Cu芯片納米薄膜金屬化層超聲鍵合性能及抗氧化性能研究.pdf

1、目前封裝向小型化、高密度化和多芯片化發(fā)展，鋁作為芯片上互連材料已不能滿足要求，需要新的互連材料來滿足半導體技術對操作速度和可靠性方面的要求，這種材料就是銅。銅具有低電阻率、抗電遷移性好等優(yōu)點，但是銅互連焊盤在進行超聲絲線鍵合過程中易氧化，且銅氧化物生長速度快，難以通過超聲振動去除，導致鍵合工藝復雜。
　　本文采用磁控濺射的方法制備了Ti-Cu-Ti-Ag、不同氮氣流量的Ti-Cu-TiN-Ag和Ti-Cu-TaN-Ag薄膜結構，來

2、提高銅芯片的抗氧化性能和超聲鍵合性能。通過AFM、XRD、SEM、XPS等手段對各種薄膜結構的形貌、相、成分等進行表征，研究了各種薄膜結構的超聲鍵合性能，并對不同阻擋層的抗氧化性能進行了比較。
　　研究結果表明：磁控濺射方法制備的薄膜結膜層厚度均勻，表面粗糙度小。XRD分析濺射制備的Ag膜以(111)晶面擇優(yōu)取向，平均晶粒尺寸為29.2nm，Cu膜以(111)晶面擇優(yōu)取向，抗電遷移性能好，氮氣流量為2.5sccm和1.0sccm時

3、制備的TiN分別以TiN和TiN1-x存在，而TaN主要以Ta2N存在。Ti-Cu-Ti-Ag、Ti-Cu-TiN(N21.0)-Ag和Ti-Cu-TaN-Ag薄膜結構鍵合能力良好，達到100％，Ti-Cu-TiN(N22.5)-Ag薄膜結構鍵合能力稍差，為92%。各種薄膜結構隨超聲功率的增加，剪切載荷增加，但剪切強度先增加后下降；隨鍵合壓力增加，剪切載荷增加，但剪切強度先增加后下降。Ti-Cu-TiN(N22.5)-Ag薄膜結構的剪切

4、強度較低，其它薄膜結構的剪切強度均較高。各種薄膜結構的剪切破壞主要發(fā)生在Au球內部和Ag層與阻擋層之間的界面處。
　　Ti-Cu-TaN-Ag和Ti-Cu-TiN(N21.0)-Ag薄膜結構的阻擋性能最好，在300℃的空氣中儲存30分鐘后仍未見銅元素擴散到Ag表面，Ti-Cu-Ti-Ag結構阻擋性能次之，250℃的空氣中存儲30分鐘后，表面出現(xiàn)銅元素含量為15.93at.%，而Ti-Cu-TiN(N22.5)-Ag結構在150℃的