1、材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 新型封装技术新型封装技术 第十五讲第十五讲 上海应用技术学院上海应用技术学院 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造 三维电子封装技术三维电子封装技术 层间互连技术层间互连技术 高密度键合互连技术高密度键合互连技术 主要内容主要内容 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 电子产品是电子产品是智能化商品智能化商品 发光发光 发声发声 发热发热 电电 电磁波电磁波 运动运动 化学反应化学反应 光信息光信息 声信息声信息 电磁信息电磁信息
2、热信息热信息 压力压力 位移位移 化学环境化学环境 大脑大脑 心脏心脏 信息系统信息系统 执行系统执行系统 感知系统感知系统 情报收集情报收集 信息储存信息储存 信息处理信息处理 信息指令信息指令 能量系统能量系统 能量供给能量供给 散热系统散热系统 信息信息 能量能量 信息信息 能量能量 向人体一样包含两大系统：神经网络向人体一样包含两大系统：神经网络+血液循环血液循环 电子产品与微电子制造电子产品与微电子制造 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 电子产品的核心是集成电路电子产品的核心是集成电路 晶体管（脑细胞）晶体管（脑细胞） 二极管、三极管 集成电路集成电路
3、 电路（神经网络）电路（神经网络） 各种布线、各种互连 高度集成高度集成 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 微电子产品的基本构成与互连的关系微电子产品的基本构成与互连的关系 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 互连作用互连作用 微纳互连在电子产品中的作用微纳互连在电子产品中的作用 DIE Chip Chip 印刷线路板（PCB） 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 晶体管制造与互连晶体管制造与互连 30-500纳米纳米 封装体内互连封装体内互连 5-50微米微米 基板上互连基板上互连 50-500微米微
4、米 仪器设备内互连仪器设备内互连 1000微米微米 半导体芯片半导体芯片 仪器设备组装仪器设备组装 电子封装电子封装 印刷板上组装印刷板上组装 硅片制造硅片制造 集成电路制造中的各级互连集成电路制造中的各级互连 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 摩尔定律已接近极限摩尔定律已接近极限 集成与封装的三维化集成与封装的三维化 芯片特征尺寸减小芯片特征尺寸减小 特特 征征 尺尺 寸寸 趋趋 于于 极极 限限 三维电子封装技术三维电子封装技术 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 今后发展趋势：三维集成与封装今后发展趋势：三维集成与封装 SIP
5、System in Package 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 三维集成与封装的主要方法三维集成与封装的主要方法 硅通孔硅通孔(TSV)叠层叠层 短距离互连 多种芯片集成 实现高密度 更低成本 器件内置多层基板器件内置多层基板 无源器件集成 MEMS器件集成 多种芯片内置 实现高密度 （摘自2007STRJ报告） 典型的典型的3D-封装产品示意图封装产品示意图 TSV堆叠结构堆叠结构 器件内置多层基板器件内置多层基板 TSVThrough Silicon Via 传统打线方法传统打线方法 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 T
6、SV使晶圆与封装厂合作变得更紧密使晶圆与封装厂合作变得更紧密 晶圆制造晶圆制造 电子封装电子封装 PCB微组装微组装 晶圆制造晶圆制造 电子封装电子封装 基板基板 晶圆制造晶圆制造 电子封装电子封装 1990 System on Board 1990 2D-System in Package 2010 22-32nm 3D-System Integration POP SoC TSV 晶圆制造晶圆制造 电子封装电子封装 基板基板 2000 45-130nm，3D-System in Package WB-3D MCM BGA TSV-3D 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应
7、用技术学院 三维封装市场需求及市场规模三维封装市场需求及市场规模 最近数年最近数年，用于用于TSV封装的晶圆数量将成倍增加封装的晶圆数量将成倍增加，迫使迫使 铜互连材料的需求量进一步攀升铜互连材料的需求量进一步攀升 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 CSCM (Chip Scale Camera Module) WLP TSV在微摄像头（在微摄像头（CIS）上的应用）上的应用 东芝 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 TSV-3D封装中的关键技术封装中的关键技术 硅孔制作硅孔制作 绝缘层、阻挡层和种子层沉积绝缘层、阻挡层和种子层沉积
8、 硅孔导电物质填充硅孔导电物质填充 晶圆减薄晶圆减薄 晶圆键合晶圆键合 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 各工艺所占成本比例各工艺所占成本比例 在TSV-3D封装技术中，以铜互连材料及工艺为主的通孔 填充和芯片叠层键合在制造成本中所占比例最高，分别达 40%，34%，是三维封装中的关键技术 日本权威机构预测的制造成本构成日本权威机构预测的制造成本构成 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 TSV硅孔镀铜技术硅孔镀铜技术 低温固态键合技术低温固态键合技术 材料可靠性材料可靠性 引线框架引线框架 塑封树脂塑封树脂 微凸点技术微凸点技术 新
9、型无铅焊料研究开发新型无铅焊料研究开发 层间互连技术层间互连技术 高密度键合技术高密度键合技术 TSV-3D封装中的关键技术封装中的关键技术 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 湿法刻蚀湿法刻蚀 基于KOH 溶液 低刻蚀温度、低制造成本、适合于 批量生产 但由于KOH 溶液对硅单晶的各向异 性腐蚀特性，其刻蚀的孔非垂直且 宽度较大，只能满足中低引出脚的 封装。 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 激光加工激光加工 依靠熔融硅而制作通孔，故内 壁粗糙度和热损伤较高； 大规模制作通孔有成本优势； 可以不需要掩膜版。 材料论坛 2010.0
10、3.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 深层等离子体刻蚀工艺深层等离子体刻蚀工艺( DRIE) 孔径小( 5m) 、纵深比高的垂 直硅通孔； 与IC 工艺兼容； 通孔内壁平滑, 对硅片的机械及 物理损伤最小； 制作成本较高。 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 典型的典型的DRIE工艺工艺 SF6可以对Si进行快速各向同性的刻蚀； C4F8则沉积在上一步刻蚀的孔洞表面用以保护侧壁； 沉积在孔洞底部的C4F8聚合物将被去除，使用SF6进行下一步的刻蚀 。 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 三种硅通孔制作手段比较三种硅通孔制作手段比
11、较 通孔制作手段通孔制作手段 湿法刻蚀湿法刻蚀 干法刻蚀干法刻蚀 激光钻孔激光钻孔 成孔速度成孔速度 111111m/minm/min 可达可达5050m/minm/min 24002400通孔通孔/s/s 定位精度定位精度 掩模决定掩模决定+ 掩模决定掩模决定+ 传送装置决定，约几传送装置决定，约几 m m 深宽比深宽比 1:11:601:11:60 1:801:80 1:71:7 成孔精度成孔精度 亚微米亚微米 亚微米亚微米 1010m m 通孔质量通孔质量 非常好非常好 一般一般 好好 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 晶圆减薄晶圆减薄 TSV要求芯片减薄
12、至50微米 甚至更薄，硅片强度明显 下降，并出现一定的韧性 ； 尽量小的芯片损伤，低的 内应力,防止晶圆翘曲； 机械研磨+湿法抛光。 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 研磨、抛光和刻蚀研磨、抛光和刻蚀 首先用直径9微米氧化铝粉末研 磨2h，减薄至70微米； 直径0.3微米氧化铝粉末抛光1h ，并减薄至3040微米； 采用旋转喷射刻蚀除去受损部 分并释放研磨和抛光中产生的 内应力。 旋转喷射刻蚀所用 的喷头 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 RIE和和Backside Processing 旋转喷射刻蚀后孔底部距硅片 表面只有35微
13、米,经过反应离 子刻蚀(RIE)之后露出表面; 经光刻和湿法刻蚀使孔底部的 铜暴露出来,为下一步的互连做 准备。 旋转喷射刻蚀后的硅片， 左、右边分别为清洗前 和清洗后。 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 三维叠层封装是今后电子封装技术发展的必三维叠层封装是今后电子封装技术发展的必 然趋势然趋势 通过硅通孔镀铜互连的通过硅通孔镀铜互连的TSV封装将成为三维封装将成为三维 封装技术的主流封装技术的主流 特征尺寸进入特征尺寸进入130纳米以下后，已全部采用大马纳米以下后，已全部采用大马 士革镀铜互连工艺士革镀铜互连工艺 镀铜互连的层数逐年增加，目前已普遍达到镀铜互连
14、的层数逐年增加，目前已普遍达到9- 12层层 芯片间（芯片间（TSV）铜互连技术）铜互连技术： 芯片上层间铜互连技术芯片上层间铜互连技术： 芯片上层间铜互连芯片上层间铜互连 基板内层间铜互连基板内层间铜互连 硅片间铜互连（硅片间铜互连（TSV） 基板内层间铜互连技术基板内层间铜互连技术 基板内的多层化和芯片、器件内置需要大量基板内的多层化和芯片、器件内置需要大量 的铜互连技术的铜互连技术 层间互连技术层间互连技术超填充镀铜超填充镀铜 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 Via last 镀铜填充镀铜填充 Via first 多晶硅填充多晶硅填充 Via last
15、电镀填充（电镀填充（Cu,Ni/Au) 微镜头就是采用此方法微镜头就是采用此方法 TSV硅孔导电物质填充方法硅孔导电物质填充方法 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 通过两种以上的添加剂实现高深宽比填充，不通过两种以上的添加剂实现高深宽比填充，不 允许产生空洞。普通添加剂很难获得满意效果允许产生空洞。普通添加剂很难获得满意效果 难点之一难点之一：特殊的填充机制特殊的填充机制 镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点 Accelerator Suppresser Leveler Accelerator Suppresser Leveler Accelerator S
16、uppresser Leveler Accelerator Suppresser Leveler Accelerator Suppresser LevelerAccelerator Suppresser Leveler 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 从从TSV数百微米的硅孔，到大马士革铜互连的数十纳米，数百微米的硅孔，到大马士革铜互连的数十纳米， 需要采用不同的添加剂，难度非常大需要采用不同的添加剂，难度非常大 难点之二难点之二：填充尺寸跨度大填充尺寸跨度大 镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技
17、术学院 大马士革镀铜，要求每分钟镀一片，大马士革镀铜，要求每分钟镀一片，TSV要求要求20分钟以分钟以 内，业内有采用甲基磺酸铜的倾向内，业内有采用甲基磺酸铜的倾向 难点之三难点之三：较高的沉积速率较高的沉积速率 TSVTSV硅孔的孔内面积（平方微米）硅孔的孔内面积（平方微米） 填孔所需镀铜时间填孔所需镀铜时间 （分钟）（分钟） 数据来源：罗门哈斯数据来源：罗门哈斯 镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 杂质含量多要求在杂质含量多要求在ppb量级水平，微尘数量必须在很少的范围量级水平，微尘数量必须在很少的范围 难点之四难点之
18、四：纯度要求高纯度要求高 镀铜互连技术最大难点镀铜互连技术最大难点 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 我们取得的核心成果我们取得的核心成果 Inclined Vias Vertical Vias 不同硅孔填充效果不同硅孔填充效果 我们发现的填充机制我们发现的填充机制 我们与上海新阳半导体材料股份公司合作我们与上海新阳半导体材料股份公司合作，经过近两年的经过近两年的 努力努力，发现了新的填充机制发现了新的填充机制，据此已成功开发出国内第一代超据此已成功开发出国内第一代超 级镀铜溶液级镀铜溶液，效果良好效果良好。目前目前，正在进行工业化产品开发正在进行工业化产品开发
19、 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 加速区加速区 抑制区抑制区 极化电位极化电位 电流电流 我们发现的镀铜超填充机制我们发现的镀铜超填充机制 加速剂尽量在低极化区发挥作用；加速剂尽量在低极化区发挥作用； 抑制剂尽可能在高极化区发挥作用抑制剂尽可能在高极化区发挥作用 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 chip RCC core substrate adhesive chip RCC core substrate adhesive 基于芯片基于芯片/器件内置的基板镀铜技术器件内置的基板镀铜技术 材料论坛 2010.03.17 上海应用
20、技术学院上海应用技术学院 电镀电镀/印刷印刷 Au/Ni 电镀电镀/印刷印刷 凸点材质凸点材质 焊锡球焊锡球 金金 金金 电镀电镀 金金 金镀层金镀层 熔融键合熔融键合 基板侧基板侧 表面材质表面材质 焊锡层焊锡层 焊锡层焊锡层 制备方法制备方法 制备方法制备方法 电镀电镀/印刷印刷 电镀电镀/印刷印刷 电镀电镀 电镀电镀 接触键合接触键合 各项异性各项异性 导电胶导电胶 Au/Ni 电镀电镀 高密度键合互连技术高密度键合互连技术 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 含含Cr中低温新型无铅焊料中低温新型无铅焊料 Sn-9Zn-0.05Cr Sn-9Zn-0.3Cr
21、 Sn-9Zn-0.1Cr Sn-9Zn Sn-9Zn-XCr 0 0.05 0.1 0.3 加加 热热 前前 加加 热热 后后 25025 h 使金相组织显著细化使金相组织显著细化 抗氧化性提高近三倍抗氧化性提高近三倍 延展性提高延展性提高30%以上以上 润湿性得到相应改善润湿性得到相应改善 有效抑制有效抑制IMC层生长层生长 随着绿色电子技术的发展随着绿色电子技术的发展，微互连关键材料微互连关键材料无铅焊料的应用越来越广泛无铅焊料的应用越来越广泛。但目前但目前 应用的无铅焊料存在着熔点高应用的无铅焊料存在着熔点高、成本高成本高、焊接界面焊接界面IMCIMC层生长过快或抗氧化性较差层生长过快
22、或抗氧化性较差，抗冲击抗冲击 性不好等问题性不好等问题。为此为此，本研究室展开了大量的基础研究工作本研究室展开了大量的基础研究工作，成功开发了一系列含微量成功开发了一系列含微量CrCr 新型中低温无铅焊料新型中低温无铅焊料。该成果申请国家发明专利该成果申请国家发明专利6 6项项（已授权已授权4 4项项）。 微量微量Cr的作用的作用 焊料的抗氧化性 IMC层的抑制效果 焊料的力学性能 Sn-3Ag-3Bi Sn-3Ag-3Bi-0.1Cr Sn-9Zn-3Bi-xCr Sn-3Ag-3Bi-0.3Cr Sn-3Ag-3Bi 上海市浦江人才计划（上海市浦江人才计划（No.05PJ4065No.05
23、PJ4065） JournalJournal ofof ElectronicElectronic Materials,Materials, 3535: :17341734( (20062006) ) Cr对Sn-Ag-Bi焊料IMC层的抑制效果 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 三维封装对键合技术的新要求三维封装对键合技术的新要求 键合尺寸进一步降低，凸点等精度要求提高；键合尺寸进一步降低，凸点等精度要求提高； 降低键合温度，减少应力影响降低键合温度，减少应力影响 尽量避免使用助焊剂尽量避免使用助焊剂 前后道工艺有良好兼容性；前后道工艺有良好兼容性； 简化工艺，
24、降低成本；简化工艺，降低成本； 凸点的无铅化；凸点的无铅化； DIE Chip Chip 印刷线路板（PCB） 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 高密度微凸点的电沉积制备技术高密度微凸点的电沉积制备技术 随着封装密度的提高和三维封装技术的发展随着封装密度的提高和三维封装技术的发展，微凸点尺寸与间距变得越来越小微凸点尺寸与间距变得越来越小。当凸当凸 点尺寸缩小到点尺寸缩小到4040微米以后微米以后，目前工业上采用的置球法和丝网印刷法将难于保证精度目前工业上采用的置球法和丝网印刷法将难于保证精度，成本成本 也将大幅上升也将大幅上升。光刻光刻- -电沉积方法是高密度凸
25、点形成的有效方法电沉积方法是高密度凸点形成的有效方法。本研究所已成功开发了无本研究所已成功开发了无 铅微凸点的整套技术铅微凸点的整套技术，为今后工业化生产奠定了基础为今后工业化生产奠定了基础。 电沉积后的微凸点电沉积后的微凸点 回流后的微凸点回流后的微凸点 电沉积微凸点的制作过程电沉积微凸点的制作过程 电沉积法制备高密度凸点的优势电沉积法制备高密度凸点的优势 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 各种各样的电镀凸点各种各样的电镀凸点 电沉积后的电沉积后的Sn凸点凸点 回流后的微凸点回流后的微凸点 我们研究室制作的各种凸点我们研究室制作的各种凸点 Cu/Ni/In凸点
26、凸点 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 电镀凸点应注意的事项电镀凸点应注意的事项 需要等离子刻蚀需要等离子刻蚀 镀液要保证良好的浸润性镀液要保证良好的浸润性 超声处理有助于凸点形成超声处理有助于凸点形成 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 低温键合互连技术进展低温键合互连技术进展 接插式键合互连方法接插式键合互连方法 数据来源：日立数据来源：日立 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 Au-In低温互连低温互连 低温键合技术进展低温键合技术进展 在低温下生成高熔点的金属间化合物在低温下生成高熔点的金属间化
27、合物 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 基于纳米阵列材料的低温固态互连技术基于纳米阵列材料的低温固态互连技术 SEM images of the Ni nanocone arrays. (a) Low magnification, (b) high magnification. Demonstration of the bonding process. Shear strength of the bumps. SEM image of the interface. (a, b) edge of the bump, (c, d) center of the bum
28、p. 电子封装中的微互连大都采用焊料的熔融焊接方法电子封装中的微互连大都采用焊料的熔融焊接方法，由由 于存在助焊剂污染于存在助焊剂污染，熔融焊料流溢等问题熔融焊料流溢等问题，很难适应今后的很难适应今后的 三维高密度封装三维高密度封装。为此为此，我们提出了基于纳米阵列材料的低我们提出了基于纳米阵列材料的低 温固态焊接方法温固态焊接方法，根据目前的初步研究根据目前的初步研究，证明该方法是非常证明该方法是非常 可行的可行的，在今后在今后3 3D D高密度电子封装技术中有望得到推广应用高密度电子封装技术中有望得到推广应用。 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 表面纳米阵列
29、材料是指表面纳米管、纳米球、表面纳米阵列材料是指表面纳米管、纳米球、 纳米线、纳米孔等纳米结构有序排列的阵列材料。纳米线、纳米孔等纳米结构有序排列的阵列材料。 表面纳米阵列材料可采用光刻，铝氧化模板，气表面纳米阵列材料可采用光刻，铝氧化模板，气 相沉积和自组装等方法制备，但设备和工艺复杂，相沉积和自组装等方法制备，但设备和工艺复杂， 难于实现大面积可控制备。本技术通过特殊的难于实现大面积可控制备。本技术通过特殊的电电 化学定向电结晶方法化学定向电结晶方法成功开发了镍基、钴基以及成功开发了镍基、钴基以及 铜基表面纳米针锥阵列材料（铜基表面纳米针锥阵列材料（NCA）的可控制备）的可控制备 技术，为
30、在各领域的应用创造了条件。技术，为在各领域的应用创造了条件。 表面纳米阵列材料的可控制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术 不需要任何模板不需要任何模板 工艺简单、制造成本低工艺简单、制造成本低 材料大小、形状不受限制材料大小、形状不受限制 可在各种基材上实现可在各种基材上实现 易于大面积可控制备易于大面积可控制备 工艺特点工艺特点 结构特点结构特点 特殊的阵列结构特殊的阵列结构 庞大的真实表面积庞大的真实表面积 较高的表面活性较高的表面活性 复合界面高结合强度复合界面高结合强度 卓越的散热效果卓越的散热效果 各种化学催化剂的载体各种化学催化剂的载体 良好的场发射效应良好的场发射效应 特殊传感
31、器或纳米器件特殊传感器或纳米器件 功能特点功能特点 国家自然基金纳米科技基础研究重大专项（No. 90406013） Nanotechnology,19: 035201(2008) 锥晶高锥晶高200nm 300nm 400nm 600nm 850nm 1100nm 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 率先提出定向电结晶制备纳米阵列结构的新方法。它是基于电化学沉积法，通过 添加特殊的结晶调整剂，控制电沉积过程等手段，使结晶有序成长，从而在材料 表面形成微针锥、微纳米球等阵列结构。 电化学制备表面纳米阵列结构材料电化学制备表面纳米阵列结构材料 表面纳米阵列材料的可控
32、制备技术表面纳米阵列材料的可控制备技术 材料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 剪切强度剪切强度 （MPa） 3.84 普通普通Pd PPF 5.81 纳米针阵列纳米针阵列 10.67 纳米针阵列纳米针阵列 8.08 纳米针阵列纳米针阵列 微观形貌微观形貌 高可靠性高可靠性Pd PPF无铅引线框架封装技术无铅引线框架封装技术 由于由于Pd PPF无铅引线框架封装技术表面为贵金属，化学反应活性差，对于在高温下可靠性无铅引线框架封装技术表面为贵金属，化学反应活性差，对于在高温下可靠性 要求高的要求高的IC（如汽车发动机周边用（如汽车发动机周边用IC等）存在引线框架与树脂结
33、合强度低等问题。通过本技术等）存在引线框架与树脂结合强度低等问题。通过本技术 在集成电路引线框架表面引进纳米针阵列结构、使引线框架与封装树脂的结合强度提高两倍以在集成电路引线框架表面引进纳米针阵列结构、使引线框架与封装树脂的结合强度提高两倍以 上，大大提高了封装器件的可靠性。上，大大提高了封装器件的可靠性。 NCA Pd PPF Normal Pd PPF 引线框架引线框架 塑封树脂塑封树脂 EMC side PPF side 上海市纳米专项基金（上海市纳米专项基金（No.0452nm030） Journal of Electronic Materials, 36: 1594 (2007) 材
34、料论坛 2010.03.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 600 700 800 500 电阻率 XRD结果 高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究 防止铜与硅的相互扩散是铜互连可防止铜与硅的相互扩散是铜互连可 靠性的关键技术。作为基础研究，本靠性的关键技术。作为基础研究，本 研究室系统地研究了耐高温但金属研究室系统地研究了耐高温但金属W W、 MoMo、TaTa以以MoMo- -N N，TaTa- -W W- -N N等二元、三元等二元、三元 阻挡层的作用与效果，获得许多有价阻挡层的作用与效果，获得许多有价 值的基础数据。值的基础数据。 材料论坛 2010.0
35、3.17 上海应用技术学院上海应用技术学院 随着集成电路的高密度、多功能化，对铜互连材料与工艺的要求也越来越高，很多性随着集成电路的高密度、多功能化，对铜互连材料与工艺的要求也越来越高，很多性 能都将会对可靠性产生影响。如抗氧化性，电迁移特性，热稳定性、界面反应等。在我们能都将会对可靠性产生影响。如抗氧化性，电迁移特性，热稳定性、界面反应等。在我们 的研究中，发现了不同的晶格取向将对铜氧化性能产生较大的影响，晶格取向不同、氧化的研究中，发现了不同的晶格取向将对铜氧化性能产生较大的影响，晶格取向不同、氧化 速度各异，氧化膜的性能也将发生变化。速度各异，氧化膜的性能也将发生变化。 高密度铜互连材料与可靠性基础研究高密度铜互连材料与可靠性基础研究 不同温度下铜的氧化膜厚度不同温度下铜的氧化膜厚度 铜不同晶格取向的衍射图铜不同晶格取向的衍射图 氧化膜剪切强度与温度的关系氧化膜剪切强度与温度的关系 405060708090100 Cu(100) Cu(311) Cu(110) Cu(111) 2 (degree) Intensity (arb.unit)
