錫基Cu核互連結(jié)構(gòu)界面反應(yīng)及其電遷移可靠性研究.pdf

1、錫基錫基Cu核互連結(jié)構(gòu)界面反應(yīng)及其電遷移可核互連結(jié)構(gòu)界面反應(yīng)及其電遷移可靠性靠性研究研究InterfacialreactionselectromigraionreliabilityinvestigationonSnbasedCucedsolderinterconnects專業(yè)：材料物理與化學(xué)研究生：撒獻(xiàn)章指導(dǎo)教師：吳萍教授天津大學(xué)理學(xué)院二零一四年五月天津大學(xué)碩士學(xué)位論文I中文摘要中文摘要近年來，隨著電子器件體積的日益微型化，互連焊點的尺

2、寸不斷減小，一方面，界面金屬間化合物對焊點的影響越來越顯著；另一方面，通過焊點的電流密度不斷增加，使得電遷移失效越來越嚴(yán)重。為了提高焊點的可靠性，人們提出了Cu核互連結(jié)構(gòu)的焊點。因此，對錫基Cu核焊點的界面反應(yīng)及其電遷移的研究具有十分重要的意義。本文對CuCucedSnCu互連樣品和CuCucedSn3.5Ag0.7CuCu互連樣品的界面反應(yīng)行為以及電遷移行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。對兩種互連樣品的界面反應(yīng)研究我們發(fā)現(xiàn)：第一，在焊接過程中，互連

3、樣品的各界面都只生成了一層扇貝狀的Cu6Sn5金屬間化合物；第二，在高溫時效過程中，各界面的金屬間化合物都由一層扇貝狀的Cu6Sn5金屬間化合物轉(zhuǎn)變成了兩層金屬間化合物：靠近Cu側(cè)的為層狀的Cu3Sn金屬間化合物，靠近焊料側(cè)的為扇貝狀的Cu6Sn5金屬間化合物；第三，界面金屬間化合物層的厚度隨時效時間的增加不斷增厚，并與時間的平方根呈線性關(guān)系，符合拋物線定律，說明界面反應(yīng)為擴(kuò)散控制機(jī)制所主導(dǎo)。對CuCucedSnCu互連樣品的電遷移研究

4、我們發(fā)現(xiàn)：Cu核的加入，改變了互連樣品的結(jié)構(gòu)，使得焊點出現(xiàn)了兩對電極。兩對電極的出現(xiàn)，致使陽極側(cè)焊料Cu線界面金屬間化合物不斷增厚，焊料Cu核界面金屬間化合物不斷減少并出現(xiàn)鋸齒狀的形貌；而陰極側(cè)界面金屬間化合物的變化與陽極側(cè)剛好相反。因為Cu核的電阻率遠(yuǎn)小于Sn的電阻率，所以電流主要從Cu核通過，使得互連樣品出現(xiàn)了明顯的電流集聚現(xiàn)象，從而加劇了Cu核與Cu線之間區(qū)域內(nèi)的電遷移效應(yīng)，致使其界面形貌發(fā)生了明顯的變化。Cu核焊點的電遷移壽命遠(yuǎn)

5、大于傳統(tǒng)焊點的電遷移壽命，所以說Cu核焊點極大的提高了焊點的電遷移可靠性。對CuCucedSn3.5Ag0.7CuCu互連樣品的電遷移研究我們發(fā)現(xiàn)：一方面，隨著電遷移的進(jìn)行，互連樣品陽極側(cè)焊料Cu線界面形成了Cu6Sn5金屬間化合物上下分層的現(xiàn)象，而陰極側(cè)焊料Cu核界面沒有發(fā)生上述現(xiàn)象。這是因為，在電遷移過程中，會不可避免的出現(xiàn)焦耳熱效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生熱遷移。在焊點陽極側(cè)，熱遷移的方向與電遷移的方向相同，從而加速了電遷移效應(yīng)，而焊點陰極側(cè)的