專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體元件的接觸連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于半導(dǎo)體元件與薄膜噴鍍金屬的接觸連接方法。
該目的可通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的方法實(shí)現(xiàn)。其改進(jìn)方案在從屬權(quán)力要求中予以披露。
在本發(fā)明方法中，一種由兩種以上金屬或半導(dǎo)體化學(xué)元素制成的焊料(金屬焊料較佳)被涂敷在半導(dǎo)體元件的觸點(diǎn)或薄膜金屬層的擬接觸連接部位。該焊料的構(gòu)成使它的熔點(diǎn)低于薄膜能耐受的臨界溫度，并且它熔化后形成一種材料，該材料固化后具有比原來(lái)的焊料更高的熔點(diǎn)。熔化焊料的較佳構(gòu)成為，其能夠與薄膜金屬層的金屬或半導(dǎo)體元件的觸點(diǎn)金屬熔成一合金或金屬間化合物或金屬間化合物相。所述熔點(diǎn)必須足夠高，以致于若要熔化焊料連接，薄膜必然受到損壞，或至少金屬層與薄膜分離并且整個(gè)組件將因此不能使用。
尤其適用于這種用途的焊料是一種組合物，即一種含有至少且最好兩種組分的混合物，該兩種組分可形成一混合物、一合金或一化學(xué)計(jì)量化合物，并且其配比選擇須使該混合物保持在一低共熔點(diǎn)或至少接近一低共熔點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，就混合物的此一選擇而言，任何組分配比的改變都會(huì)使熔點(diǎn)增高。焊料熔化時(shí)，一合金或金屬間化合物生成，其含有一定比例的薄膜金屬層金屬或半導(dǎo)體元件的觸點(diǎn)金屬，因此，該構(gòu)成導(dǎo)電連接材料的組合物與原來(lái)焊料組合物的低共熔性明顯不同，它的熔點(diǎn)明顯提高，具體而言，高出薄膜的安全溫度。在這種情況下，近似低共熔組合物被定義為一種其熔點(diǎn)與低共熔點(diǎn)溫度相差不超過(guò)10℃的組合物。
適合用作焊料的材料(較佳能與銅或鎳制成的薄膜金屬層相結(jié)合)主要是一種含有鉍(化學(xué)符號(hào)Bi)的材料?？梢詫?shí)現(xiàn)理想效果的低共熔或近似低共熔組合物(與低共熔點(diǎn)的溫度差不超過(guò)10℃)是來(lái)自含有鉍和銦、含有鉍和錫及含有銦和錫組合物組群的材料。這些材料的低共熔組合物按原子量關(guān)系分別為Bi22In78、Bi43Sn57或In52Sn48。
材料Bi22In78構(gòu)成一熔點(diǎn)為72.7℃的低共熔組合物，因此，焊料連接可在約80℃溫度下實(shí)施。例如，可以采用濺射法將焊料Bi22In78涂敷在半導(dǎo)體元件的觸點(diǎn)上。于是，該焊料在觸點(diǎn)上形成一薄層，該薄層與薄膜的金屬層相接觸，并且根據(jù)需要施加一定的壓力。加熱至一高于焊料熔點(diǎn)的溫度時(shí)，焊料熔化，與薄膜金屬層的金屬熔成合金并生成一種材料，該材料在薄膜金屬層與半導(dǎo)體觸點(diǎn)之間形成導(dǎo)電連接，其至少能承受270℃的熱載荷。如果使用一熱載荷能力高達(dá)約120℃的薄膜，該連接在約80℃溫度下即可毫無(wú)困難地實(shí)施。此后，該連接無(wú)法熔開(kāi)，除非破壞薄膜。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，一元件被接觸連接在一具有一100nm厚鎳金屬層的塑料薄膜上，可采用的方法是在半導(dǎo)體元件觸點(diǎn)上濺射一100nm厚的Bi22In78焊料層；在加熱至80℃的情況下，幾秒鐘內(nèi)即可形成導(dǎo)電連接，并且該連接能承受高達(dá)650℃的熱載荷。
前面所述的其它低共熔組合物的熔點(diǎn)分別是139℃(Bi43Sn57)和117℃(In52Sn48)。如果使用的薄膜能安全地承受比相應(yīng)的溫度值再高幾度(攝氏)的溫度的話(huà)，那么該些組合物即可以使用。金屬間化合物相BiIn和BiIn2為按化學(xué)計(jì)量比包含鉍和銦的雙組分金屬間化合物，其熔點(diǎn)分別為109.5℃和89℃。這些溫度對(duì)常規(guī)的塑料薄膜是安全的。金屬間化合物相的優(yōu)點(diǎn)是它在一特定溫度下以單一相蒸發(fā)，而不像多種物質(zhì)的混合物(其所含組分具有不同的蒸汽壓力)那樣蒸發(fā)。因此，如果這種金屬間化合物相或化學(xué)計(jì)量組合物用作焊料的話(huà)，焊料可采用電子束蒸發(fā)方法進(jìn)行涂敷。
權(quán)利要求
1.一種使半導(dǎo)體元件(1)與具有一金屬層(3)的薄膜(4)進(jìn)行接觸連接方法，其中第一步，首先將含有至少兩種金屬元素或半導(dǎo)體材料并且其熔點(diǎn)溫度不會(huì)損壞塑料薄膜的焊料涂敷在半導(dǎo)體元件觸點(diǎn)(2)與薄膜金屬層之間；然后，第二步，促使焊料熔化，然后再固化，以此產(chǎn)生一永久性導(dǎo)電連接，所生成的連接材料的熔點(diǎn)高于所涂敷焊料的熔點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用了一種焊料，該焊料在所述第二步中與所述薄膜的金屬層金屬生成一具有一較高熔點(diǎn)的合金或金屬間化合物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于采用了一種焊料，該焊料的熔點(diǎn)比所述焊料中含有的所述金屬或半導(dǎo)體材料的低共熔組合物的溫度高出不超過(guò)10℃。
4.如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所用焊料含有鉍。
5.如權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所用焊料是一種來(lái)自含有鉍和銦、鉍和錫、銦和錫組合物組群的材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所用焊料是一種來(lái)自Bi22In78、Bi43Sn57和In52Sn48組群的材料。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所用焊料是所述組合物BiIn或BiIn2的一種金屬間化合物或金屬間化合物相。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，第一步，首先采用濺射法將所述焊料涂敷在所述觸點(diǎn)或所述金屬層上。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，第一步，首先采用電子束蒸發(fā)方法將焊料涂敷在所述觸點(diǎn)或所述金屬層上。
10.如權(quán)利要求1至9任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，第一步，以有限的厚度(與所述薄膜金屬層的厚度相比)涂敷所述焊料層，以保證實(shí)施第二步操作以后，至少位于所述薄膜上的金屬層部分仍保持不變。
全文摘要
將含有至少兩種金屬或半導(dǎo)體元素的低共熔或化學(xué)計(jì)量組合物制成的焊料涂敷在半導(dǎo)體元件(1)的一觸點(diǎn)(2)上，再使之與噴鍍金屬的薄膜(4)的金屬層(3)相接觸，通過(guò)加熱使焊料與薄膜的金屬層熔成合金，從而產(chǎn)生一具有較高熔點(diǎn)的導(dǎo)電連接。尤其適用與此用途的焊料是Bi
文檔編號(hào)H01L21/60GK1443368SQ01813237
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2001年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者H·許布納, V·克里佩 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司