次世代先進封裝技術:銅 | 化學工廠資訊網
2022年1月17日—銅金屬則以優異導電性、抗電遷移特性與製程成本低廉等因素,成為了近年炙手可熱的接合封裝選擇對象。然而,銅金屬直接接合和銲錫接合可說是完全不同的原理 ...
王家俊、謝凱程、陳智 / 陽明交通大學材料系;邱韋嵐、張香鈜 / 工研院電光所
前言
COVID-19新冠病毒席捲全球,雖說並非是人類史上造成最多死亡人數的傳染病毒,卻也造成大規模全球性的恐慌並大大改變了人們的生活型態;例如辦公模式、教育模式、醫療行為,甚至飲食習慣等。所謂「後疫情時代」使得這些生活型態從實體模式快速轉換成了遠距模式,進而造就了高運算性能微電子設備的高度需求。垂直整合式三維積體電路(3D ICs)等先進封裝技術製程則被大量使用於生產這類高性能晶片。然而,在三維積體電路封裝製程上依然面臨著眾多的挑戰,例如銲錫接點的微縮、散熱與可靠度等議題。
同時,隨著摩爾定律的發展,電晶體尺寸持續縮小,而在單一晶片內需容納超過10億顆電晶體的數量勢必需要增加接點(I/Os)數與縮小接點間距才有可能達成。然而,目前作為接點最主流的材料—銲錫,已接近達目前在高密度接點封裝的微縮極限。當銲錫繼續微縮會使得銲錫微凸塊在迴焊時更容易形成介金屬化合物(IMCs)、頸縮與孔洞等現象,使得接點的良率與可靠度驟降。另外,接點的電阻增加與散熱問題也是銲錫微縮後會產生的議題。為解決銲錫接點尺寸微縮極限以及其電阻較高所帶來的限制,金屬直接接合與異質接合技術成為突破次世代先進封裝製程瓶頸的解答。
銅金屬則以優異導電性、抗電遷移特性與製程成本低廉等因素,成為了近年炙手可熱的接合封裝選擇對象。然而,銅金屬直接接合和銲錫接合可說是完全不同的原理。銲錫接合製程是在熔融態下所發生的冶金反應來完成接合;金屬接合則是使用固態擴散接合機制達成接合,因此在平整度的要求非常高(奈米等級),大部分金屬直接接合皆需要使用化學機械研磨(CMP)來降低金屬表面之粗糙度,並且使用原子力顯微鏡(AFM)鑑定。另一大難題則是銅金屬在大氣環境中容易氧化,所形成的氧化層在接合時的原子擴散過程扮演著擴散阻障層的角色,進而阻擋原子擴散,使得接合難度升高。近年來,學術界與微電子製造業積極合作,並且研發出數種使銅金屬接合的微電子封裝技術。
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