基于电热耦合效应下的TSV互连结构传输性能分析

根据电路和热路的基本原理结合硅通孔(TSV)的几何结构,建立TSV互连结构等效电路模型,对该模型进行电-热耦合条件下的互连传输性能分析,研究TSV的半径、高度和二氧化硅层厚度对TSV传输性能的影响。结果表明,TSV互连结构的传输性能随着半径和二氧化硅层厚度的增大而变得越好,随着其高度增大而变得越差。同时用COMSOL仿真软件分析出的S参数与等效电路模型的结果相对比,所得的结果几乎一样,进一步说明等效电路模型的正确性。     

TSV 的电磁-热-结构耦合分析研究

基于三场的控制方程建立了电磁场、热场及结构场耦合分析的数学模型,推导出其等效积分“弱”解形式,研究了 TSV（Through Silicon Via,硅通孔技术）电磁-热-结构的多物理场耦合效应,分析了高斯脉冲加载条件下TSV 的温度和等效应力分布情况。仿真结果表明,在考虑三场耦合的情况下得到的结果更为准确,这将有助于 TSV的设计及对其性能进行相应的预测。     

Cu互连应力迁移失效有限元分析

为研究铜互连系统中各因素对残余应力及应力迁移失效的影响,建立了三维有限元模型,用ANSYs软件分析计算了Cu互连系统中的残余应力分布情况,并对比分析了不同结构、位置及层间介质材料的互连系统中的残余应力及应力梯度.残余应力在金属线中通孔正下方M2互连顶端最小,在通孔内部达到极大值,应力梯度在Cu M2互连顶端通孔拐角底部位置达到极大值.双通孔结构相对单通孔结构应力分布更为均匀,应力梯度更小.结果表明,空洞最易形成位置由应力和应力梯度的大小共同决定,应力极大值随通孔直径和层间介质介电常数的减小而下降,随线宽和重叠区面积的减小而上升.应力梯度随通孔直径、层间介质介电常数和重叠区面积的减小而下降,随线宽减小而上升.     

基于热电耦合激励的TSV三维封装内部缺陷识别方法研究

由于硅通孔互连(Through Silicon Via,TSV)三维封装内部缺陷深藏于器件及封装内部,采用常规方法很难检测.然而TSV三维封装缺陷在热-电激励的情况下可表现出规则性的外在特征,因此可以通过识别这些外在特征达到对TSV三维封装内部缺陷进行检测的目的 .文章利用理论与有限元仿真相结合,对比了正常TSV与典型缺陷TSV的温度分布,发现了可供缺陷识别的显著差异.分析结果表明,在三种典型缺陷中,含缝隙TSV与正常TSV温度分布差异最小;其次为底部空洞TSV,差异最大的为填充缺失TSV.由此可知,通过检测热-电耦合激励下的TSV封装外部温度特征,可实现TSV三维封装互连结构内部缺陷诊断与定位.     

VLSI电迁移效应及自制型电迁移测试系统

本文首先针对半导体可靠性测试项目一电迁移的基本原理、可靠性问题、电迁移效应的防护措施及失效判定作概括性的介绍。第二部分主要介绍自制电迁移自动测试系统开发的目的。并比较国外进口电迁移自动测试系统的效率，最后以实验证明自制电迁移自动测试系统的性能和功能可以取代进口的同类产品，达到降低企业成本及节省产品验证时程的目的。     

菊花链Cu/Cu3Sn/Cu互连凸点电迁移仿真研究

多物理场耦合作用下产生的电迁移现象成为影响键合结构可靠性的关键问题。建立了菊花链键合封装结构的三维有限元模型,研究了电-热-力交互作用下键合结构的温度分布、电流密度分布及应力分布。发现在连接线与凸点相连的位置容易发生电流聚集效应,从而导致此处出现温度升高及热应力增大的现象。此外,仿真分析了2～12 mV输入电压和20～100μm凸点间距对键合结构的电迁移失效的影响。发现对于20μm间距的凸点,输入电压超过8 mV时会发生电迁移失效。对于间距超过40μm的凸点,输入电压超过4 mV时会发生电迁移失效。结果表明,20μm间距的凸点电迁移可靠性高,为凸点结构设计及电迁移的实验研究提供了参考。     

2.5D硅转接板TSV结构研究

针对结构参数对TSV可靠性影响不明确的问题,文中采用有限元分析和模型简化的方法,分析了TSV结构在温度循环条件下的应力应变分布,并进一步研究了铜柱直径、SiO₂层厚度以及TSV节距等结构参数对TSV结构可靠性的影响。结果表明,采用文中的方法简化模型后得出的结果拟合度在0.95以上;在TSV结构上施加温度循环载荷时,在SiO₂界面会出现应力集中,而在钝化层中会出现应变增大;改变铜柱直径、绝缘层厚度和TSV节距将显著影响TSV结构的可靠性;减小填充铜的直径、增加SiO₂层的厚度、增加TSV节距,都将有助于减小TSV结构的最大应力。     

VLSI金属互连线电迁移噪声检测敏感性的逾渗模拟

在电迁移物理机制的基础上结合逾渗理论,建立了一种金属互连线电迁移的逾渗模型。基于该模型,采用蒙特卡罗方法模拟了超大规模集成电路（VLSI）金属互连线电迁移过程中电阻和低频噪声参数的变化规律。结果表明,与传统的电阻测量方法相比,低频噪声表征方法对电迁移损伤更敏感,检测的效率更高。该研究结果为低频噪声表征VLSI金属互连线电迁移损伤的检测方法提供了理论依据。     

考虑温度因素的3D芯片TSV容错结构设计

相比于2D芯片,3D芯片具有更高的功率密度和更低的热导率。针对散热问题,多层3D芯片一般采用具有较高热导率的铜填充硅通孔(TSV)。为提高3D芯片的成品率,在温度条件限制下,对3D芯片进行TSV的容错结构设计非常重要。分析了带有TSV的3D芯片温度模型,提出了3D芯片温度模型的TSV修复方法。根据温度要求设计总的TSV数,将这些TSV分为若干个组,每组由m个信号TSV和n个冗余TSV组成,实现了组内和组间信号的TSV修复。实验结果表明,该TSV容错结构不仅有较高修复效率,而且具有较好散热效果。     

电迁移与工艺相关的关系

针对金属化电迁移,进行了失效机理与工艺相关性的研究;确定了金属晶粒尺寸与金属化可靠性之间存在着直接关系.金属平均晶粒直径与金属电迁移寿命受金属化溅射工艺条件的影响完全一致.提出了平均晶粒直径作为能够表征金属化可靠性的特征工艺参数的概念和金属化可靠性在线评价方法.     

集成电路互连引线电迁移的研究进展

随着大规模集成电路的不断发展,电迁移引起的集成电路可靠性问题日益凸现.本文介绍了电迁移的基本理论,综述了集成电路互连引线电迁移的研究进展.研究表明,互连引线的尺寸、形状和微观组织结构对电迁移有重要影响;温度、电流密度、应力梯度、合金元素及工作电流模式等也对电迁移寿命有重要影响.同时指出了电迁移研究亟待解决的问题.     

电迁移与工艺相关的关系

针对金属化电迁移 ,进行了失效机理与工艺相关性的研究 ;确定了金属晶粒尺寸与金属化可靠性之间存在着直接关系 .金属平均晶粒直径与金属电迁移寿命受金属化溅射工艺条件的影响完全一致 .提出了平均晶粒直径作为能够表征金属化可靠性的特征工艺参数的概念和金属化可靠性在线评价方法 .     

高温恒定电流电迁移可靠性试验及结果分析

介绍了评价电迁移可靠性的高温恒定电流试验方法,以电阻值超过初始值10％为失效判据,对某工艺的几组样品进行可靠性评价。该试验方法简便、可靠,适用于亚微米和深亚微米超大规模集成电路的可靠性评价。     

Sb掺杂对SnAgCu无铅焊点电迁移可靠性的影响

向Sn3.8Ag0.7Cu无铅焊膏中添加质量分数为1%的Sb金属粉末,研究了其焊点在电流密度为0.34×104A/cm2、环境温度150℃下的电迁移行为。通电245h后,阴极处钎料基体与Cu6Sn5IMC之间出现一条平均宽度为16.9μm的裂纹,阳极界面出现凸起带,钎料基体内部也产生了裂纹。结果表明:1%Sb的添加使焊点形成了SnSb脆性相,在高电流密度和高温环境下产生裂纹,缩短了焊点寿命,降低了电迁移可靠性。     

几种快速分析电迁移失效的新技术

介绍几种快速分析金属膜电迁移失效的新技术：(1)利用晶粒大小分布璜示电迁移性能：(2)用电阻比法作为金属薄膜的监控器：(3)利用噪声测量预示电迁移的可靠性：(4)用内摩擦法分析电迁移失效．