后端low-k材料的制备及卷带封装的可靠性研究

论文摘要

随着集成电路工艺的飞速发展,近年来,电子设备及系统正向轻、薄、短、小、低功耗、高速、多功能、高可靠性等方向迅速发展。为了满足这些要求,一方面需要在互连技术中引入低介电常数介质与铜金属互连线;另一方面,电子封装技术也面临着可靠性的巨大挑战。本论文主要研究集成电路后端工艺中的互连和封装工艺,包括以下几个主要部分:1.互连工艺中低介电常数薄膜的制备和分析（1）首先以SiH4、N2O、C2F6三种气体为反应源,采用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）的方法,研究了不同的气体流量比、淀积温度、射频功率（RFpower）对掺碳氮氧化硅（SiCON）低介电常数薄膜淀积的影响,并利用XPS、SEM、CV测试方法分析了薄膜的化学性质和电学性质,初步得到比较理想的SiCON薄膜。（2）在此基础上,进一步研究PECVD中不同射频功率（RF power）对淀积的薄膜特性的影响,并利用XPS、CV、IV、FTIR等方法进行分析,发现提高RF power可以有效地降低SiCON薄膜的k值,同时仍然保持很小的漏电流密度,并对潜在的机理进行了讨论。2.卷带封装（Tape carrier package简称TCP）的可靠性研究及模拟（1）卷带封装工艺采用内引脚接合（Inner lead bonding,简称ILB）技术来实现驱动芯片与外部电路的电性连接,所以内引脚（IL）的失效或者脆弱是非常受关注的问题。由于影响ILB工艺的参数很多（主要有8个）,通过逐个实验找到最佳工艺参数组合将耗费大量的时间和成本,所以本文尝试采用田口实验设计（DOE）方法,仅通过18次直交的实验获取了最优化的生产工艺组合;利用引脚剥离实验对结果进行验证,发现采用DOE优化的工艺参数可以明显降低ILB内引脚的失效率。此外,借助ANSYS有限元分析工具研究了其中的原因。（2）基于Darveaux提出的以能量为基础的疲劳模型,研究了TCP的热疲劳寿命。首先利用ANSYS建立TCP的三维简化对称模型,分析计算封装结构在热循环载荷下的形变以及内引脚应变能密度（Strain Energy Density,简称SED）,并通过SED对内引脚的热疲劳寿命进行了预测,同时与经典的疲劳模型进行了比较分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 后端互连工艺
• 1.1.1 后端互连工艺引言
• 1.1.2 降低介质材料的介电常数的途径
• 1.1.3 理想的低k材料的特性
• 1.1.4 低介电常数薄膜的发展和研究现状
• 1.2 后端封装工艺
• 1.2.1 卷带设计与制造
• 1.2.2 金块制作
• 1.2.3 内引脚接合（ILB）
• 1.2.4 外引脚接合（OLB）
• 1.2.5 封胶与电性测试
• 第2章 SICON薄膜的淀积工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 制备设备及表征方法
• 2.3 实验设计与分析
• 2.3.1 气源对SiCON薄膜的影响
• 2.3.2 温度与RF power对SiCON薄膜的影响
• 2.3.3 退火处理对SiCON薄膜的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 射频功率（RF POWER）对掺C掺N氧化硅（SICON）低介电常数薄膜的影响研究
• 3.1 引言
• 3.2 制备设备及表征方法
• 3.3 薄膜制备
• 3.4 实验结果及分析
• 3.4.1 介电常数以及淀积速率
• 3.4.2 FTIR分析
• 3.4.3 XPS分析
• 3.4.4 Ⅳ结果
• 3.4.5 退火分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 后道封装工艺中内引脚接合（ILB）过程的参数实验优化及模拟
• 4.1 ILB概述
• 4.1.1 金锡共熔合金
• 4.1.2 ILB接合方法
• 4.2 相关技术简介
• 4.3 实验设置
• 4.4 实验结果分析
• 4.5 有限元模拟及分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 后道封装中基于新能量模型的TCP热疲劳寿命预测
• 5.1 引言
• 5.2 分析模型
• 5.2.1 结构模型
• 5.2.2 材料模型
• 5.2.3 热循环荷载条件
• 5.3 模拟及计算结果分析
• 5.3.1 分析与计算
• 5.3.2 结果验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士阶段完成论文
• 致谢