应用于微焊点金属间化合物中的EDS和EBSD技术

微焊点分析技术在半导体工业中的应用


在半导体技术的不断进步推动下，集成电路的设计和制造已经从平面二维结构向三维堆叠转变，这一转变极大地增加了芯片的性能和功能密度。三维集成电路的实现依赖于硅通孔技术（TSV），它允许不同层次的芯片垂直互联，从而实现更复杂的芯片结构。随着焊点尺寸的不断缩小，对焊接材料和工艺的要求也越来越高，这对半导体工业提出了新的挑战。
Sn基钎料的角色与挑战

在这一过程中，Sn基钎料因其良好的焊接性能和成本效益而被广泛采用。然而，Sn基钎料与母材（如Cu）在焊接过程中会发生反应，形成Cu6Sn5和Cu3Sn等金属间化合物（IMCs）。这些IMCs的形成对焊点的机械性能和电性能有着显著影响，可能会影响微电子设备的长期可靠性。
EDS和EBSD技术的应用

为了更好地理解和控制这些现象，研究人员采用了能谱（EDS）和背散射电子衍射（EBSD）技术来分析微焊点。EDS能够提供元素组成的定量分析，而EBSD则能够提供晶体结构、晶粒取向和晶粒大小等晶体学信息。这些技术的结合使用，使得研究人员能够对微焊点进行全面的表征。
金鉴作为国内领先的光电半导体检测实验室，金鉴实验室的EBSD技术，以其高效的速度和精准的分辨率，在材料表征领域中展现出卓越的性能，为材料科学研究提供了强有力的工具。
实验结果与分析

通过使用能谱探测器，研究人员对微焊点区域的成分进行了分析。结果显示，焊点的两侧主要是Cu和Ni元素，而中间区域则存在Sn和少量Ag颗粒。通过AutoPhaseMap功能，研究人员进一步揭示了中间区域相结构的复杂性，发现了多种不同的相。菊池带衬度分布图清晰地展示了各层晶粒的形貌，而将相结构与菊池带衬度叠加的图像则显示了区域内存在的六种不同相。

定量线扫描分析揭示了Ni元素在中间区域的分布，表明可能存在稳定的(Cu,Ni)6Sn5相。对Cu6Sn5和Cu3Sn相的取向和晶粒大小分析显示，Cu3Sn相中的晶粒呈等轴晶结构，平均晶粒尺寸约为350nm，部分晶粒的[001]晶向趋于与Y方向平行。

技术优势与挑战

能谱探测器和Symmetry EBSD技术在本研究中展现了其高速度和高分辨率的优势。AZtec软件的TruPhase功能利用能谱实时区分具有相似晶体结构但成分不同的相，极大地提高了分析的准确性。Symmetry EBSD技术在短时间内完成了多种物相的标定和能谱采集，显示了其高效率。
总结与展望

通过运用先进的EDS和EBSD技术，研究人员能够对微焊点的成分和结构进行精确表征，这对于优化焊接工艺、提高微电子设备的性能和可靠性具有重要意义。随着技术的不断进步，未来半导体工业中的焊点设计和工艺优化将更加依赖于这些高精度的分析技术。此外，随着对焊点可靠性要求的提高，对IMCs的形成机制和影响因素的研究也将更加深入，以确保微电子设备的长期稳定运行。