金属互连线电迁移的影响因素

应用有限元分析软件ABAQUS,对金属互连线的电迁移过程进行了电热耦合仿真分析,比较了不同互连线材料、不同温度、不同层间介质等因素对互连线电迁移失效的影响. 结果表明,与铝硅合金互连线相比,在同样电流密度条件下,无论是电势梯度最大值还是热通量最大值,铜互连线的均高于铝互连线的,从而将加速互连线的电迁移;在一定的温度范围内,电流密度是影响互连线电迁移寿命的主要因素,而温度的变化对其影响较小;与SiO2相比,SiN作为层间介质能够防止互连线中的热聚集,有利于互连线热量的散发,从而对于缓解电迁移具有积极的作用.     

铝硅合金互连线电迁移失效试验

随着微电子技术的发展,作为超大规模集成电路互连线的金属薄膜的截面积越来越小,其承受的电流密度急剧增加,电迁移引起的互连失效变得尤为突出.针对集成电路中金属互连线的电迁移现象,以Black方程为基础,对其进行了修正.并以铝硅合金互连线为研究对象,对其电迁移过程进行了详细的加速寿命试验研究,获取了修正后的Black方程中的相关参数,分析了不同环境温度、不同电流密度、不同初始电阻等因素对铝互连线电迁移的影响规律.结果表明,铝硅合金互连线的电迁移寿命与上述参数均成反比关系.     

电化学沉积等表面技术在集成电路制造中的作用

集成电路制造也称芯片制造,在整个工业产业链中越来越重要,而电化学沉积(电镀)等表面技术起到非常关键的作用。介绍芯片制造中用到的电化学沉积、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、抛光等表面技术的基本情况和特点, 探讨铜互连电镀、化学机械抛光(CMP)、硅通孔(TSV)垂直互连电镀铜填充、芯片表面再布线(RDL)电镀铜工艺、键合凸点(Bump)电镀铜/锡工艺、集成电路引线框架/封装基板的电化学蚀刻工艺等,通过总结电化学沉积等表面技术的发展, 深入分析传统电镀技术在集成电路制造中的新特点,推动集成电路制造技术的进步。     

铜颗粒低温烧结技术的研究进展

金属纳米材料因具有良好的导电导热性以及能够在较低温度下进行烧结，是功率器件在高温高压高频等工作环境下服役所需的关键电子封装材料之一.文中对应用于功率器件封装领域的铜颗粒实现烧结的研究进行了综述，阐明了目前通过铜颗粒烧结技术实现低温键合的研发背景.从铜颗粒烧结材料的制备、工艺参数和还原方法等关键影响因素出发，讨论、归纳了基于不同烧结机理的低温烧结铜颗粒材料接头的力学性能和电学性能.此外，介绍了铜颗粒烧结技术在贴片封装和全铜互连领域中应用的优良特性.通过对该领域研究成果的分析，结果表明，目前铜烧结材料仍然受到氧化问题的挑战，需要进一步在接头性能的精准调控方面深入研究.     

铜/铝层状复合材料结合机理与界面反应研究进展

对铜/铝层状复合材料的固相结合机理及扩散退火过程中界面金属间化合物的形成和生长规律的研究进展进行论述,并提出该材料今后的发展趋势.     

金属互连结构的电迁移仿真分析

针对集成电路中金属互连线的电迁移现象,应用有限元分析软件ABAQUS,对铝硅合金互连线的电迁移过程进行了电热耦合研究,分析了不同电流密度与电势梯度、热通量、互连线内部总能量之间的相互关系,比较了不同结构尺寸对铝互连线电迁移失效的影响规律.结果表明,在互连线的狭窄部位,电势梯度和热通量达到最大值并具有集中性;电势梯度和热通量与通电时间及电流密度均成正比例关系;随着通电时间的延长,互连线内部总能量的变化趋势为先急剧下降再上升并达到某一平衡值;随着铝互连线宽度的增加,互连线内部的热通量逐渐减小.对于文中分析的结构模型,当互连线宽度低于2μm后,互连线失效的概率将大幅度增加.     

铝-铜的搅拌摩擦焊研究

搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接方法.在铝一铜等异种材料连接方面具有潜在的应用前景.从焊接工艺、接头性能与微观组织等方面,介绍了铝一铜搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关技术研究提供了参考依据.分析表明.铝-铜搅拌摩擦焊的工艺参数范嗣较窄,接头力学性能有待提高;铝、铜流动特性差异的存在,导致焊核两侧呈现不同的结构;接头中存在多种金属间化合物,其分布形态、尺寸和数量对接头性能有较大影响.     

氧化亚钴/碳纳米管复合结构的制备与表征

采用了1种简单的方法制备了氧化亚钴/碳纳米管复合结构.室温下将碳纳米管浸泡在硝酸钴的饱和溶液和浓硝酸/浓硫酸的混合溶液中,相互作用一段时间后,混酸与碳纳米管两端的五边形和七边形的碳原子反应,使碳纳米管开口;接着金属盐溶液通过毛细作用进入碳纳米管中,经过滤、干燥得到钴盐填充的碳纳米管.钴盐填充的碳纳米管通过煅烧、水洗、干燥得到钴氧化物/碳纳米管复合结构.XRD测试结果表明复合结构中含有碳纳米管和立方相CoO;TEM观察表明CoO填充于碳纳米管中.此复合结构可用于磁记录材料、吸波材料等方面.通过改变相互作用时间和金属盐饱和溶液的加入量,可得到不同填充率的CoO/碳纳米管复合结构.本方法具有填充过程所需的温度低、条件温和、对碳纳米管壁破坏作用小、工艺简单、生产成本低和可以大规模生产等特点.     

铜铝钎焊接头中的金属间化合物

本文对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2~5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。     

铜/铝异质钎焊连接界面金属间化合物的研究进展（英文）

对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2～5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。     

Effect of triethanolamine on deposition rate of electroless copper plating

Abstract

The addition of bis(3-sulphopropyl) disulphide in Cu electroless plating results in Cu superfilling. However, the deposition rate of superfilling copper plating is decreased, which hinders its application for filling Cu into via holes of ultralarge scale integrations. In the present study, the effect of triethanolamine (TEA) on the deposition rate of electroless copper plating was investigated. The deposition rates of electroless plated copper both in traditional and superfilling copper plating were accelerated with an addition of TEA, which was attributed to a decrease in reaction activation energy of a dominant reduction reaction. X-ray diffractometry and atomic force microscopy measurements indicated that with an addition of TEA, the peak intensity ratio /(111)//(200) of electroless plated Cu film was increased and the average surface roughness was decreased.     

Chemical-mechanical planarization of Cu and Ta

As device dimensions continue to shrink, multilevel (>8) interconnects are required to efficiently implement complex logic device designs in a single silicon chip. When the number of metal interconnect levels increases, the available depth-of-focus budget of lithographic tools imposes stringent planarity requirements that can only be met currently by chemical-mechanical planarization (CMP). Improved speed and performance are extracted from such devices by switching to copper from Al/Cu as the interconnect metal and to lower dielectric constant inner layers. Use of copper also requires the simultaneous introduction of diffusion-barrier/adhesion-promotion layers of tantalum or TaN. This paper reviews some of the recent advances in the fundamental understanding of the interplay between the mechanical and chemical components of the material-removal process during CMP of copper and tantalum films. The emphasis will be on the role of different process variables in slurries containing silica or alumina abrasives in hydrogen peroxide/glycine solutions. For more information, contact S.V. Babu, Clarkson University, Center for Advanced Materials Processing & Department of Chemical Engineering, Clarkson University Box 5705, Potsdam, New York 13699-5705; (315) 268-3999; fax (315) 268-6654; e-mail babu@clarkson.edu.     

化学镀的研究进展及发展趋势

化学镀能够有效增强基体材料的表面性能,拓展其应用范围,在许多领域具有广泛的应用前景。综述了化学镀的基本原理、处理方法及施镀工艺,详细讨论了化学镀的研究进展。归纳了化学镀层的种类及应用技术,主要包括化学镀镍、化学镀铜、化学镀钴、化学镀银、化学镀锡、化学镀金等。分别讨论了各类化学镀的研究进展、优势、劣势及应用范围。在此基础上归纳了化学镀存在的问题,主要为对能源的消耗和对环境的污染,引起了人们的广泛关注。化学镀技术发展呈现多元化的趋势,主要集中在激光增强化学镀、超声波化学镀、粉体化学镀、多层化学镀、稀土化学镀、复合化学镀。化学镀未来的发展方向一是原有化学镀工艺的进一步完善和提高,二是具有商业价值的新领域以及超功能性新材料所带来的化学镀技术新应用。     

冶金严苛服役环境中热喷涂技术的应用现状及展望

以超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等为代表的先进热喷涂技术,已成为冶金行业关键装备及部件在严苛服役环境下实现高温耐磨、耐腐蚀、抗结瘤、隔热等多功能化的关键技术.概述了不同热喷涂技术的基本原理及涂层特性,进而详细论述热喷涂技术在服役于严苛环境中的冶金关键设备(如连铸结晶器铜板、热镀锌铝锅组件及高温炉辊等)上的研究现状及应...     

Corrosion and Interdiffusion in a Ni/Fe–Cr–Al Couple Used for the Anode Side of Multi-Layered Interconnector for SOFC Applications

Under operating conditions in solid-oxide fuel cells (SOFC), metallic-interconnect plates form oxide scales (e.g., Cr₂O₃, Al₂O₃) on their surface, which have an electrically insulating effect and increase the contact resistance between the interconnect and the electrodes. In order to ensure high electrical conductivity between the electrodes and the interconnects, the formation of oxide scales on the interconnect surface must be prevented or minimized. The present work shows possibilities for improved contacts at the anodic side in solid-oxide fuel cells by plating an Fe–Cr–5.7Al interconnect with a Ni foil. Contact-resistance measurements and microscopic studies show the electrical behavior and corrosion of materials used at 800°C under an Ar/4 vol.% H₂/3 vol.% H₂O atmosphere. The results reveal that the interconnects coated with nickel exhibit low aging rates in the investigations performed and are thus suitable for use on the anode side.     

面阵列封装互连结构热循环翘曲变形抗力

借助有限元软件对钎料球、钎料柱和铜柱阵列互连结构热循环载荷下的翘曲变形行为进行研究. 结果表明，三者升温过程均表现为刚度低的树脂基板呈下凹变形、而降温至0 ℃后呈现上凸变形，变形规律相同. 不同温度下两端基板的热膨胀系数差异引发的基板内及相连焊球/焊柱内的应力及力矩是翘曲变形发生的驱动力. 两焊柱阵列互连的基板翘曲位移接近，但均明显低于焊球阵列的基板，翘曲变形抗力更大. –40~125 ℃热循环温度范围及基板尺寸条件下，铜柱未屈服，相对钎料柱阵列互连，未表现铜柱可挠曲变形释放应力的优势.     

6xxx系铝合金表面腐蚀及其防腐的研究现状

6xxx系(Al-Mg-Si)铝合金作为综合性能良好的中强铝合金,因其较小的密度、良好的耐蚀性和成形性等优点,被广泛应用在航空航天、交通运输和建筑机械等领域。然而,该类铝合金在工业应用中依然存在腐蚀问题,造成巨大的经济损失,带来严重的安全隐患。针对这一问题,首先介绍了6xxx系铝合金的腐蚀类型,总结了影响其耐蚀性的影响因素,重点介绍了合金元素对其耐蚀性的影响。已有的研究结果表明:铝合金中的Mg、Si、Cu、Zn等元素显著影响合金的耐蚀性能,过量Si和Cu元素的添加增加了铝合金的晶间腐蚀敏感性;适当地添加过渡族金属元素及稀土元素,可有效改善铝合金的耐蚀性。随后,分析了提高铝合金耐蚀性能的途径,包括改善热处理工艺、优化合金成分及添加复合物等方法,并介绍了几种典型的表面防腐处理工艺,如阳极氧化技术、微弧氧化技术、化学转化膜技术、电镀及化学镀技术。最后总结了以上防护途径存在的一些问题,并指出了耐蚀铝合金的主要发展方向。     

The evolution of diffusion barriers in copper metallization

Refractory metal nitride thin films have been widely developed as the diffusion barriers for the aluminum or copper interconnects in integrated circuits. This study reviewed the evolution of diffusion barriers in copper metallization. First, materials characteristics and electrical properties of various diffusion barriers, titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), and titanium zirconium nitride (TiZrN), were examined. These diffusion barriers were prepared by reactive magnetron sputtering in N₂/Ar gas mixtures. Next, barrier performance was evaluated by annealing the Cu/barrier/Si systems at 400–1,000°C for 60 min. in vacuum as well as the measurements of copper diffusion coefficients. The results suggest that TiZrN films can be used as a diffusion barrier for copper metallization better than the well-known TaN films. Therefore, the evolution of diffusion barriers in copper metallization, from TiN to TaN and then from TaN to TiZrN, is addressed.     

Clad metals by roll bonding for SOFC interconnects

High-temperature oxidation-resistant alloys are currently considered as a candidate material for construction of interconnects in intermediate-temperature solid oxide fuel cells. Among these alloys, however, different groups of alloys demonstrate different advantages and disadvantages, and few, if any, can completely satisfy the stringent requirements for the application. To integrate the advantages and avoid the disadvantages of different groups of alloys, cladding has been proposed as one approach in fabricating metallic layered interconnect structures. To examine the feasibility of this approach, the austenitic Ni-base alloy Haynes 230 and the ferritic stainless steel AL 453 were selected as examples and manufactured into a clad metal. Its suitability as an interconnect construction material was investigated. This paper provides a brief overview of the cladding approach and discusses the viability of this technology to fabricate the metallic layered-structure interconnects. This paper was presented at the ASM Materials Solutions Conference & Show held October 18–21, 2004 in Columbus, OH.