电场调控的各向异性热熔制备微纳Ag互连研究

发布时间：2020-06-23 06:40

【摘要】：随着集成电路技术的飞速发展,微电子器件的生产对图形转移技术的工艺要求越来越高,纳米压印技术作为一种高分辨率、高产量、低成本的图形转移技术,具有巨大的应用前景。基于假塑性金属流体的纳米压印技术可以用来制备金属银互连线,但压印后得到的银线条结构疏松、且存在大量溶剂,导致其导电性很差,需要后续的热处理工艺使其更加致密,但热处理后银互连线的各向同性收缩会导致作为关键工艺参数的特征线宽受到影响。本文通过在银互连线烧结过程中施加静电场和交变电场辅助调控,来实现银互连线更好的热熔扩散效果,如获得更大的Z向收缩率、更低的电阻率以及更大的晶粒尺寸。其中静电场辅助烧结实验中选取0 V/cm、200 V/cm、400 V/cm、600 V/cm和800 V/cm五个电场强度梯度,通过实验数据分析以及银互连线的SEM和AFM扫描测试,发现800 V/cm的电场强度下银线条的烧结特性最好,在该实验条件下,收缩率提升了2.4%,电阻率从不加电场时的2.94×10~(-8)Ωm降低至2.07×10~(-8)Ωm,晶粒尺寸由53 nm增大为113 nm。最终通过对收缩率实验数据的非线性拟合,结合热压烧结、原子流扩散以及质能守恒的基本理论,提出了静电场下银线条的收缩率随电场强度变化的烧结模型。在压印工艺施压过程中银互连线内部会形成应力梯度区域,所以静电场下部分颗粒在整个加热过程中都无法接触生长,在烧结得到的银互连线SEM图像中仍可观察到相当一部分孔隙结构。因此考虑施加交变电场,利用交变电场对颗粒产生的“夯击效应”来辅助烧结。实验中选取T=15 min,T=30 min和T=45min三个不同周期的交变电场作为实验组,每个实验组设置四个不同的占空比,同样电场强度的静电场作为对照参考组。测量每组样品的收缩率和导电性,并用SEM图像来评判其颗粒生长情况。实验数据表明各个周期和占空比的交变电场下,银互连线的烧结特性均优于静电场。且在T=30 min,占空比为4:1的交变电场下获得了最优烧结效果,相比于静电场,银互连线的收缩率优化了1.864%,电阻率降低了15.3%,晶粒尺寸也提升了40.2%。并且从SEM图像可以发现,孔隙结构进一步减少,颗粒排列紧密且烧结颈面积增大。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN405
【图文】：

纳米压印,技术工艺

1 引言分辨率，高产量，高均匀性，高保真度等优点的同时，成本低廉，因此具有很大的开发前景。印技术最早是由华裔科学家周郁于 1995 年提出的，其基蚀沉积。压印是指将表面具有微纳结构的模具压入覆盖层中，然后移开模具，模具上的微结构就被转移到了转,先通过蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻 RIE 来去除压印后根据需要沉积上一层金属便可在基板上得到与模具图案物理意义上来讲，纳米压印光刻的分辨率不像光学光刻散射和干涉效应的影响，这从根本上避开了瑞利公式的米结构的低成本大规模生产。

纳米压印,类别

然后移开模具，模具上的微结构就被转移到了转移中,先通过蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻 RIE 来去除压印后的后根据需要沉积上一层金属便可在基板上得到与模具图案相从物理意义上来讲，纳米压印光刻的分辨率不像光学光刻那，散射和干涉效应的影响，这从根本上避开了瑞利公式的限纳米结构的低成本大规模生产。图 1.1 纳米压印技术工艺

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