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在细间距封装和3D封装中,铜柱(Cu pillars)互连作为一种有可能替代焊点互连的技术,以其优异的机械性能和抗电迁移性能,成为当前研究的热点。目前采用热压键合工艺制备Cu-Sn-Cu互连凸点成为研究Cu柱互连微结构电迁移性能的主要制备工艺。然而,热压键合工艺对电镀获得的Cu-Sn柱表面平整度要求较高,且键合过程中形成脆性金属间化合物(Intermetallic compound,IMC),对互连凸点的可靠性存在较大影响。而且,随着互连凸点尺寸的进一步降低,对热压键合的工艺参数选择提出了更高要求。因此,针对Cu柱互连微结构的电迁移性能的研究,亟需研发新的互连微结构的制备工艺。在本论文中,首先采用光刻和连续电镀工艺制备了直径10~40?m的Cu-Sn-Ni-Cu互连柱,分别研究Cu柱、Cu-Sn柱、Cu-Sn-Ni柱和Cu-Sn-Ni-Cu柱的几何形貌和表面形貌,分析制备过程中互连柱的生长及表面形貌变化规律,并对电镀获得的Cu-Sn柱和Cu-Sn-Ni-Cu柱的界面进行分析。基于所制备的Cu-Sn-Ni-Cu柱,采用连续电镀和三次光刻工艺设计并制备Cu-Sn-Ni-Cu互连微结构,包括底层互连线、中间层Cu-Sn-Ni-Cu柱和顶层互连线微结构,并在顶层互连线制备中引入溅射Cu层作为中间层光刻胶的显影阻挡层,从而获得了一种新的具有良好电气性能的互连微结构。结合所制备的Cu-Sn-Ni-Cu互连微结构的实际几何参数,采用多物理场耦合模拟方法,分析电迁移测试条件下互连微结构的温度梯度、电流密度和应力分布。分别计算互连柱Cu、Sn和Ni组元的原子迁移的电子迁移力、热迁移力和应力迁移力,确定了互连微结构的可能失效位置。最后,深入研究了环境温度、施加电流载荷和互连柱直径对迁移驱动力的影响。