微互连技术课件.ppt

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1、微互连综述微互连的应用实例半导体激光器应用于PCB的钎焊光电子封装-Optoelectronics微互连的定义及特点定义：当被连接的材料尺寸非常微细时，在传统焊接方法中可忽略的因素可能对连接过程和质量起到关键的作用，为适应这些作用的影响而设计的新的连接方法。要求的特殊性�电性能优先，可靠性结构的特殊性从力学的角度可能不合理材料的特殊性薄膜、厚膜、丝、球、箔、复合结构过程的特殊性极短的时间、瞬态微互连的重要性Interconnection—机械和电气连接互连成为器件结构的一部分，决定器件的性能和可靠性造成失效的主要原因(60～80%)微电子制造中的连接技术芯片上器件之间的互连薄膜芯片与载体之间

2、的连接钎焊、共晶钎焊、导电胶芯片与芯片之间的互连钎焊、超声焊接、热压焊芯片上引脚与引线框架或载体之间的互连丝焊、钎焊、热压焊、激光焊、电阻焊外壳密封激光焊接、扩散焊、钎焊、电阻焊器件与印制电路板之间的连接钎焊、导电胶、电阻焊主要内容：微互连电互连光互连第一代第二代最新进展计算机之间印刷线路板间芯片之间计算机内部机柜间芯片内互连1.1引言随着集成电路技术的发展，特征尺寸的缩小，封装密度和工作频率的不断提高，芯片上互连线的截面积和线间距持续下降。增加的互连线电阻R和寄生电容C使互连线的时间常数RC大幅度的提高。这时，互连线的时间常数RC在集成电路系统延迟中所占的比例越来越大，成为限制互连速度的主

3、要因素。1电互连理想的互连材料应该具有延迟时间短、工作频带宽、损耗小、制造成本低等特点。目前已有大量的研究工作致力于互连技术的研究，如采用低电阻率的金属(Cu及其台金)代替传统的Al，开发研制低介电常数(k)材料用作互连介质代替传统的SiO2等，这些措施都大大提高集成电路中的互连性能，缩小其特征尺寸。但是，当集成电路的工作频率迅速提高至几GHz甚至更高时，基于目前的传统金属互连将无法满足传输的要求。这就需要我们突破传统的互连方法引入新的金属互连方法。目前常用的导体材料材料价格（美元／吨）AgCuAuAl40000020000000500030001.2第一代互连技术第一代互连技术是以铝金属互

4、连技术为代表①在介质层上沉积金属层Al；②光刻形成互连引线的光刻胶掩膜图形；③以光刻胶作掩膜，刻蚀形成金属互连引线的图形。Al连线的优势电阻率较低能承受较密集的电路排列，只有2.7μΩ·cm铝连线易沉积、易刻蚀、工艺成熟Al连线的缺陷Al连线电阻增加互连时间延迟、信号衰减及串扰增加严重影响电路的可靠性进入ULSI时代后，随着互连线层数和互连线长度的迅速增加以及连线宽度的减小1.3第二代互连技术第二代互连技术以铜互连技术为代表。1997年9月，IBM和MOTOROLA公司相继宣布成功开发了以Cu代Al制造IC的新技术，即用电镀的方法把Cu沉积到硅圆片上预先腐蚀的沟槽里，然后用化学机械抛光（CM

5、P）使之平坦化，并于1998年两公司先后生产出铜布线的商用高速PC芯片。Cu互连引线图形加工工艺Cu互连技术的优点较低的电阻率(室温下1.7μΩ·cm)可承受更密集的电路排列减少所需金属层的数目较高的抗电迁移性更长的寿命及稳定性提高集成密度降低生产成本Cu互连技术的缺点Cu原子在Si和SiO2中扩散，需要引入适当的阻挡层由于Cu不能产生易挥发的物质，所以用一般的等离子腐蚀不容易制备图形在空气中易氧化，而且保护层不能阻挡进一步的氧化和腐蚀1.4新一代的金属互连技术集成电路技术的进一步发展必然对互连性能提出更高的要求，不仅要求材料方面的进一步改进，继续挖掘性能优异的导电材料，还要求在互连的结构和

6、设计方面进行革新。这些要求将加快互连技术的发展速度，使得各种新型互连技术趋于成熟，取代目前Cu互连技术的主导地位。Ag互连技术更低的电阻率(室温下1.6μΩ·cm)相互传输延迟的性能方面比采用Cu作为互连导电材料有7％的改进更密集的电路排列减少所需金属层的数目降低生产成本目前的问题：在应力迁移，与其他材料的粘附性、集成兼容性等，都远远不及Cu互连目前还不具备代替Cu互连技术的条件电互连发展的瓶颈问题(1)冯·诺伊曼“瓶颈”效应；(2)电互连速度受限；(3)互连带宽问题；(4)时钟歪斜问题；(5)串音问题.光互连技术1984年Goodman等人提出集成电路光互连----通过光信号传输,把光源

7、、互连通道、接受器等组成部分连成一体,彼此间交换信息。目前光互连已经成为解决电互连问题的关键技术,在国外(美国、日本、欧洲)和国内(华中科大、天津大学等高校和研究所)领域研究的热点。欧洲OLIVES计划的目标是在模块、底板、多芯片模块、芯片层次上实现相应的光互连演示系统。日本主要在开发光底板、线路板和先进处理机系统芯片内部的光互连方面做了许多工作，并对基础性器件的制作技术以及对应用系统的研究日益增强。2.1引