鲁被动化层使Cu-Cu能够在低温下直接结合,并抑制氧化
Chansu Jeon1, Sukkyung Kang2, Myeong Eun Kim1
1Department of Material Science and Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Daejeon 34141, Republic of Korea.
ACS applied materials & interfaces
|August 27, 2024
概括
研究人员开发了一种新的铜与铜直接结合 (CCDB) 方法,使用 (Ru) 层. 这种技术使得可靠的芯片粘合在200°C,明显低于传统方法,提高半导体制造.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电气工程 电气工程
- 半导体制造业 半导体制造业
背景情况:
- 半导体芯片的垂直堆叠增加了密度和性能,但需要强大的芯片对芯片的粘合.
- 铜对铜直接结合 (CCDB) 对于异质芯片集成至关重要.
- 传统的CCDB需要高温 (>250°C) 和真空条件,由于氧化和能源成本限制了实际应用.
研究的目的:
- 开发一种低温CCDB方法,用于异质的芯片集成.
- 调查使用 (Ru) 层来促进可靠的CCDB在降低温度下没有氧化.
- 为了优化Ru层厚度,以平衡Cu扩散和氧化抑制.
主要方法:
- 提出了一种CCDB技术,利用覆盖铜表面的 (Ru) 层覆盖铜表面.
- 在低至200°C的温度下进行了粘合实验.
- 评估的粘合强度 (2.24 MPa) 和热循环耐久性 (在45°C至125°C的温度下,经过500个循环).
- 采用显微镜分析来了解通过Ru层的Cu扩散机制.
主要成果:
- 使用Ru覆盖方法在200°C达到可靠的CCDB,消除了真空条件的需要.
- 证明了高粘合强度 (2.24 MPa) 和出色的热稳定性.
- 确定了通过Ru集群边界的Cu扩散和在接口上的再结晶作为结合机制.
- 确定6纳米厚的Ru层是平衡Cu扩散和氧化阻力的最佳选择.
结论:
- 覆盖Ru的CCDB技术使半导体芯片能够在低温,无氧化的直接结合.
- 这一进步显著提高了先进的3D半导体包装的可行性.
- 优化Ru层厚度对于实现强大可靠的异质芯片集成至关重要.
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