芯片高密度互连电子电镀成形与性能调控技术研究

信息技术的飞速发展,对芯片性能提出了越来越高的要求,芯片中晶体管和电子互连的密度也在不断增加.电子电镀是大马士革以及芯片封装电子互连的主要成形方法,互连密度的提高对于电子电镀成形工艺及性能调控方法提出了许多新的要求.本文概述了本团队近几年在芯片高密度互连的电子电镀成形方法以及性能调控方面的研究成果,主要包括3D TSV垂直互连及大马士革互连的填充及后处理工艺、高密度凸点电镀成形方法及互连界面可靠性研究、特殊结构微纳互连的制备及性能调控方法、微纳针锥结构低温固态键合方法、水相化学及电化学接枝有机绝缘膜等工作,以期对芯片电子电镀领域的研究带来启迪,推动芯片高密度互连技术的发展.     

芯片制造中的化学镀技术研究进展

芯片制造中大量使用物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、热压键合等技术来实现芯片导电互连. 与这些技术相比, 化学镀因具有均镀保形能力强、工艺条件温和、设备成本低、操作简单等优点, 被人们期望应用于芯片制造中, 从而在近年来得到大量的研究. 本综述首先简介了芯片制造中导电互连包括芯片内互连、芯片3D封装硅通孔(TSV)、重布线层、凸点、键合、封装载板孔金属化等制程中传统制造技术与化学镀技术的对比, 说明了化学镀用于芯片制造中的优势; 然后总结了芯片化学镀的原理与种类、接枝与活化前处理方法和关键材料; 并详细介绍了芯片内互连和TSV互连化学镀阻挡层、种子层、互连孔填充、化学镀凸点、再布线层、封装载板孔互连种子层以及凸点间键合的研究进展; 且讨论了化学镀液组成及作用, 超级化学镀填孔添加剂及机理等. 最后对化学镀技术未来应用于新一代芯片制造中进行了展望.     

芯片铜互连研究及进展

本文详细介绍芯片制造中铜互连技术,综述酸性硫酸铜电镀工艺要点及常用添加剂作用机理,并概述国内外新型添加剂研究进展. 在此基础上,展望新型铜互连工艺替代酸性硫酸电镀铜工艺的可能性.     

铜互连电镀中有机添加剂的合成与分析（英文）

铜互连是保障电子设备的功能、性能、能效、可靠性以及制备良品率至关重要的一环。铜互连常通过在酸性镀铜液电镀铜实现,并广泛用于芯片、封装基材和印制电路板中。其中,有机添加剂在调控铜沉积完成沟槽填充、微孔填充以形成精密线路和实现层间互连方面起着决定性作用。添加剂主要由光亮剂、抑制剂和整平剂三组分组成,在恰当的浓度配比下,添加剂对于盲孔超级填充具有协同作用。目前,已报导的文献聚焦于代表性添加剂的超填充机理及其电化学行为,而对于添加剂的化学结构与制备方法鲜有深入研究。本文重点研究了各添加剂组分的制备工艺和快速电化学筛选方法,为电镀铜添加剂的未来发展提供理论指导。     

玻璃通孔三维互连镀铜填充技术发展现状

随着摩尔定律的发展迟缓,微电子器件的高密度化、微型化对先进封装技术提出了更高的要求。中介层技术作为2.5D/3D封装中的关键技术,受到了广泛研究。按照中介层材料不同,主要分为有机中介层、硅中介层以及玻璃中介层。与硅通孔(through silicon via, TSV)互连相比,玻璃通孔(through glass via,TGV)中介层(interposer)因其具有优良的高频电学特性、工艺简单、成本低以及可调的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion,CTE)等优点,在2.5D/3D先进封装领域受到广泛关注。然而玻璃的导热系数(约1 W·m^-1·K^-1)与硅(约150 W·m^-1·K^-1)相比要低很多,因此玻璃中介层存在着严重的散热问题。为得到高质量的TGV中介层,不仅需要高效低成本的通孔制备工艺,还需要无缺陷的填充工艺,目前玻璃中介层面临的挑战也主要集中在这两方面。本文首先介绍了TGV的制备工艺,如超声波钻孔(ultra-sonic drilling, US...     

电极处理对葡萄糖传感器稳定性的影响

针对目前在共价键法固定葡萄糖氧化酶传感器过程中,存在影响传感器稳定性的封装,氧化和后处理3个问题,通过选择新的封装材料,进行多层复合封装,解决了因封装失效影响传感器稳定性的问题。研究了铂电极的氧化方法和氧化程度对传感器稳定性的影响,优化了铂电极的氧化工艺;采用了新的电极通电后处理方法,制得了性能良好的传感器,使电极的稳定性显著提高,经连续测试15天,传感器的相对活性为91％,存放3个月后,传感器的相对活性达到90％。     

《液态金属印刷电子学》与《液态金属3D打印技术》出版

<正>中科院理化所与清华大学联合研究组在液态金属先进制造领域出版了两部前沿学术著作:《液态金属印刷电子学》、《液态金属3D打印技术:原理及应用》,由上海科学技术出版社,2019年1月1日出版。众所周知,电子器件是现代文明的基石。传统的电子制造工艺繁多,涉及从基底材料制备,到形成互连所需的薄膜沉积、刻蚀、封装等环节,需消耗大量原料、水、气及能源。为改变这一现状,理化所团队于     

3D打印微流控芯片技术研究进展

近年来,微流控技术在生命科学和医学诊断等领域得到广泛的应用,显示出了其在检测速度、精度以及试剂损耗等方面相比传统方法的显著优势.然而,使用从半导体加工技术继承而来的微加工技术制作微流控芯片具有比较高的资金和技术门槛,在一定程度上阻碍了微流控技术的推广和应用.近年来随着3D打印技术的兴起,越来越多的研究者尝试使用3D打印技术加工微流控芯片.相比于传统的微加工技术,3D打印微流控芯片技术显示出了其设计加工快速、材料适应性广、成本低廉等优势.本文针对近年来国内外在3D打印微流控芯片领域的最新进展进行了综述,着重介绍了采用微立体光刻、熔融沉积成型以及喷墨打印等3D打印技术加工制作微流控芯片的方法,以及这些微流控芯片在分析化学、生命科学、医学诊断等领域的应用,并对3D打印微流控芯片技术未来的发展进行了展望.     

简易型微流控芯片捕获循环肿瘤细胞的研究

本研究以循环肿瘤细胞(乳腺肿瘤细胞)为研究对象,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)、双面粘性薄膜(DSA)、玻片为原材料,采用激光雕刻技术制作微流控芯片,结合巯基-马来酰亚胺基团硅烷化偶联法和免疫荧光技术进行芯片内捕获检测实验,并使用外周血肿瘤细胞来验证此微流控芯片的实用性,使用具有高速摄像功能的荧光显微镜进行镜下观察及拍摄. 成功构建了一种简易型微流控芯片系统,利用此系统可实现对乳腺肿瘤细胞(92±3)%的捕获率,对外周血肿瘤细胞(88±3)%的捕获率,而且芯片的制作工艺简单,对实验仪器要求低,1 min内即可制作完成,简化了制作过程,弥补了传统光刻工艺复杂繁琐的不足,为临床检测疾病的发生与发展提供了新的研究方向.     

微流控芯片的研究及产业化

以大连研究团队的近期工作为基础,结合2015年末召开的“深圳-大连微流控芯片及其产业化战略研讨会”内容,扼要阐述作者对近期微流控芯片的研究及产业化的基本看法.鉴于微流控芯片研究的主流已从平台构建和方法发展转为不同领域的广泛应用,本文重点介绍了微流控芯片在现代生物化学分析、即时诊断、材料筛选-材料合成以及组织-器官仿生等4个应用领域的研究趋势,讨论了3D打印技术的崛起对微流控芯片的影响和挑战,阐述了微流控芯片作为当代极为重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜在战略领域,在全球范围内产业化的发展势头.全文引用文献69篇.     

钙钛矿光伏电池封装材料与工艺研究进展

钙钛矿太阳能电池作为第3代新概念太阳能电池,具有高光电转换效率、低成本和可柔性加工等优点,近年来发展迅速,其光电转换效率从一开始的3.8%增长到近期的25.5%,逐渐比肩硅电池,已接近商业化应用水平。目前,实现钙钛矿太阳能电池产业应用的关键环节在于电池封装,它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题,还可以实现电池安全、环保和延长使用寿命等要求。结合近十几年来钙钛矿光伏电池封装材料和封装工艺两方面的发展现状,文中介绍了钙钛矿电池封装领域取得的成果和存在的不足,讨论了目前现有封装技术的优缺点,以及它们适用的不同器件类型。着重在不同温度湿度条件下,比较了不同封装材料性能、封装工艺条件对钙钛矿电池效率及稳定性的影响,归纳出影响钙钛矿电池薄膜封装效果的3个关键因素： 聚合物的弹性模量、水蒸气透过率、加工温度。比较了不同聚合物薄膜封装材料适宜的加工温度、优缺点及加工成本。可以看出,随着钙钛矿光伏电池工业化需求的强烈增长和人们对其封装材料研究的不断深入,研究适合大面积生产和光伏建筑一体化的新型功能聚合物封装材料将是必然趋势。     

化学镀钴和超级化学镀填充的研究进展

随着半导体集成度的不断提高,铜互连线的电阻率迅速提高。当互连线宽度接近7 nm时,铜互连线的电阻率与钴接近。IBM和美国半导体公司（ASE）已经使用金属钴取代铜作为下一代互连线材料。然而,钴种子层的形成和超级电镀钴填充7 nm微孔的技术工艺仍是一个很大的挑战。化学镀是在绝缘体表面形成金属种子层的一种非常简单的方法, 通过超级化学镀填充方式, 直径为几纳米的盲孔可以无空洞和无缝隙的方式完全填充。本文综述了化学镀钴的研究进展,并分析了还原剂种类对化学镀钴沉积速率和镀膜质量的影响。同时, 在长期从事超级化学填充研究的基础上, 作者提出了通过超级化学镀钴技术填充7 nm以及一下微盲孔的钴互连线工艺。     

TGV通孔双面电镀铜填充模式调控及工艺可靠性试验研究

通过双面电镀铜实现TGV (Through Glass Via)通孔部分实心填充,兼具TGV通孔密度高、TGV厚度尺寸范围大、热力学可靠性高、圆片级/板级工艺流程简单等优点,是“芯粒”2.5D/3D集成、光电共封装(Co-Packaged-Optics, CPO)等先进封装用TGV转接板潜在优选金属化路线.本文将介绍基于国产电镀药水体系和课题组设计电镀槽体通过电镀参数设计实现TGV通孔双面电镀铜填充模式的调控,实现了X型以及“桥型”直通型TGV孔金属化;据JEDEC标准试验研究了TGV通孔glass–Ti–Cu金属化体系在高温加速老化测试(Highly Accelerated Stress Test, HAST)、温度循环测试(Temperature Cycle Test, TCT)、高温存储(High Temperature Storage, HTS)等可靠性表现,验证了TGV部分实心填充金属化工艺优点,试验发现了TGV铜互连氦气漏率、直流电阻对HAST试验最为敏感, Ti–Cu界面微缺陷、贯穿性裂纹产生是HAST试验中TGV铜互连主要失效模式,揭示了TGV铜互连Cu–Ti–glas...     

光固化3D打印技术及光敏树脂的开发与应用

光固化3D打印技术因速度快、精度高、环境友好等优势,已成为一类广泛应用的快速成型工艺.光敏树脂作为光固化3D打印的主体材料,对器件的性能与应用有着决定性影响.本文先介绍了几种已普及和新开发的光固化3D打印成型原理;并对光敏树脂的组成、分子结构和器件性能间的构-效关系进行了分析;进而对光固化3D打印及树脂的应用进行分类介...     

钴互连化学机械抛光浆料中的界面腐蚀行为研究

芯片互连层进行化学机械抛光（CMP）时,抛光液对互连金属的腐蚀问题是影响抛光后表面质量的重要因素。本文在含有氧化剂过硫酸钾（KPS）、络合剂甘氨酸（Gly）和缓蚀剂苯骈三氮唑（BTA）的抛光液体系中,对互连金属钴的界面腐蚀行为进行了研究。结果显示,强氧化剂KPS在互连层抛光液中并不能使钴表面形成稳定钝化,需要进一步引入BTA以抑制过度腐蚀。静态腐蚀实验和扫描电子显微镜观察显示,BTA能有效地降低钴在抛光液中的腐蚀,提高表面质量,电化学测试计算出其缓蚀效率最高可达99.02%。电化学阻抗谱和X射线光电子能谱揭示了腐蚀过程机理：Gly的加入可以溶解钴表面的二价及三价氧化物,破坏KPS形成的钝化层,BTA的引入会大幅增加电化学腐蚀过程的电荷转移电阻,从而抑制抛光液对钴的腐蚀。     

3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

3D打印技术能够根据不同患者需要,快速精确制备适合不同患者的个性化生物医用高分子材料,并能同时对材料的微观结构进行精确控制.因此,这种新兴的医用高分子材料制备技术在未来生物医学应用(尤其是组织工程应用)中具有独特的优势.近年来,对于3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究开发受到了越来越多的关注.不同的生物相容高分子原料被应用于3D打印技术,而这些3D成型高分子材料被用于体外细胞培养,或动物模型的软组织或硬组织修复中.本文主要介绍了近年来3D打印技术在生物医用高分子材料制备中的研究进展,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望.     

纸基微流控技术及其在食品安全检测中的研究进展

纸基微流控技术（μPADs）是一种在微米尺度的纸基芯片上进行样品制备、反应、分离、检测的技 术,具有材料便宜、制作简单、易回收、结构多样、试剂消耗少、环保可降解等特点,在食品安全快速检测 领域具有实用价值。该文对纸芯片制备、流体操控及检测模式进行了介绍。首先阐述了纸芯片功能化改性方 法及生物分子的固定方式,总结了经处理后的纸张制备为二维（2D）或三维（3D）纸芯片的方法;其次论述了 流体在纸基材料上不完全浸湿和完全浸湿两个阶段的运输机理,综合分析了智能化流体操纵技术;最后介绍 了可与纸基微流控平台联用的检测方法,并综述了纸基微流控装置在食品安全检测中的应用研究进展,提出 纸基微流控技术在食品行业未来面临的挑战及发展趋势。     

基于3D导电材料的柔性应力/应变传感器

柔性应力/应变传感器作为智能可穿戴设备的重要组成部分,在人体运动检测、健康监测、机器人和电子皮肤等方面得到了广泛应用.其中,3D导电材料(如气凝胶、海绵和泡沫等)不仅拥有3D互连微结构,还具有优异的可压缩性和导电性,在一定程度上解决了传感器同时拥有高灵敏度和宽检测限的难题.本文根据制备3D导电材料的原材料将其划分为生物...     

高端电子制造中电镀铜添加剂研究进展

电镀铜填充微孔技术是集成电路高端电子制造中电子互连材料制程中的主要技术工艺,铜互连材料的填充质量直接影响集成电路的可靠性和稳定性.电镀添加剂是实现电镀铜填微孔及影响填充质量和行为的关键因素.针对当前集成电路发展对高密度电子互连材料制造的高要求,本文概括了近些年国内外集成电路上电镀铜添加剂的研究现状,着重阐述加速剂、抑制剂和整平剂分子结构与表界面作用机制以及添加剂协同作用下实现超填充的填充机制,并针对现有研究现状提出未来需要深入探讨的科学问题和研究方向,为电子电镀铜添加剂的开发提供参考.     

3D NAND制程中选择性刻蚀工艺的SiO2回沾问题研究进展

作为半导体市场中主要存储芯片之一,NAND已从2D发展到3D.3D NAND的立体存储结构提高了芯片容量、性能和可靠性.在3D NAND的交替堆栈结构中,需通过氮化-物氧化物的选择性刻蚀获得层间介质层,堆栈层数越多,芯片性能越好,但高层堆栈的刻蚀均匀性也更难保持,此时易出现SiO2在氧化层端头再沉积的回沾现象,层间结构...