name: Разработка методов, повышающих эффективность многокристальной сборки микросхем в 3D-интеграции
keyword_list: Многокристальная сборка микросхем Монтаж кристаллов методом flip-chip Система перераспределения контактных площадок Платиновая металлизация Формирование шариковых выводов 3D-интеграция
abstract: Целью работы является разработка и исследование конструктивно-технологических решений применения платины в качестве материала металлизации и разработка перспективных методов адаптации существующих изделий к технологии flip-chip, повышающих эффективность технологии объемной интеграции и надежность монтажа полупроводниковых кристаллов методом flip-chip.
  Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
  1. Исследование кинетики растворения и свойств смачиваемости в расплавленных эвтектических припоях как используемых, так и перспективных материалов для применения в качестве металлизации под шариковый вывод.
  2. Исследование прочности платиновых сварных соединений, сформированных на различных материалах тонкопленочной металлизации кремниевых и керамических подложек.
  3. Исследование особенностей формирования платиновых стад-бампов термозвуковой микросваркой на кремниевых кристаллах с алюминиевой металлизацией контактных площадок.
  4. Исследование процесса нанесения припойных шариков на платиновые стад-бампы для сборки 3D БИС по технологии flip-chip.
  5. Разработка и исследование технологических основ формирования шариковых выводов с платиновым ядром на алюминиевой металлизации контактных площадок кристалла.
  6. Разработка структуры перераспределения контактных площадок кристаллов полупроводниковых изделий и возможность ее адаптации к существующим полупроводниковым приборам в составе полупроводниковых пластин к технологии монтажа методом flip-chip в серийном производстве.
  Основные научные и технические результаты:
  1. Установлено, что скорость растворения Pt в расплавленном олове в диапазоне температур от 240 °C до 300 °C на 50% ниже, чем у Ni. Поэтому, когда скорость растворения диффузионного барьерного слоя важна, применение слоя Pt в качестве металлизации контактных площадок под шариковые выводы предпочтительнее слоя Ni. Кроме того, один слой Pt, в отличие от слоя Ni, является эффективным слоем для использования в качестве металлизации контактных площадок под припойные шариковые выводы полупроводниковых кристаллов/пластин и может заменить два слоя - диффузионный барьерный слой и слой защиты от окисления. Времена смачивания как Pt, так и Ni находятся в рекомендуемых стандартами пределах от 1,0 с до 2,5 с для их применения при групповой пайке компонентов в электронной промышленности. 
  2. Установлено, что при высокой адгезии тонкопленочной Pt металлизации на подложке из чистого Si или на Al2O3 подложке с адгезионным подслоем Ti, сварные соединения тонкой Pt проволокой имеют низкие значения контактного сопротивления, не превышающие 0,05 Ом и высокие значения усилия на сдвиг, превышающие рекомендуемые стандартами значения более чем на 60 %.
  3. Показано, что высокотемпературный отжиг, осуществляемый при температуре 900 °C в течение 60 минут в среде чистого кислорода сварных соединений Pt проволоки на Al2O3 подложке, не приводит к деградации контакта, а лишь незначительно уменьшает средние значения усилий на сдвиг (42,34 гс до отжига и 37,5 гс после отжига). Тем не менее даже уменьшенные средние значения усилия на сдвиг сварных соединений более чем на 5 % превышают значения, рекомендуемые стандартами.
  4. Разработан новый способ формирования шариковых выводов с платиновым ядром на алюминиевой металлизации контактных площадок кристалла, который обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: 
  - позволяет адаптировать существующие кристаллы к монтажу методом flip-chip без ухудшения надежности конечного изделия; 
  - снижает себестоимость производства на этапе прототипирования. 
  5. Реализация разработанного способа формирования шариковых выводов на алюминиевой металлизации контактных площадок кристалла исключает необходимость введения специализированной многослойной металлизации контактных площадок кристалла для перехода от технологии проволочной микросварки к технологии пайки и монтажу методом flip-chip, так как предлагаемая система перераспределения контактных площадок уже включает весь функционал свойств специализированной многослойной металлизации контактных площадок под пайку: хорошую смачиваемость различными припоями, защиту поверхности контактных площадок от окисления и коррозии, барьерные функции для предотвращения диффузии металла контактных площадок в смежные диэлектрические слои и диффузии припоя в металлизацию контактных площадок.
  6. Применение полученных шариковых выводов с платиновым ядром на алюминиевой контактной площадке кристалла ИС позволяет повысить надежность монтажа изделий, реализованных методом flip-chip. В частности, величины минимального усилия на сдвиг шарикового вывода относительно алюминиевой металлизации и кристалла относительно кремниевой коммутационной платы в несколько раз превышают пороговые значения, рекомендуемые мировыми стандартами. 
  7. Разработан новый способ применения платиновой металлизации в системе перераспределения контактных площадок кристаллов, реализация которого позволяет формировать равномерно перераспределенные по планарной стороне кристалла контактные площадки, изменять размеры и геометрию существующих контактных площадок на всей поверхности полупроводниковой пластины для монтажа методом flip-chip.
chairman_dissertation_council.name: Валентин
chairman_dissertation_council.surname: Иевлев
chairman_dissertation_council.patronymic: Михайлович
chairman_dissertation_council.position: Заведующий кафедрой
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: P-9039-2019
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 1412149000
chairman_dissertation_council.rinc_id: 21729
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Лариса
organization_supervisor.surname: Клюева
organization_supervisor.patronymic: Александровна
organization_supervisor.position: Начальник ОДС
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 47.33.31
rubrics.name: Интегральные микросхемы
oecds.code: 02.02.IQ
oecds.name: ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
speciality_codes.name: Электронная компонентная база микро- и наноэлектроники, квантовых устройств
speciality_codes.code: 2.2.2.
supervisors.fio: Бормонтов Е.Н.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Электронная компонентная база микро- и наноэлектроники, квантовых устройств
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Ачкасов А.В.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Винокуров А.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГБОУ ВО "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ", ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ФГБОУ ВО "ВГТУ", ВГТУ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1033600070448
protection_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: КОЛОДЯЖНЫЙ
protection_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБОУ ВО "ВГУ"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1023601560510
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ЕНДОВИЦКИЙ
author_organization.supervisor_patronymic: АЛЕКСАНДРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения