【摘 要】
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为了达到低温互连、高温服役的目的,一般利用Sn基无铅焊料通过固-液互扩散技术实现Cu-Cu键合。在键合界面处产生均匀、连续和致密的Cu-Sn金属间化合物（IMCs）层是可靠键合的必要条件,但在高温下IMCs层的过度不规则生长以及良性高强度的Cu6Sn5向恶性较脆的Cu3Sn的转变将导致键合可靠性的降低。为了提高Cu-Cu键合的可靠性,提出采用低温键合工艺和利用还原氧化石墨烯（rGO）薄膜作为键合中
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（No. 61404042）；
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为了达到低温互连、高温服役的目的,一般利用Sn基无铅焊料通过固-液互扩散技术实现Cu-Cu键合。在键合界面处产生均匀、连续和致密的Cu-Sn金属间化合物（IMCs）层是可靠键合的必要条件,但在高温下IMCs层的过度不规则生长以及良性高强度的Cu6Sn5向恶性较脆的Cu3Sn的转变将导致键合可靠性的降低。为了提高Cu-Cu键合的可靠性,提出采用低温键合工艺和利用还原氧化石墨烯（rGO）薄膜作为键合中间层来抑制IMCs的过度不规则生长,具体内容如下:1.利用同步还原自组装方法直接在Cu衬底表面制备连续的厚度约为14 nm的rGO薄膜,并采用N2H4进行二次化学还原以进一步提高rGO的还原程度。结果表明,rGO薄膜表面连续且平整,石墨烯结构较完整,含氧官能团被有效去除,C原子的共轭结构得到了恢复。2.采用低温键合技术,利用Sn-3.0 Ag-0.5 Cu（SAC）焊料在150℃的温度下实现了Cu/rGO/SAC/rGO/Cu键合结构,并将样品置于高温环境下持续老化以研究rGO中间层对IMCs过度不规则生长的抑制作用。在150℃环境中老化72 h后,Cu/rGO/SAC/rGO/Cu键合结构依旧保持较高的剪切强度和低的接触电阻,且Cu/rGO/SAC/rGO/Cu键合结构的剪切强度下降速率和接触电阻上升速率均小于Cu/SAC/Cu键合结构。在Cu/rGO/SAC界面形成了一层薄而均匀、连续且致密的IMCs,其层厚较Cu/SAC界面降低了30%以上,平均投影面积降低了80%以上。3.为了验证rGO薄膜作为键合中间层的可靠性及低温键合工艺的通用性,再利用Sn-57 Bi-1.0 Ag（SBA）焊料在100℃的温度下实现了Cu/rGO/SBA/rGO/Cu键合结构,得到了与前述研究类似的结果。通过对比总结与计算,分析了rGO薄膜抑制IMCs过度不规则生长的机理,得出了键合界面原子扩散模型。综上,rGO薄膜作为键合中间层及低温键合工艺可以有效抑制键合界面IMCs的过度不规则生长,延长器件服役时间,同时该键合工艺具有温度低、操作方便、可靠性高的优点,具有广泛的应用前景。
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