专利技术的键合方法中的铜凸点形状可以是常规的铜凸点的任意形状，优选地为圆柱形、长方体或四面体等，且铜凸点的任一边长或直径的大小为0.005-10毫米。
16、优选地，所述键合过程的温度为0-100℃，如20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃等，过高则反应速度太快，沉积强度较差；过低则反应时间过长。
17、本专利技术的另一方面，还提供上述键合方法制备得到的铜-铜凸点键合结构。
18、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
19、本专利技术的铜凸点键合方法基于液相沉积原理，采用化学金属镀液沉积的方式实现凸点键合，结合微液滴打印技术实现微滴定点附着，将芯片的铜凸点阵列与基板的铜凸点/焊盘阵列对准后贴合，实现铜-铜凸点键合，从而有效解决目前液态沉积法横向生长的问题，而且可常温进行，也不需要使用微流道设备，降低了工艺复杂度和工艺成本，得到的键合结构键合紧密，键合后的剪切强度达到1mpa及以上，满足应用需求。
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1.一种铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述化学金属镀液中包括金属离子及还原剂，所述金属离子为铜、金、铂、银、或镍。
3.根据权利要求2所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述化学金属镀液包括：硫酸铜或氢氧化铜，以及甲醛和氢氧化钠。
4.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述去氧化处理后铜凸点的表面接触角为0-110度。
5.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述微液滴打印为气溶胶喷射打印、喷墨打印或电流体动力喷射打印。
6.根据权利要求5所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述微液滴打印为气溶胶喷射打印，喷射速度为1μm/s-10mm/s，微液滴体积为1E-8pL-1pL。
7.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述铜凸点为圆柱形、长方体或四面体，铜凸点的任一边长或直径的大小为0.005-10毫米。
8.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方
9.一种由如权利要求1-8任一项所述的铜-铜凸点常温键合方法制备得到的铜-铜凸点键合结构。
...【技术特征摘要】
1.一种铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述化学金属镀液中包括金属离子及还原剂，所述金属离子为铜、金、铂、银、或镍。
3.根据权利要求2所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述化学金属镀液包括：硫酸铜或氢氧化铜，以及甲醛和氢氧化钠。
4.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述去氧化处理后铜凸点的表面接触角为0-110度。
5.根据权利要求1所述的铜-铜凸点常温键合方法，其特征在于，所述微液滴打印为气溶胶喷射打印、喷墨打...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱幸，李世玮，
申请(专利权)人：深港产学研基地北京大学香港科技大学深圳研修院，
类型：发明
国别省市：
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