Ni-W 层在 Sn/Cu 界面反应中的扩散屏障性能
Jinye Yao1, Chenyu Li1, Min Shang1
1School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116000, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|August 10, 2024
概括
这项研究研究了3D集成电路的Ni-W屏障层,发现它们最初阻碍了锡扩散,但由于Ni2WSn4形成,在高温下降解. 这会影响微电子设备中的接关节可靠性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 微电子工程 微电子工程
- 表面科学是一门学科.
背景情况:
- 3D集成电路 (ICs) 面临着由于小型化而产生的电迁移和热迁移的可靠性挑战.
- 接接头中金属间化合物 (IMC) 的生长增加了层厚度和脆性,损害了关节的可靠性.
- 控制IMC的形成和生长对于提高微电子设备的寿命至关重要.
研究的目的:
- 调查电沉积Ni-W层作为Sn和Cu之间的扩散屏障的有效性.
- 分析Ni-W层结构和"明亮层" (Ni2WSn4) 的形成对接过程中的屏障特性的影响.
- 了解IMC和Ni-W层在不同温度下的生长机制.
主要方法:
- 在Cu基板上放置Ni-W屏障层的电子沉积.
- 系统地研究Sn/Cu反应对中的屏障特性.
- 在不同的温度 (250°C,275°C,300°C) 和持续时间下分析IMC形成和生长动力学.
主要成果:
- Ni-W 层最初阻碍了 Sn 扩散到 Cu 基板中.
- 在回流过程中形成了一个"明亮层" (Ni2WSn4),线性增长,最终损害了Ni-W屏障的有效性.
- 在300°C的600s,Ni-W屏障失败,因为Ni2WSn4完全覆盖它,导致Sn和IMC的快速增长.
- IMC增长 (基于Ni3Sn4) 和Ni2WSn4层增长主要是以 250°C,275°C和300°C的粒度边界扩散控制的.
结论:
- Ni-W 层作为可行的扩散屏障,但它们的长期可靠性受到Ni2WSn4.4形成的限制.
- "明亮层"的形成显著改变了扩散路径,并减少了Sn扩散的激活能量.
- 了解这些生长机制对于设计可靠的接接头和为微电子中的特定接工艺选择适当的Ni-W屏障层至关重要.


