[發明專利]用于微電子裝置中接合的合金2N銅線

在審

• 申請號: 201210511419.4
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103137236A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 穆拉利·薩蘭加帕尼;楊平熹;歐根·米爾克
• 申請（專利權）人: 賀利氏材料科技公司
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01L23/49
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 張世俊

技術領域

本發明大體上涉及用于微電子學中接合的合金2N銅線。

背景技術

細的Au、Cu和Al線廣泛用于集成芯片中的互連。銀線也已經研究用于獨特的應用。對于Au和Al線來說，通常應用2N到4N純度(99%到99.99%)，而對于Cu來說，通常只使用4N純度。已經研究5N到8N純度的Cu，但其并未用于實踐中。加入摻雜劑以用于例如回路性能、可靠性、可接合性、耐腐蝕性等專門的應用。直徑通常在18μm到75μm范圍內的線常用于線接合。對于高電流承載應用來說，應用直徑通常在200μm到400μm范圍內的線。

用于所述線的合金通常連續鑄成直徑2mm到25mm的棒，并以稱為粗、中間和細的步驟進一步拉延。細拉線在約0.25到0.6Tm(線的熔點)的高溫下退火，并稍后纏繞，真空封裝并存儲用于接合。

若干專利報道摻雜和合金Cu線的益處。加入量在0.13到1.17質量%范圍內的Pd據稱在壓力鍋試驗(PCT)測試上具有高可靠性。發現摻雜Mg和P<700ppm、維持30ppm氧(O)并且加入一系列元素Be、Al、Si、In、Ge、Ti、V(6-300ppm)、Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd<300ppm的Cu線有效進行接合。加入在20-100ppm范圍內的Nb和P以及低于50ppm的元素Cs、Lu、Ta、Re、Os、Ir、Po、At、Pr、Pm、Sm、Gd和低于100ppm的Zr、Sn、Be、Nd、Sc、Ga、Fr、Ra展示軟且可接合的線。當摻雜最大1000ppm的元素Mn、Co、Ni、Nb、Pd、Zr和In時，產生可接合的Cu線。如果線含有低于2000ppm的Be、Fe、Zn、Zr、Ag、Sn、V，那么發現其是可接合并且可靠的。加入高達100ppm的硼(B)并加入低于10ppm的少量Be、Ca、Ge，并同時維持硫(S)<0.5ppm顯示出低球硬度和降低的加工硬化。Cr<25ppm、Zr<9ppm、Ag<9ppm、Sn<9ppm的Cu線顯示與Au線一樣好的優良可接合性。加入低于9ppm的少量Fe、Ag、Sn、Zr可產生正常可接合的線。加入低于1000ppm的元素B、Na、Mg、Al、Si、Ca、K、V、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Mo、Cd、Cs、Ba、Hf、Ta、Tl、W展示卓越的性質并且適于接合。

使用O、C、H、N、S、P<1ppm的例如8N(99.999999%)等超高純度Cu加工的Cu線產生具有40HV硬度的軟線。使用純度5N和6N加工并摻雜元素Ti、Cr、Fe、Mn、Ni、Co中的任一者或與所述元素的不同組合進行組合且維持低于4.5ppm的Cu線顯示優良的可接合性。使用5N和6N純度，加入Hf、V、Ta、Pd、Pt、Au、Cd、B、Al、In、Si、Ge、Pb、S、Sb和Bi<4.5ppm與Nb<4.5ppm的組合也顯示優良的可接合性。加入0.12-8.4ppm的Ti以及Mg、Ca、La、Hf、V、Ta、Pd、Pt、Au、Cd、B、Al、In、Si、Ge、Pb、P、Sb、Bi、Nb<0.16-8.1ppm適合于接合。雜質<4ppm并含有Mg、Ca、Be、In、Ge、Tl<1ppm的Cu線性能與Au線一樣并且軟到35HV。

使用含有Mg、Al、Si、P<40ppm的4N?Cu線，實現干凈的球狀無空氣球。類似地，維持純度<10ppm并加入La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y<20ppm或Mg、Ca、Be、Ge、Si<20ppm，獲得40到50HV的Cu線。加入Ni和Co<100ppm并且Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Zr、Nb、Pd、Ag、In、Sn<150ppm的Cu線顯示耐腐蝕以及41HV的硬度。含有Ti、Fe、Cr、Mn、Ni、Co<150ppm的Cu線的接合性能也很優良。使用區域提純的Cu并維持Mg、Ca、Ti、Zr、Hf＜100ppm獲得小于49HV的軟Cu線。在無空氣球期間加入元素Be、Sn、Zn、Zr、Ag、Cr、Fe到最大2wt%，維持H、N、O、C含量并控制氣體形成(H₂、CO、N₂、O₂)，因此獲得上佳的接合強度。加入400ppm?Mg、痕量Fe和Ag顯示減少熱影響區(HAZ)附近裂縫的形成。此線耐腐蝕，并且其使用6N純度Cu加工。加入La<0.002wt％、Ce<0.003wt％、Ca<0.004wt%到4N?Cu線中展示長久存儲期。