基于磁控溅射制备金属纳米颗粒的低温键合技术研究

三维集成是后摩尔时代异质集成的关键技术路线之一,片间互连是其关键技术。传统的金属热压键合技术由于存在键合温度高和键合时间长的问题,不再适用于三维集成技术的发展需求,新型的具有低温、短时和高可靠性特点的片间互连技术受到广泛关注。提出一种基于磁控溅射制备金属纳米颗粒的低温键合方法。首先采用磁控溅射方法分别进行金属Ag和Au纳米颗粒的制备,并将获得的金属纳米颗粒作为键合界面的修饰层应用于低温键合试验,实现了键合温度在200℃以内、键合时间为3 min的低温短时热压键合。接下来对键合之后的样品进行了剪切强度测试和表征,结果表明采用Ag纳米颗粒作为纳米修饰层的键合样品的平均剪切强度超过了10 MPa,采用Au纳米颗粒修饰的键合样品的平均剪切强度超过了15 MPa,且上述剪切强度都超过了Cr和二氧化硅之间的薄膜粘附强度,能够满足后续工艺的要求。此外还分别观测了不同样品的键合界面微观组织形貌,并且据此分析了基于磁控溅射制备金属纳米颗粒的低温键合技术的键合机理。