隨著半導體產業快速發展,晶片尺寸逐漸縮減,因此封裝技術必須隨之提升,其中晶片間之接合便是3D IC封裝技術之關鍵,現今常用的接合方式為覆晶焊錫技術,利用焊錫球與金屬反應層的冶金反應形成可靠的接點,為了提高單位面積下I/O數量,晶片尺寸需要微縮,接點間距與焊錫球直徑亦需縮小,然而,在回焊過程中發現會發生橋接失效與side wetting使得接點失效,並提出將焊錫球完全移除只剩金屬層對接利用擴散來形成可靠接點。
在金屬/金屬接合的低熱預算製程中,由於銅在<111>具較快之擴散速率,本研究團隊將引入具高<111>優選方向之奈米雙晶銅,主要發展出快速接合與低溫接合兩個重要方向,達到降低熱預算的要求。快速接合的溫度在300℃,而時間可壓縮至30秒內,甚至是5秒,此接合製程除了降低熱預算,還能夠加速生產速率,有望在未來完成chip-to-wafer等製程的量產;而低溫接合的溫度則可以降低到250℃以下,甚至降到150℃,在記憶體等元件封裝上有重要的價值。
在進一步探討接合時間與溫度對於接合強度之關係,在10秒和30秒內進行即時接合製程,並在300℃下進行一小時熱處理,再將試片分為未經二次退火及在氬氣氛圍下進行二次退火,探討接點強度之變化,結果顯示經二次退火之試片,其接合強度與導電性有顯著提升。
在異質接合(hybrid bonding)中主要分為聚亞醯胺(PI)/銅及非導電膠(NCP)/銅兩種接合製程,在聚亞醯胺(PI)/銅之異質接合製程中,採真空熱壓接合方式進行銅柱/PI薄膜對接PI薄膜,再升溫固化達一定固化程度,使PI同時具有可交聯性及足夠強度;透過上述製程,能夠調控PI薄膜和銅的結構,使其具有穩定的機械性質,並且仍然能夠繼續完成固化以及接合,在微電子封裝產業中具有應用潛力。在非導電膠(NCP)於奈米雙晶銅薄膜之接合製程中,能夠在大氣環境下進行接合,同時完成接合及NCP之固化,其接合強度佳,且NCP的填充性也不錯,整體具不錯之良率,未來在業界應用具有潛力,有望成為新一代之封裝技術,將奈米雙晶銅應用於接點間的接合,NCP能夠為接合提供良好保護,可望能夠成為一個不錯的解決方式。
 
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