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研究生： 魏程昶
Cheng-Chang Wei
論文名稱： 含銅鎳之錫薄膜線之電致遷移研究
Electromigration Studies on Sn(Cu) and Sn(Ni) Alloy Stripes
指導教授： 劉正毓
Cheng-Yi Liu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程與材料工程學系
Department of Chemical & Materials Engineering
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 60
中文關鍵詞： 含鎳銅薄膜錫條 、Blech結構 、電遷移
外文關鍵詞： Blech structure, Sn(Cu) Sn(Ni) stripe, electromigration
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    • 我們利用Blech結構，對Sn、Sn0.7Cu、Sn3.0Cu與Sn1.0Ni薄膜合金進行電遷移效應的探討。由實驗結果中發現，此四種不同的薄膜合金皆擁有不同的遷移速率，其遷移速率由大到小為: Sn0.7Cu > Sn > Sn3Cu > Sn1.0Ni。我們認為，共晶組成之Sn0.7Cu有高密度的晶界(grain boundary)與較低的降服強度(yielding strength)特性，這二因子分別導致Sn0.7Cu有較快的遷移速率及較低的形變阻抗能力。且由各種不同長度的合金原子電遷移通量，我們可求得臨界長度(critical product)和臨界值(critical product)。Sn、Sn0.7Cu、Sn3.0Cu的臨界值(critical product)分別為:1500、500和1580 amp/cm。同時我們也發現，利用文獻報告的Sn擴散係數求得薄膜Sn之Z*值為97，而此結果相近於Sn塊材的文獻值80。

    By using Blech structure, we have studied the EM behaviors on four different Sn(Cu) and Sn(Ni) alloys, which are Sn, Sn0.7Cu, Sn3.0Cu, and Sn1.0Ni. The EM rates of above alloys were determined and the order of the magnitudes is: Sn0.7Cu > Sn > Sn3Cu > Sn1.0Ni. Sn0.7Cu shows the highest EM rate among three Sn(Cu) alloys. The possible reasons are that eutectic Sn0.7Cu has a high density of grain boundary and a low yielding strength. Knowing the EM fluxes of alloy stripes in different lengths, the critical lengths and the critical products were determined. The critical products for Sn, Sn0.7Cu, and Sn3.0Cu are 1500 amp/cm, 500 amp/cm, and 1580 amp/cm, respectively. In this study, DZ* of Sn(Cu) alloys were obtained. Since, the Sn diffusivity in the Sn matrix is known, Z* of pure Sn can be further calculated to be 97, which is slightly larger than the literature value, 80.

    目 錄 中文摘要……………………………………………………………….i 英文摘要……………………………………………………………….ii 目錄…………………………………………………………………… iii 圖目錄…………………………………………………………………. v 表目錄…………………………………………………………………..vii 第一章 序論…………………………………………………………..1 第二章 文獻回顧……………………………………………………..3 2.1電遷移理論…………………………………………………….3 2.1.1 電遷移通量方程式…………………………………...…3 2.1.2 電遷移應力的生成…………………………………...…4 2.1.3 反作用應力與臨界長度效應………………………...…7 2.1.4 平均毀壞時間(MTTF)………..………………………....9 2.2 銲料內電遷移現象.……………………………………………10 2.2.1 銲料內電遷移行為..…………………………………...10 2.2.2 電遷移對介面反應之影響...………………..……….…15 2.2.3 電遷移於銲錫球中的毀壞機制..…………..………..…19 2.2.4 銲錫球中銅融解現象…...……………………………...22 第三章 實驗方法與步驟…………………………………………..…25 3.1 合金銲料的製備……………………………………………….25 3.2 試片製作與觀察……………………………………………….26 第四章 結果與討論………..………………………………………...31 4.1 通電後錫條之表面型態………………………………………31 4.2 電遷移效應下之遷移體積……………………………………38 4.3 長度效應與臨界長度…………………………………………43 4.4 Z*值的計算………………………………………..…………49 4.5 合金效應的影響………………………………..………...……52 第五章 結論………………………………………………………….57 參考文獻………………………………………………………….58 圖目錄 圖2.1 經電遷移實驗測試下，Blech結構截面結構示意圖……...…5 圖 2.2 熱處理之鋁薄膜導線，在不同電流密度下之飄移速度...…..6 圖 2.3 (a) Sn-Pb銲料合金電遷移實驗之三明治結構圖。(b) Sn-Pb銲料合金於室溫下、電流密度1x105Amp/cm2通電19天之SEM圖……………………………………………………...16 圖 2.4 不同成分之Sn-Pb合金於電流密度105Amp/cm2下、通電40小時後，表面凸起(hillock)的形成狀態………..............11 圖 2.5 SnPb共晶組成於1.5Amp、120℃下，截面變化情形之SEM圖……………………………………………………………13 圖 2.6 Sn3.8Ag0.7Cu於1.5Amp、120℃下，截面變化情形之情形之SEM圖…………………………………………………...14 圖 2.7 (a) V-groove的結構圖，(b)填入銲料後之截面圖…………15 圖 2.8 V-groove銲料餘通電後表面之型態……………………...17 圖 2.9 電流密度5.7x104Amp/cm2、180℃下，陽極與陰極端之介面化合物生長情形……………………………………...…..18 圖 2.10 覆晶銲料球於180℃、電流密度5.7x104Amp/cm2下，孔洞生長過程…………………………………………….…...…20 圖 2.11 覆晶接合銲料球之結構示意圖…………………..……..….21 圖 2.12 覆晶銲料球之電流密度分布圖…………………..……..….21 圖 2.13 電流群聚效應之影響，造成之厚層Cu UBM不對稱融解象…..……..…………………………………………………23 圖 2.14 銅導線融解長度與通電時間之關係圖…………..……..….24 圖 3.1 Blech結構之製作流程圖…………………..…………….27 圖 3.2 (a) Blech結構之3D示意圖，(b) 200

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