基于纳米压印技术的银互连线导电特性增强研究

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纳米压印作为下一代图形转移技术之一,由于其成本低、产出高、保真度好等优势脱颖而出。基于假塑性银纳米颗粒流体的纳米压印技术是一种工艺简单、压印直接得到金属线条、低温快速、对基板损害小的银互连线工艺技术。但银纳米颗粒低温烧结得到的银互连线仍存在很多问题使得其电性能和机械性能仍旧需要提高,以满足集成电路速度更高的需求。本文通过掺杂调控金属颗粒(镍、钛、铬、钴、钼等金属)与静电场辅助烧结的方法来提高银互连线的导电性能和机械性能,并进行了大量的实验来证实了想法的可靠性。首先,为了寻找增强银互连线导电性的调控金属,同时考虑到不同金属不同含量对线条导电性的增强作用不同,在配制银纳米颗粒溶液时加入不同种类不同浓度的金属颗粒以筛选出有调控作用的金属;测量及表征后发现Ni在浓度为5%时可得到导电性最好的互连线,电阻率为4.74×10-8?·m,相比较未掺杂时优化了26.5%。使用XRD测试发现晶粒直径大小变化趋势与测量的电阻率相吻合,并分析了Ni掺杂对银互连线条的影响机理,但经过AFM和SEM测试,发现对表面形貌并无太大改观,后续研究仍在进行。在烧结过程中施加外部静电场辅助烧结,以期对导电性和表面形貌做出优化。随着电场强度的增加,表面的空洞明显减少,起伏越来越小,表面也更加平滑;导电性随着电场强度的增大而增加。电场辅助低温烧结有助于提高线条的导电性和优化表面形貌。并分析了加热时施加电场对低温烧结银纳米颗粒形成银互连线的作用机制,以及电场强度大小对表观形貌、致密度和导电性的影响。掺杂调控金属颗粒对银互连线导电性的提高有很好的促进作用;静电场辅助烧结对银互连线的导电性、致密度和表面形貌均有优化作用。随着电场强度的增加,表观形貌和导电性越来越好。掺杂调控金属颗粒与静电场辅助烧结对银互连线的导电性能有很大提升,对纳米压印技术制备互连线后续研究有很好的指导作用。
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