【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路封装领域，具体涉及一种利用原位生长阳极氧化铝(aao)模板制备铜纳米线阵列封装凸点的方法，具体为一种基于原位aao模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，尤其适用于集成电路三维封装、超细间距封装、高可靠性封装。
技术介绍
1、cu-cu凸点互连技术是集成电路先进封装的核心技术之一。相比目前电子工业中主流应用的sn基钎料凸点，cu凸点具有互连间距更窄、电热性能更好、可靠性更高等优势，在5g通信、人工智能、大数据计算、自动驾驶等新
具有极好的应用前景。
2、然而，cu-cu凸点互连属于固-固扩散过程，且金属铜熔点较高(1083.4℃)，导致cu-cu互连往往需要在高温(>300℃)、高压(几个甚至几十mpa)、高表面平整度(零点几个纳米量级)、高真空(10-6pa量级)或保护氛围等苛刻条件下才能实现良好互连。这不但增大了集成电路封装的工艺成本和复杂性，还会造成封装内部应力过大、器件错配和变形等问题，严重限制着其在电子工业中的进一步应用，亟待研究解决。
3、利用材料的纳米效应，通过在cu凸点表面制备一层铜纳米线薄膜，可显著降低cu-cu互连对温度、压力、平整度等条件要求，是目前业内最有效的解决方案之一。但工业中现有的纳米结构铜薄膜多是采用光刻胶作掩膜版制备的，虽能与半导体工艺兼容，但受限于光刻精度及cu材氧化，制备的铜纳米线凸点仍面临着以下严峻问题：
4、(1)制备的纳米线过粗(>100nm)，凸点互连温度偏高；
5、(2)制备的纳米线致密度偏低，凸点
6、(3)光刻过程复杂，工艺难度大；
7、(4)应用纳米级高精度光刻工艺，成本偏高。
技术实现思路
1、针对目前铜纳米线凸点互连温度高、孔隙率高、工艺难度大、成本高等制约其封装工业应用的现状，本专利技术的目的是克服现有技术存在的纳米线过粗、致密度低、易氧化、成本高等问题，并提供一种与目前半导体封装工艺兼容、高质量互连的低成本铜纳米线凸点制备方法和工艺。本专利技术可在硅等衬底上制备出原位垂直的阵列铜纳米线凸点，纳米线径在10-300nm范围内可控，且致密度高、工艺简单，无需使用复杂的精密光刻和平整化设备，有效解决了铜凸点键合对高温、高压及高平整度过于依赖的问题，并大幅降低了铜凸点封装技术的工业成本和产业化难度，在集成电路封装领域具有极高的应用价值。
2、本专利技术采用的技术方案：
3、一种基于原位aao模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，包括以下步骤：
4、(1)在清洗好的硅片上通过热氧化工艺、物理气相沉积或化学气相沉积制备二氧化硅介质层；
5、(2)在二氧化硅介质层表面旋涂光刻胶、烘烤、曝光和显影，利用腐蚀液刻蚀二氧化硅得到阵列微孔；
6、(3)依次沉积ti、cu和al薄膜，或者依次沉积ti、w和al薄膜，得到覆铝硅片：利用磁控溅射、电子束沉积或热蒸发等物理气相沉积方法或电沉积方法依次沉积，其中，ti薄膜的厚度为20-100nm，cu薄膜的厚度为20-300nm，w薄膜的厚度为20-100nm，al薄膜的厚度为200-5000nm；沉积后，在温度150-220℃下退火待用；
7、(4)配制al阳极氧化溶液：将草酸、磷酸、硫酸的一种或两种以上混合，加入去离子水中搅拌均匀，得到al阳极氧化溶液；配制氧化铝去除液：将磷酸和三氧化铬加入去离子水中搅拌均匀得到氧化铝去除液；配制铜纳米线电镀液：将硫酸铜、浓硫酸、硼酸、乳酸、明胶、氯化钠、健那绿b、聚乙二醇和聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)加入去离子水中搅拌均匀，调节ph在3-5，得到铜纳米线电镀液；
8、(5)硅基板的处理：将步骤(3)制得的覆铝硅片用去离子水超声清洗后冷风吹干，获得硅基板；
9、(6)进行铝膜表面第一次氧化：将步骤(4)配置的al阳极氧化溶液置于电解槽中，将步骤(5)中的硅基板作为阳极且只有al薄膜暴露于al阳极氧化溶液中，以石墨片等惰性电极作为阴极，将阴极和阳极放进电解槽中；采用恒电压模式进行氧化，溶液温度为0～30℃；
10、(7)第一次氧化完成后，将硅基板从电解槽中取出，依次用步骤(4)配置的氧化铝去除液和去离子水冲洗后进行干燥处理，然后按步骤(6)再次对铝膜进行氧化，氧化完成后，将硅基板放入质量分数为1～5％磷酸溶液中去除氧化过程产生的障碍层，在硅基板上得到多孔阳极氧化铝模板；
11、(8)将步骤(4)配置的铜纳米线电镀液置于电解槽中，将步骤(7)中制得的硅基板作为阴极，以纯铜片作为阳极，将阴极和阳极放进电解槽中；采用恒电压或电流模式进行负压原位连续电沉积，磁力搅拌100-200r/min，溶液温度为0-35℃，在硅基板上获得阵列铜纳米线封装凸点；
12、(9)电沉积完成后，将硅基板取出，用氢氧化钠等碱性溶液去除多余的氧化铝模板，用光刻胶剥离液去除光刻胶及其上的种子层金属；
13、(10)将步骤(9)得到的硅基板表面酸洗活化或等离子体活化后，两两对齐，在150～300℃、0～20mpa压力的真空环境中键合10-60min，得到铜纳米线互连接头。
14、进一步的，步骤(3)中，al薄膜的厚度为300nm～5000nm，al的晶粒尺寸为50～1000nm；退火气氛为氮气或空气。
15、进一步的，步骤(4)中，al阳极氧化溶液中，草酸浓度为0～100g/l、磷酸浓度为0-50g/l、硫酸浓度为0-30g/l，且三者不能同时为0；氧化铝去除液中，磷酸浓度为40～80ml/l、三氧化铬浓度为2～10g/l；铜纳米线电镀液中，硫酸铜浓度为50-200g/l、浓硫酸浓度为0-50g/l、硼酸浓度为30-50g/l、乳酸浓度为0-50g/l、明胶浓度为0-300mg/l、氯化钠浓度为0-100mg/l、健那绿b浓度为0-50mg/l、聚乙二醇浓度为0-300mg/l、聚二硫二丙烷磺酸钠浓度为0-100mg/l。
16、进一步的，步骤(6)中，电压为20v～60v，氧化时间为30s～1800s。
17、进一步的，步骤(7)中，对铝膜进行氧化的温度为50～60℃，时间3～15min。去掉第一次氧化的氧化层后再次氧化的电压范围为20～60v，氧化时间为2～30min。
18、进一步的，步骤(8)中，电沉积的电流密度为0.03～1.5a/dm2。
19、与现有技术相比，本专利技术的增益效果在于：
20、(1)本专利技术用磁控溅射、电子束沉积或热蒸发的方式在硅表面制备铝薄膜，退火温度在220℃以下，与低温键合技术良好兼容；阳极氧化制备aao模板与基底结合牢固，导热性能优良，可以作为导热介质。
21、(2)本专利技术所用硅基aao模板制备工艺简单，无需复杂的图案化工艺即可得到具有高长宽比、均匀、垂直通孔，尺寸控制精准，良品率高；纳米铜线直径小且可控，在aao模板中填充致密；
22、(3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(3)中，Al薄膜的厚度为300nm～5000nm，Al的晶粒尺寸为50～1000nm；退火气氛为氮气或空气。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，Al阳极氧化溶液中，草酸浓度为0～100g/L、磷酸浓度为0-50g/L、硫酸浓度为0-30g/L，且三者不能同时为0；氧化铝去除液中，磷酸浓度为40～80mL/L、三氧化铬浓度为2～10g/L；铜纳米线电镀液中，硫酸铜浓度为50-200g/L、浓硫酸浓度为0-50g/L、硼酸浓度为10-50g/L、乳酸浓度为0-50g/L、明胶浓度为0-300mg/L、氯化钠浓度为0-100mg/L、健那绿B浓度为0-50mg/L、聚乙二醇浓度为0-300mg/L、聚二硫二丙烷磺酸钠浓度为0-100mg/L。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于原位AAO模板的铜纳
5.根据权利要求1或2所述的一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(7)中，对铝膜进行氧化的温度为50～60℃，时间3～15min；去掉第一次氧化层后再次氧化的电压范围为20～60V，氧化时间为2～30min。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(8)中，电沉积的电流密度为0.03～1.5A/dm2。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(6)中，惰性电极为石墨片。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于原位AAO模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(9)中，碱性溶液为氢氧化钠。
...【技术特征摘要】
1.一种基于原位aao模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于原位aao模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(3)中，al薄膜的厚度为300nm～5000nm，al的晶粒尺寸为50～1000nm；退火气氛为氮气或空气。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于原位aao模板的铜纳米线阵列封装凸点制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，al阳极氧化溶液中，草酸浓度为0～100g/l、磷酸浓度为0-50g/l、硫酸浓度为0-30g/l，且三者不能同时为0；氧化铝去除液中，磷酸浓度为40～80ml/l、三氧化铬浓度为2～10g/l；铜纳米线电镀液中，硫酸铜浓度为50-200g/l、浓硫酸浓度为0-50g/l、硼酸浓度为10-50g/l、乳酸浓度为0-50g/l、明胶浓度为0-300mg/l、氯化钠浓度为0-100mg/l、健那绿b浓度为0-50mg/l、聚乙二醇浓度为0-300mg/l、聚二硫二丙烷磺酸钠浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：马浩然，郭天浩，刘佳伟，马海涛，梁红伟，王云鹏，张贺秋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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