纳米-双-纳米交替复合结构可在低热预算下实现改进的交叉接口Cu─Cu结合

科学领域:

• 材料科学与工程 材料科学与工程
• 纳米技术纳米技术
• 半导体制造业 半导体制造业

背景情况:

• 通过TSV和铜与铜 (Cu─Cu) 结合的芯片堆叠是克服摩尔定律限制的关键.
• 传统的Cu粘合面临的是粗粒度Cu的高温和纳米粒度Cu的不稳定性之间的权衡.
• 现有的方法在低结合温度下与谷物生长和稳定性问题作斗争.

研究的目的:

• 通过开发一种新的复合铜架构,打破结合中的传统权衡.
• 为了使3D包装在低热预算下实现稳定可靠的Cu─Cu粘合.
• 为了在粘接接头中获得增强的机械和电气性能.

主要方法:

• 开发一个独特的复合铜 (comp-Cu) 架构与交替的nanograin (ng─Cu) 和 (111) 面向的纳米双胞胎 (nt─Cu) 域.
• 在nt─Cu中使用连贯双边界 (CTB) 抑制室温谷物生长.
• 利用协同作用的原子桥梁路径:谷物边界-扩散主导的ng-Cu再结晶和沿nt-Cu (111) 平面的低活化能量表面迁移.

主要成果:

• -Cu架构抑制了室温谷物生长,在15天内仅显示了2%的阻力漂移.
• 粘接接头表现出显著增强的性能:56.4±3.6 MPa的剪切强度,258小时的电迁移寿命和3.1%的阻力漂移1000个热循环后.
• 由于特殊的复合结构,在170°C的低温下实现了快速的谷物生长.

结论:

• 开发的comp-Cu架构为低热预算的3D芯片包装提供了实用解决方案.
• 这项工作为设计具有和解的,传统上不相容的特性的元稳定复合材料建立了新的范式.
• 这些发现为下一代半导体包装技术铺平了道路.