低溫接合技術

• 使用鈍化層技術實現低溫銅對銅直接接合

隨著半導體產業技術的不斷發展，電晶體密度快速增加，隨之而來的是線路佈局的複雜度與電容電阻延遲的指數增加。因此，金屬互聯引線已經成為限制晶片性能進一步提升的主要因素。為解決這一問題，透過晶片堆疊技術，實現線路垂直互連，從而大幅度縮短金屬互聯引線長度，降低電容電阻延遲的三維積體電路技術應運而生。在所有常用金屬互連引線之中，銅憑藉其優異的導熱性，電阻率，抗電遷移能力以及耐腐蝕性，成為首選。然而由於銅金屬化學性質較為活潑，在大氣環境下表面會形成一層氧化薄膜，從而大幅增加銅直接接合製程所需的溫度與時間。本實驗室提出使用金屬鈍化層技術，透過在銅金屬表面形成化學性質穩定的金屬材料，達到保護銅不會被氧化的功能，從而實現金屬銅的低溫接合，如圖一。從圖二中SAT的影像展示了鈍化層接合技術可以在低溫下保持高良率的接合品質。同時圖三中的拉力測試展示了該技術具有超高強度，以至於大部分情況下斷裂面都在基板而非接合界面。展示了該技術可以實現高品質的低溫銅對銅直接接合製程。

接合材料：銅對銅直接接合;

接合溫度：70-180 ℃ ;

接合強度：8 MPa ;

電性表現：10^-9–10^-7 Ω·cm²;

最小間距：15 μm ;

可靠性表現：可通過熱循環測試及高加速壽命測試。

• 使用新型銅柱-凹陷結構實現低溫銅對銅直接接合

本實驗室開發出銅柱跟銅凹槽接合製程。此方式透過設計特殊的接合結構，促進金屬受力時產生的塑性形變，使得銅能在低溫下實現接合。如圖四所示，在銅柱跟銅凹槽接合結構中，本文將感光性高分子材料沉積在基板上，透過黃光以及熱固化製程調變側壁曲度以實現凹槽結構。在晶片級的接合製程中，此接合結構實現低溫150℃下只需1分鐘的接合條件，並展現出高強度及穩定的電阻值特性，同時圖五也展示了一個極佳的接合界面。另一方面，此接合結構也成功應用於集團接合技術，如圖六所示，在低溫190℃ 下接合20分鐘，其接合結果呈現高接合良率及品質，並且各晶片皆呈現穩定的電性與可靠度。因此，此接合方式提供了一項具備高產率且廣泛應用性的三維積體電路製造整合技術。

接合材料：銅對銅直接接合 ;

接合溫度：150 ℃ ;

接合強度：8 MPa ;

最小間距：15 μm ;

可靠性表現：可通過熱循環測試及高加速壽命測試。