取向銅、鎳鍍層對鍵合界面反應(yīng)的影響.pdf

1、隨著微電子產(chǎn)品向高密度、窄間距、短路徑的趨勢發(fā)展，應(yīng)用于三維疊層封裝的互連焊點尺寸也顯著減小。銅凸點由于具有良好機械性能和電學(xué)性能，被認(rèn)為可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊球微凸點，用于細(xì)節(jié)距高深寬比的高密度封裝技術(shù)中。在微小化條件下，單個凸點所含晶粒減少導(dǎo)致其晶體學(xué)取向?qū)︽I合界面反應(yīng)的影響愈發(fā)明顯，顯著影響界面金屬間化合物的形核與生長。
　　目前對于晶體學(xué)取向?qū)︽I合界面反應(yīng)的影響的研究多基于單晶基板，而單晶基板的制作不易、成本高昂，實際應(yīng)用中多應(yīng)用

2、電沉積多晶凸點。因此，明確電沉積工藝參數(shù)對于鍍層擇優(yōu)取向的影響以及鍍層織構(gòu)對于界面金屬間化合物生長的影響有著深刻的意義。為此，本課題探究鍍液添加劑、電流密度、脈沖電鍍等對于薄膜晶向擇優(yōu)性的影響。通過電沉積制備出具有兩種不同擇優(yōu)取向的銅薄膜和鎳薄膜，觀察和研究不同擇優(yōu)取向銅和錫及鎳和錫的鍵合界面反應(yīng)，系統(tǒng)研究了鍍層晶體學(xué)擇優(yōu)取向?qū)饘匍g化合物生長的影響。
　　在電沉積過程中，通過控制添加劑、電流密度、電源類型等電沉積條件可以獲得具有

3、特定擇優(yōu)取向的銅薄膜和鎳薄膜。添加劑P-68使得銅薄膜擇優(yōu)取向明顯表現(xiàn)為(220)方向。隨著電流密度的升高，鎳薄膜晶粒擇優(yōu)取向由(111)方向逐漸轉(zhuǎn)為(200)方向。在直流條件下鎳薄膜（200）晶面表現(xiàn)為明顯的擇優(yōu)取向，脈沖條件下使（111）晶面開始表現(xiàn)出一定的擇優(yōu)性。
　　原子在不同晶面擴散系數(shù)不同，當(dāng)鍍層取向存在擇優(yōu)性時，原子在其中的擴散也表現(xiàn)出各向異性。加之與固-液反應(yīng)（回流）相比，決定固-固界面反應(yīng)（時效）速率及生成物形貌

4、的是反應(yīng)原子的擴散速率。由于原子的擴散速率具有各向異性，因此在擇優(yōu)取向不同的鍍層中具有不同的擴散速率，從而影響了界面反應(yīng)產(chǎn)物的形貌和生長速率。(200)晶面上的原子排列比(220)晶面更為密排，因而原子在(200)晶面擴散更困難，擴散系數(shù)小于其在(220)晶面。Cu(200)-Sn界面處IMCs晶粒存在明顯的小刻面，小刻面呈不同角度排列形成多邊形花紋，且在晶粒間形成細(xì)小的孔，而在Cu(220)-Sn界面并未有類似現(xiàn)象。Cu3Sn優(yōu)先形核

5、與Cu(220)-Cu6Sn5界面，在晶界處存在優(yōu)先形核長大的現(xiàn)象。
　　Ni(220)-Sn界面處形成厚度相同大小不一的薄片狀 IMCs，而Ni(200)-Sn界面處的IMCs則呈等軸塊狀且晶粒大小均勻。Ni(220)-Sn界面薄片狀I(lǐng)MCs中Ni/Sn原子比大于Ni(200)-Sn界面處的IMCs，時效反應(yīng)充分進(jìn)行時，兩種 IMCs中的Ni/Sn原子比例均發(fā)生變化達(dá)到3:4，即形成常見的鎳錫金屬間化合物 Ni3Sn4。長時間時