Mejora de las interfaces de unión Cu-Cu a través de una alta tasa de fluencia en Cu nanocristalino

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología
• Fabricación de semiconductores

Sus antecedentes:

• El embalaje de circuitos integrados 3D requiere interconexiones confiables a baja temperatura.
• Los huecos interfaciales son un mecanismo de falla crítico en el enlace cobre-cobre (Cu-Cu).
• El control de la formación de vacíos es esencial para las tecnologías avanzadas de envasado.

Objetivo del estudio:

• Investigar la eficacia del cobre nanocristalino (NC-Cu) en la supresión de los huecos interfaciales durante el enlace Cu-Cu a baja temperatura.
• Para comparar cuantitativamente las características de vacío entre el NC-Cu y el cobre nanotwined (NT-Cu).
• Para aclarar los mecanismos detrás de la formación de vacíos y supresión en diferentes microestructuras de cobre.

Principales métodos:

• Electrodeposición de cobre nanocristalino (NC-Cu) con un tamaño de grano de aproximadamente 89,3 nm.
• Preparación de cobre nanotwined orientado (111) (NT-Cu) con un tamaño de grano de aproximadamente 621,8 nm.
• Enlace de Cu-Cu a baja temperatura a 200 °C y 250 °C.
• Análisis cuantitativo de las características del vacío mediante microscopía electrónica de transmisión de barrido - campo oscuro anular de ángulo alto (STEM-HAADF).

Principales resultados:

• El NC-Cu exhibió una relación de área de vacío significativamente menor (1,8%) en comparación con el NT-Cu (4,0%) a 200 °C.
• El rendimiento superior de NC-Cu se atribuye a su alta densidad de límite de grano, que promueve la difusión atómica y la migración.
• A 250 °C, mientras se producía la maduración de Ostwald, un aumento en la fracción de área de vacío total sugería una nueva nucleación de vacío, posiblemente debido a defectos residuales.

Conclusiones:

• El cobre nanocristalino demuestra capacidades superiores de mitigación del vacío en la unión Cu-Cu a baja temperatura para el envasado de IC 3D.
• La alta densidad del límite de grano en NC-Cu es clave para mejorar la difusión y suprimir la formación de vacíos bajo bajos presupuestos térmicos.
• La comprensión de los mecanismos de nucleación de vacío es crucial para optimizar la fiabilidad de la interconexión de cobre en envases avanzados.