基于铜纳米孪晶的三维集成封装层间互连低温形成机理

批准号:
51605498
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
陈卓
依托单位:
学科分类:
E0512.微纳机械系统
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
何虎、李刚龙、王峰、曹森、张潇睿
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中文摘要
针对当前先进微电子封装的快速发展以及三维集成封装对新型芯片间垂直互连技术的需求,本项目在总结世界范围内低温Cu-Cu键合技术发展现状的基础上,结合金属键合原理和先进封装应用的要求,提出了使用电沉积纳米孪晶Cu进行低温键合,凭借其特殊晶面快速扩散行为形成高品质互连界面的方法,以突破现有Cu-Cu键合方法在键合温度和键合品质方面协同优化的局限。. 拟研究纳米孪晶Cu电沉积生长过程的微观组织控制、键合界面电学-力学性能及微观形貌随键合条件的变化规律、Cu-Cu界面的原子级连接形成过程与机理,从而实现电化学极化行为对Cu沉积中层错形成的调控、获得键合条件优化依据、阐明Cu原子各向异性扩散行为对界面有序结构形成的影响,计算界面孔隙收缩与强度形成速率。通过以上研究,为该方法在高密度层间互连中的应用奠定基础。
英文摘要
Aiming at the rapid development of advanced microelectronics packaging and the rising demand on novel inter-die vertical connection method for three-dimensional integration, after summarizing the research status on low-temperature Cu-Cu bonding technology, the fundamentals of metal bonding, as well as the requirements for package manufacturing, this project proposed a low-temperature bonding method using electrodeposited nanotwinned Cu. High-quality interconnection interface is expected to be obtained through the fast atomic diffusion on specific crystallographic plane. This method is expected to overcome the current dilemma of co-optimization the bondability and bonding quality in current Cu-Cu bonding.. We proposed the research plans on the microstructural control during electrodeposition of nanotwinned Cu, the effects of bonding parameters on electrical property, mechanical property and interfacial microstructure, the atomic level formation mechanism of Cu-Cu joint, so as to realize the manipulation of stacking fault through electrochemical polarization behavior during electrodeposition, to optimize the bonding parameters, to elucidate the influence of anisotropic atomic diffusion on the formation of atomic-level ordered structure, to obtain the bonding void shrinkage rate and strength generation rate. This research project is expected to give fundamental knowledge for the using of nanotwinned Cu-Cu bonding method in high-density vertical interconnection in packaging manufacture of three-dimensional integrations.
先进微电子封装中的芯片-芯片互连制造原理与实现工艺问题已成为下一代集成电路制造的瓶颈问题,针对微互连对低温、高密度、高效率和高可靠性的需求,本项目提出了使用电化学沉积特殊微结构Cu/Ni,并利用超声辅助以增强键合界面原子扩散以实现低温下快速形成键合强度的方法,并探究键合强度的影响规律和界面原子尺度演变的微观机制。主要研究成果如下:1)调控电化学沉积参数获得了适用于互连的(111)、(110)和(100)织构纳米孪晶Cu沉积层,基于孪晶Cu沉积的微结构控制原理,开发了锥形Ni纳米孪晶的脉冲电沉积制备方法和规则形貌调控工艺;2)实现40微米SnAg/Cu结构微铜柱凸点阵列的超声快速键合,通过界面能量输入的调控实现界面物相控制,在热辅助和超声联合作用下,Cu/SnAg/SnAg/Cu键合结构在3 s时间内即可产生良好的界面结合,大面积凸点阵列键合精度可控制在3 μm以内,工艺条件具有的良好实用性;开发了一种利用化学沉积的微米级锥形Cu结构实现低温高强度键合的方法:以3-5 μm密集Cu锥阵列作为互连基底,使用纳米级Ag-Sn混合颗粒作为中间层,可在低于300 °C温度下实现强度高于50 MPa的Cu-Cu键合,并发现了局部粘接这一界面强度增强机制。3)对互连界面演变规律和微观完整性所开展的基于动态观察和原位表征实验的研究表明,微凸点在冲击环境下表现出累积损伤的破坏历程,裂纹扩展路径受凸点内晶界强度和凸点界面强度控制;在小于10 μm尺寸的凸点互连结构受强电流作用时,沿晶界的铜原子扩散是引发电迁移失效的主要因素,而仅包含单一晶粒的焊点由于消除了晶界这一主要通道,抗电迁移能力大幅提高。以上研究丰富了Cu/Cu、Cu/Sn/Cu、Cu/AgSn/Cu等互连体系低温形成的基础理论与工艺规律,有望为先进微电子制造提供现实可用的原理和方案。另外,对互连界面演变的研究初步指出了未来互连尺寸缩微为制造和可靠性带来的有限晶粒效应影响。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Growth and morphology tuning of ordered nickel nanocones routed by one-step pulse electrodeposition
一步脉冲电沉积有序镍纳米锥的生长和形貌调控
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.145291
发表时间:2020-04
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Chen Zhuo;Zhu Cong;Cai Meili;Yi Xinyao;Li Junhui
通讯作者:Li Junhui
Superior electromigration resistance of a microsized solder interconnection containing a single-Sn grain
含有单锡颗粒的微型焊料互连具有优异的抗电迁移性能
DOI:10.1063/1.5044554
发表时间:2018-09
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Wenhui Zhu;Hanjie Yang;Zhuo Chen
通讯作者:Zhuo Chen
Diffusion behavior of Cu/Ta heterogeneous interface under high temperature and high strain: An atomistic investigation
高温高应变下 Cu/Ta 异质界面的扩散行为:原子研究
DOI:10.1063/1.4997677
发表时间:2017-09
期刊:AIP ADVANCES
影响因子:1.6
作者:Li Ganglong;Wu Houya;Luo Honglong;Chen Zhuo;Tay Andrew A. O.;Zhu Wenhui
通讯作者:Zhu Wenhui
DOI:10.1115/1.4040794
发表时间:2018-07
期刊:Journal of Electronic Packaging
影响因子:1.6
作者:Boke Wu;Shuanghai Zhang;Fuliang Wang;Zhuo Chen
通讯作者:Boke Wu;Shuanghai Zhang;Fuliang Wang;Zhuo Chen
Label-Free Electrochemical Detection of MicroRNAs via Intercalation of Hemin into the DNA/RNA Hybridization
通过将氯化血红素插入 DNA/RNA 杂交中对 MicroRNA 进行无标记电化学检测
DOI:10.20964/2017.04.33
发表时间:2017-04
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF ELECTROCHEMICAL SCIENCE
影响因子:1.5
作者:Yi Xinyao;Lu Zhixuan;Kong Yu;Chen Zhuo
通讯作者:Chen Zhuo
沉积法构筑集成电路高密度封装中Cu-Cu互连的基础研究
- 批准号:2025JJ50210
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:陈卓
- 依托单位:
择优取向单晶焊点形成方法与可靠性评估
- 批准号:2021JJ40734
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2021
- 负责人:陈卓
- 依托单位:
基于细胞周期检查点Cdc20/Cdk1双功能抑制剂的研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2021
- 负责人:陈卓
- 依托单位:
基于微流控技术的液相分子扩散系数测试方法与装置研究
- 批准号:51106184
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:陈卓
- 依托单位:
国内基金
海外基金
