倒装芯片封装中多层铜互连结构的界面分层

摘要

芯片封装过程中,较高的机械热应力易导致多层铜互连结构发生分层甚至断裂失效。运用三级子模型技术建立了倒装芯片10层铜互连结构的有限元分析模型,通过计算不同界面裂纹尖端能量释放率对多层铜互连结构的界面分层展开研究。结果表明:第10层Cu/SiN和金属间电介质(IMD)/SiN界面,以及第9层Cu/SiN界面的裂纹尖端能量释放率远大于其他界面,是易发生分层失效的关键界面;总体互连线介电材料的弹性模量和热膨胀系数对关键界面能量释放率都有影响。基于此分析,对总体互连线介电材料的选取进行优化,发现第10层选择弹性模量与热膨胀系数乘积最大的非掺杂硅玻璃(USG),第9层选择弹性模量与热膨胀系数乘积最小的有机硅酸盐玻璃(OSG)时更有利于提高多层铜互连结构界面可靠性。