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(dǎo)體技術(shù)對(duì)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(diǎn)，但是銅互連焊盤在進(jìn)行超聲絲線鍵合過程中易氧化，且銅氧化物生長(zhǎng)速度快，難以通過超聲振動(dòng)去除，導(dǎo)致鍵合工藝復(fù)雜。
　　本文采用磁控濺射的方法制備了Ti-Cu-Ti-Ag、不同氮?dú)饬髁康腡i-Cu-TiN-Ag和Ti-Cu-TaN-Ag薄膜結(jié)構(gòu)，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(duì)各種薄膜結(jié)構(gòu)的形貌、相、成分等進(jìn)行表征，研究了各種薄膜結(jié)構(gòu)的超聲鍵合性能，并對(duì)不同阻擋層的抗氧化性能進(jìn)行了比較。
　　研究結(jié)果表明：磁控濺射方法制備的薄膜結(jié)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?dú)饬髁繛?.5sccm和1.0sccm時(shí)

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(jié)構(gòu)鍵合能力良好，達(dá)到100％，Ti-Cu-TiN(N22.5)-Ag薄膜結(jié)構(gòu)鍵合能力稍差，為92%。各種薄膜結(jié)構(gòu)隨超聲功率的增加，剪切載荷增加，但剪切強(qiáng)度先增加后下降；隨鍵合壓力增加，剪切載荷增加，但剪切強(qiáng)度先增加后下降。Ti-Cu-TiN(N22.5)-Ag薄膜結(jié)構(gòu)的剪切

4、強(qiáng)度較低，其它薄膜結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度均較高。各種薄膜結(jié)構(gòu)的剪切破壞主要發(fā)生在Au球內(nèi)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(jié)構(gòu)的阻擋性能最好，在300℃的空氣中儲(chǔ)存30分鐘后仍未見銅元素?cái)U(kuò)散到Ag表面，Ti-Cu-Ti-Ag結(jié)構(gòu)阻擋性能次之，250℃的空氣中存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)在150℃的