高密度三维集成低温Cu-Sn固态扩散键合技术基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61804137
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0406.集成电路器件、制造与封装
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

3D integration has been acknowledged as one of the candidates to extend Moore’s Law with the advantages of smaller form factor, lower power consumption, higher bandwidth, and heterogeneous integration. Because of low cost and high process compatibility, metal microbump-to-microbump bonding of Cu-Sn binary system is a popular technology to realize vertical interconnection between wafers or chips in 3D integration. However, the bonding temperature is increased to above the melting point of Sn (232℃) in traditional Cu-Sn solid-liquid-interdiffusion bonding. Sn overflow usually occurs and leads to risk of electrical short between adjacent fine-pitch bumps, which is unfavorable for future’s 3D integration with higher density. In this project, the fine-pitch (<20μm) Cu and Sn bumps with low roughness and good uniformity are firstly designed, optimized and fabricated. A novel pretreatment on bumps is proposed to clean and activate the surface. At low temperature (<200℃), wafer-level Cu-Sn bonding is performed with solid-state-diffusionin technology in a short time (<30min). Bonding performances, including interface, strength, resistance, and electromigration, are studied using modern analysis methods of materials. Meanwhile, Cu-Sn solid-state-diffusion theory is established, and electromigration failure mechanism is also explained. Therefore, the research of this project will further promote the application and development of 3D integration technology.
三维集成由于具有小尺寸、低功耗、高带宽和异质集成等特点,已成为延续“摩尔定律”的重要手段。而基于成本和兼容性的考虑,Cu-Sn二元体系的金属微凸点键合是实现三维集成片间垂直互连的主流技术之一。目前常规的Cu-Sn固液互扩散键合的致命缺点在于其工艺温度远高于Sn材料的熔点(232℃),键合过程中极易发生Sn的“外溢”并导致相邻较窄节距微凸点的短路,这将不利于未来高密度三维集成的实现。本项目拟设计、优化和制作粗糙度低、一致性好的窄节距(<20μm)Cu、Sn微凸点;通过新型表面预处理方法,获得超洁净、高活性的凸点表面;在低温(<200℃)条件下,利用固态扩散技术,短时间内(<30min)完成晶圆级的Cu-Sn键合;依靠材料现代分析方法研究键合的界面、力学、电学和电迁移特性,并建立Cu-Sn固态扩散理论和阐明电迁移失效机理。因此,本项目的研究将进一步促进三维集成技术的应用和发展。

结项摘要

基于成本和兼容性的考虑,Cu-Sn二元体系的金属微凸点键合是实现三维集成片间垂直互连的主流技术之一。本项目设计、优化和制作了厚度为1.5~1.6μm的Cu凸点及厚度为1.6~1.7μm的Sn凸点,在Cu表面溅射沉积了10nm的Cr防护层,使Cu表面的均方根粗糙度由最初的10nm降至8.3nm。随后在Ar中混入5% H2,在200W功率、200sccm气流量的条件下,对沉积Cr的Cu表面等离子体预处理60s,接触角已从未处理的30°左右降至10°以下;微凸点经过200℃、38.4MPa、15min的键合,退火后形成了稳定的Cu-Cu3Sn-Cu结构,平均键合强度达到了27.0MPa。Cu/Sn/Cu三明治结构在键合、退火过程中,伴随着Sn层的减小、分割及耗尽,相应的Cu6Sn5 层的生长、合并及转化,最终将形成稳定的三层结构—Cu/Cu3Sn/Cu;温度为 200°C 的Cu–Sn键合的IMC生长机制仍主要受晶格扩散控制,且存在 Sn 时,Cu6Sn5的生长削弱了Cu3Sn的生长;低温Cu-Sn键合的抗EM能力达到1.0*10^4A/cm^2以上,经过EM测试的菊花链未发生严重的电学性能退化。因此,本项目的研究将进一步促进三维集成技术的应用和发展。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
一种高质量石墨烯/氮化硼异质结制备工艺研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中北大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵世亮;李仰军;王俊强;李孟委
  • 通讯作者:
    李孟委
Solid-Liquid Interdiffusion Bonding of Cu-Sn-Cu Interconnection and Sealing for High-Temperature Pressure Sensor Based on Graphene
基于石墨烯的高温压力传感器Cu-Sn-Cu互连固液互扩散连接及密封
  • DOI:
    10.1109/tcpmt.2019.2951720
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Junqiang;Zhao Shiliang;Li Mengwei;Wang Pengcheng;Li Minghao
  • 通讯作者:
    Li Minghao
Low-Temperature Anodic Bonding for Wafer-Level Al–Al Interconnection in MEMS Grating Gyroscope
MEMS 光栅陀螺仪中晶圆级 Al-Al 互连的低温阳极键合
  • DOI:
    10.1109/tcpmt.2020.3044751
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Junqiang Wang;Mengwei Li;Feifan Hao
  • 通讯作者:
    Feifan Hao
Experimental and computational investigation of low temperature Cu Sn solid-state-diffusion bonding for 3D integration
用于 3D 集成的低温 Cu Sn 固态扩散接合的实验和计算研究
  • DOI:
    10.1016/j.mee.2020.111479
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Microelectronic Engineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Jian Cai;Junqiang Wang;Qian Wang
  • 通讯作者:
    Qian Wang

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其他文献

企业内控缺失,根子在政府?
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    董事会
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭洪业;王俊强;何志聪;夏立军;陈德球
  • 通讯作者:
    陈德球
对外贸易、FDI与污染密集型产业转移实证研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    沈阳工业大学学报(社会科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    未良莉;王立平;王俊强
  • 通讯作者:
    王俊强

其他文献

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王俊强的其他基金

石墨烯MEMS高温压力传感器异质结力敏调控及耐温可靠性研究
  • 批准号:
    62374152
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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