專利名稱：導(dǎo)體襯底，半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)體襯底及其制造方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及適合生產(chǎn)樹脂密封半導(dǎo)體器件的導(dǎo)體襯底，其中，在半導(dǎo)體元件被安裝后，安裝半導(dǎo)體元件的部分被絕緣樹脂密封或覆蓋，以及生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及安裝在導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體器件以及制造方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，已經(jīng)提出了各種半導(dǎo)體器件，這些器件包括安裝在襯底上諸如IC芯片或LSI芯片的半導(dǎo)體元件，其中之一是樹脂密封半導(dǎo)體器件，其中安裝了半導(dǎo)體元件，并利用絕緣樹脂密封安裝半導(dǎo)體元件的部分。樹脂密封半導(dǎo)體器件具有安裝在諸如引線框架的導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體元件，同時(shí)具有所需的電連接，并通常被稱為“半導(dǎo)體封裝”。半導(dǎo)體封裝由制造商儲(chǔ)備并根據(jù)需求提供給最終用戶。然后，最終用戶通過(guò)例如回流焊料把半導(dǎo)體封裝安裝在諸如引線板的襯底上以形成最終的電子設(shè)備。
在生產(chǎn)電子設(shè)備的現(xiàn)有工藝中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。其中一個(gè)問(wèn)題是在存儲(chǔ)半導(dǎo)體器件的期間引起的。這是因?yàn)?，在樹脂密封半?dǎo)體器件被安裝在襯底之前的存儲(chǔ)期間，樹脂密封半導(dǎo)體器件趨于吸收空氣中的水汽。在封裝半導(dǎo)體器件的焊料回流步驟中(因?yàn)樵诖瞬襟E中所施加的溫度大約為180到200℃)，由于熱使被密封樹脂吸收的水汽快速蒸發(fā)和膨脹，從而在密封樹脂中產(chǎn)生了很大的應(yīng)力。結(jié)果，在導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體元件與密封樹脂之間的界面上發(fā)生了破裂，或密封樹脂從導(dǎo)體襯底剝落。這些問(wèn)題降低了半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。因此期望提供能夠充分抑制由緊密附著在密封樹脂上的水汽的蒸發(fā)和膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力的導(dǎo)體襯底，即提供可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)并保持良好粘附性的半導(dǎo)體器件。
此外，近年來(lái)，考慮到保護(hù)全球環(huán)境，在襯底上封裝半導(dǎo)體器件的焊料回流步驟中，用無(wú)鉛焊料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的含鉛焊料。然而，無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)比傳統(tǒng)焊料的高(傳統(tǒng)焊料的熔點(diǎn)為大約200℃，而無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)為大約240到260℃)。因此，很顯然，焊料回流步驟必須在高溫下進(jìn)行。然而，隨著封裝溫度的增加，在半導(dǎo)體器件上產(chǎn)生了更大的應(yīng)力，增加了諸如破裂問(wèn)題的發(fā)生。
已經(jīng)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究試圖解決上述問(wèn)題。例如，如圖1所示，提出了在引線框架上形成黑氧化層以通過(guò)增粘效應(yīng)(參見(jiàn)，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)9-148509)提高密封樹脂與引線框架之間的粘附力。所示的引線框架101是銅或其合金的模壓品，包括安裝芯片部分102、內(nèi)引線部分103、外引線部分104和引線焊接部分105。在安裝芯片部分102和引線焊接部分105的上表面鍍有銀層102a和105a。此外，在安裝芯片部分102上安裝電路芯片106。電路芯片106和引線焊接部分105通過(guò)導(dǎo)線107連接。此外，整個(gè)引線框架101被密封樹脂108密封。為了通過(guò)增粘效應(yīng)提高引線框架101與密封樹脂108之間的粘附力，在沒(méi)有鍍銀層102a和105a的有限部分形成黑氧化層(氧化銅CuO層)109。在有機(jī)堿性溶液中通過(guò)引線框架101的陽(yáng)極氧化形成黑氧化層109。
此外，參考圖2，提出了在導(dǎo)體襯底和黑化層即黑氧化層(氧化銅層)之間插入一層氧化亞銅(Cu2O)的方法，從而即使施加高溫，導(dǎo)體襯底和密封樹脂之間的粘附力也不會(huì)下降(參見(jiàn)，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2001-210776)。即，所示的引線框架113由銅或其合金構(gòu)成，并具有在其上依次形成的氧化亞銅(Cu2O)層114、氧化銅(CuO)層112和模壓樹脂層115?？梢酝ㄟ^(guò)這樣的方法形成氧化亞銅層114通過(guò)把引線框架113浸入堿性溶液以被黑化形成氧化銅層112，然后，在氧化氣氛中在高溫下加熱引線框架113。
然而，對(duì)于這些現(xiàn)有技術(shù)的方法，仍有改善的余地。例如，對(duì)于通過(guò)陽(yáng)極氧化在導(dǎo)體襯底的表面形成黑氧化層的方法，所形成的黑氧化層太厚，此外需要較長(zhǎng)的時(shí)間形成該層。然而，對(duì)于在導(dǎo)體襯底和氧化銅層之間插入氧化亞銅層以在回流步驟中使用無(wú)鉛焊料的方法，生產(chǎn)步驟變得復(fù)雜并極大的延長(zhǎng)了生產(chǎn)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能夠充分抑制水汽的蒸發(fā)和膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力并確保密封樹脂緊密粘附到其上的導(dǎo)體襯底，即提供適合生產(chǎn)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)并保持良好的粘附性的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)體襯底。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供在引線板上封裝半導(dǎo)體器件時(shí)可以在焊料回流步驟中使用無(wú)鉛焊料的導(dǎo)體襯底。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，所述方法不需要高溫或持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的處理步驟，即生產(chǎn)特別適合生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的導(dǎo)體襯底的方法。
此外，本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供具有上述導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明的上述和其它目的可以通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明而得到理解。
一方面，本發(fā)明在于安裝半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體襯底，導(dǎo)體襯底的至少安裝半導(dǎo)體元件的部分被絕緣樹脂密封，其中導(dǎo)體襯底的最上表面層包括銅或其合金，并且導(dǎo)體襯底被通過(guò)導(dǎo)體襯底的表面處理而形成的含有氫氧化物的銅氧化物層部分或整體覆蓋。
另一方面，本發(fā)明在于制造用于安裝半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體襯底，并接著用絕緣樹脂至少密封導(dǎo)體襯底的安裝半導(dǎo)體元件的部分的方法，它包括處理其最上表面層由銅或其合金構(gòu)成的導(dǎo)體襯底的表面的步驟，從而用含有氫氧化物的銅氧化物層覆蓋導(dǎo)體襯底的部分或整個(gè)表面。
再一方面，本發(fā)明在于半導(dǎo)體器件，其中在本發(fā)明的導(dǎo)體襯底的預(yù)定部分上至少安裝一個(gè)半導(dǎo)體元件，且該半導(dǎo)體元件被絕緣樹脂密封，以及生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括利用本發(fā)明的方法在導(dǎo)體襯底上形成含有氫氧化物的銅氧化物層的步驟，接著把半導(dǎo)體元件安裝在導(dǎo)體襯底的預(yù)定位置，電連接半導(dǎo)體元件和導(dǎo)體襯底，并用絕緣樹脂至少密封導(dǎo)體襯底的安裝半導(dǎo)體元件的部分。
此外，再一方面，本發(fā)明涉及包括安裝在安裝襯底上的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備，及其制造方法。
正如從下面的詳細(xì)說(shuō)明中可以認(rèn)識(shí)到的，根據(jù)本發(fā)明，所獲得的導(dǎo)體襯底能夠充分抑制水汽的蒸發(fā)和膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力并展示了極好的粘附特性，因此，可以提供長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)并保持良好粘附性的半導(dǎo)體器件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，即使在引線板上封裝半導(dǎo)體器件時(shí)使用了高溫，也不會(huì)引起任何不方便，從而可以進(jìn)行使用無(wú)鉛焊料的焊料回流步驟，因此，可以提供對(duì)環(huán)境有益的半導(dǎo)體器件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，生產(chǎn)本發(fā)明的導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體器件時(shí)既不需要高溫也不需要持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的處理步驟。不需要使用必須經(jīng)受高溫的處理設(shè)備有效地改善了生產(chǎn)線并降低了生產(chǎn)成本，此外，克服了高溫處理引入的問(wèn)題，例如由所用溶液的自分解或蒸發(fā)引起組分的改變、很難控制所用溶液的溫度以及保持穩(wěn)定處理引入的麻煩。通過(guò)使用很容易保持溶液的組分和溫度的現(xiàn)有設(shè)備，可以在大約50到80℃的溫度下進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的處理步驟，從而改善了導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體器件的質(zhì)量并可以穩(wěn)定地進(jìn)行所述處理。


圖1的截面圖示出了現(xiàn)有技術(shù)的樹脂密封半導(dǎo)體器件；圖2的截面圖示出了另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的樹脂密封半導(dǎo)體器件的一部分；圖3的截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的樹脂密封半導(dǎo)體器件的優(yōu)選實(shí)施例；圖4示出了根據(jù)包括本發(fā)明的不同方法形成銅氧化物層時(shí)其層結(jié)構(gòu)的變化；圖5A到5C的截面圖依次示出了根據(jù)本發(fā)明的方法形成含有氫氧化物的銅氧化物層的步驟；
圖6的截面圖示意性地示出了在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中鍵合含有氫氧化物的銅氧化物層和環(huán)氧樹脂的機(jī)制；圖7的截面圖示意性地示出了在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件中鍵合含有氫氧化物的銅氧化物層和環(huán)氧樹脂的機(jī)制；圖8示出了根據(jù)包括本發(fā)明的不同方法形成銅氧化物層時(shí)密封樹脂的粘附力的變化；圖9通過(guò)使用掃描電子顯微鏡(SEM，×10,000)得到的照片和使用原子力顯微鏡(AFM，×10,000)得到的表面分析，示出了未處理的銅合金的表面態(tài)；圖10通過(guò)使用掃描電子顯微鏡(SEM，×10,000)得到的照片和使用原子力顯微鏡(AFM，×10,000)得到的表面分析，示出了黑氧化處理10秒的銅合金的表面態(tài)；圖11通過(guò)使用掃描電子顯微鏡(SEM，×10,000)得到的照片和使用原子力顯微鏡(AFM，×10,000)得到的表面分析，示出了根據(jù)本發(fā)明具有氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理后的銅合金的表面態(tài)；圖12通過(guò)使用掃描電子顯微鏡(SEM，×10,000)得到的照片和使用原子力顯微鏡(AFM，×10,000)得到的表面分析，示出了根據(jù)本發(fā)明陽(yáng)極氧化處理后的銅合金的表面態(tài)；圖13通過(guò)使用掃描電子顯微鏡(SEM，×10,000)得到的照片和使用原子力顯微鏡(AFM，×10,000)得到的表面分析，示出了黑氧化處理240秒的銅合金的表面態(tài)，；圖14的截面圖依次示出了熱處理未處理的銅合金時(shí)由于附加元件形成隔離層的機(jī)制；圖15的截面圖依次示出了熱處理根據(jù)本發(fā)明的方法氧化的銅合金時(shí)沒(méi)有形成隔離層的機(jī)制；圖16示出了在深度方向通過(guò)ASE分析未處理的銅合金所得的結(jié)果；圖17示出了在深度方向通過(guò)ASE分析根據(jù)本發(fā)明陽(yáng)極氧化處理10秒的銅合金所得的結(jié)果；
圖18示出了在深度方向通過(guò)ASE分析根據(jù)本發(fā)明具有氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理10秒的銅合金所得的結(jié)果；圖19示出了在深度方向通過(guò)ASE分析黑氧化處理10秒的銅合金所得的結(jié)果；圖20示出了通過(guò)ASE定性分析鍍有銀的未處理的銅合金的鍍銀表面所得的結(jié)果；圖21示出了通過(guò)ASE定性分析鍍銀表面后，再根據(jù)本發(fā)明陽(yáng)極氧化10秒的未處理的銅合金的鍍銀表面所得的結(jié)果；圖22示出了通過(guò)ASE定性分析鍍銀表面后，再根據(jù)本發(fā)明具有氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理10秒的未處理的銅合金的鍍有銀的表面所得的結(jié)果；圖23示出了通過(guò)ASE定性分析鍍銀表面后，再根據(jù)本發(fā)明黑氧化處理240秒的未處理的銅合金的鍍有銀的表面所得的結(jié)果；圖24的立體圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明具有氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理的方法；圖25的立體圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明在黑氧化處理溶液中陽(yáng)極氧化的方法；圖26的圖概述了不同銅氧化物層的傅立葉變換紅外線光譜(FT-IR)的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及導(dǎo)體襯底，樹脂密封半導(dǎo)體器件及其制造方法，以及在其中封裝有本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備及其制造方法?，F(xiàn)在將參考附圖介紹本發(fā)明。然而，注意，本發(fā)明并不局限于下面的實(shí)施例。
本發(fā)明在于在其上安裝半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體襯底，導(dǎo)體襯底的至少安裝半導(dǎo)體元件的部分被絕緣樹脂密封。本發(fā)明的導(dǎo)體襯底可以通過(guò)本發(fā)明范圍內(nèi)的各種實(shí)施例體現(xiàn)?，F(xiàn)在參考圖3說(shuō)明本發(fā)明，圖3示出了使用本發(fā)明的導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件。
半導(dǎo)體器件10具有本發(fā)明稱為“導(dǎo)體襯底”的引線框架1。雖然沒(méi)有示出，如果半導(dǎo)體器件具有最外層由銅或其合金構(gòu)成的散熱片，則散熱片可以被認(rèn)為是本發(fā)明的導(dǎo)體襯底。特別地，在下面的說(shuō)明書中參考引線框架說(shuō)明導(dǎo)體襯底。然而，任何其它元件可以被作為導(dǎo)體襯底。
考慮到散熱特性，導(dǎo)體襯底由金屬元件構(gòu)成，其最外層由銅或其合金構(gòu)成。即，導(dǎo)體襯底基本上由銅或其合金構(gòu)成，或基本上由非銅金屬構(gòu)成，但至少最外層由銅或其合金構(gòu)成。對(duì)于后一種情況，非銅金屬可以是例如FeNi合金。此外，在這種情況下，可以通過(guò)電鍍或任何其它薄膜形成方法施加銅或其合金以形成最外層。
導(dǎo)體襯底通常為薄板，并可以通過(guò)壓制工藝、蝕刻等制成引線框架或任何其它形狀。
在本發(fā)明的導(dǎo)體襯底中，重要的是用含有氫氧化物的銅氧化物層至少覆蓋導(dǎo)體襯底的一部分。在所示的半導(dǎo)體器件10中，用含有氫氧化物的銅氧化物層2覆蓋導(dǎo)體襯底(引線框架)1的絕大部分，即，除了用于與外部單元連接的鍍銀層3。這樣，通過(guò)用含有氫氧化物的銅氧化物層至少覆蓋安裝IC芯片部分的背面，或優(yōu)選覆蓋所述部分的整個(gè)表面，提高了密封樹脂與引線框架的粘附力。含有氫氧化物的銅氧化物層2可以通過(guò)至少最外表面層由銅或其合金構(gòu)成的導(dǎo)體襯底的表面處理形成，銅氧化物層2是在很短的時(shí)間內(nèi)在低溫下利用簡(jiǎn)單的方法形成的，且其層厚較小。
在本發(fā)明中，形成含有氫氧化物的銅氧化物層的表面處理基于導(dǎo)體襯底的特效或強(qiáng)制氧化，并優(yōu)選通過(guò)下面兩種方法中的一種或根據(jù)需要結(jié)合兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所述表面處理。
(1)使用具有氧化增強(qiáng)劑的黑化處理溶液表面處理通常只使用黑化處理溶液，這里特別稱為‘黑氧化處理溶液’。然而，在本發(fā)明中，具有很強(qiáng)自還原性的氧化劑(在本發(fā)明中特別稱為‘氧化增強(qiáng)劑’)被添加到黑氧化處理溶液中，然后，把導(dǎo)體襯底浸入含有氧化劑的黑氧化處理溶液。注意，這里使用的術(shù)語(yǔ)‘黑化’或‘黑氧化處理’意在表示在銅或其合金的表面上化學(xué)形成氧化層的轉(zhuǎn)化處理。
(2)結(jié)合使用黑化處理溶液(黑氧化處理溶液)和陽(yáng)極氧化將導(dǎo)體襯底浸入黑氧化處理溶液并在溶液中陽(yáng)極氧化導(dǎo)體襯底。
令人驚奇的是，這些表面處理方法中的任何一種可以在比傳統(tǒng)黑化方法(浸入方法)的溫度低的條件下進(jìn)行，并可以在短時(shí)間內(nèi)完成。實(shí)際上，表面處理步驟通常在大約50到80℃的相對(duì)低的溫度下進(jìn)行，并可以在大約1到20秒的短時(shí)間內(nèi)完成。這是因?yàn)椋景l(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的情況下，含有氫氧化物的銅氧化物薄層足夠用于獲得很強(qiáng)的粘附力，且氧化反應(yīng)進(jìn)行的很快。
此外，因?yàn)槿缟纤霰砻嫣幚碓诙虝r(shí)間內(nèi)完成，在導(dǎo)體襯底上電鍍銀層后，對(duì)例如引線焊接進(jìn)行氧化處理不會(huì)污染鍍銀層。因此，通過(guò)內(nèi)聯(lián)工藝(in-line process)以環(huán)形或薄片的形式，可以對(duì)導(dǎo)體襯底和鍍銀的導(dǎo)體襯底進(jìn)行氧化處理，相比于在傳統(tǒng)黑化方法中采用浸入的氧化處理，不但降低了成本而且顯著地提高了生產(chǎn)率。用于引線焊接的電鍍層并不局限于鍍銀層，可以為諸如鍍鈀層或任何電鍍層。
在引線框架1的預(yù)定位置安裝半導(dǎo)體元件5。雖然沒(méi)有示出，通常使用諸如粘附薄層或壓鍵合(die-bonding)材料等任何鍵合物質(zhì)把引線框架1和半導(dǎo)體元件5鍵合在一起。半導(dǎo)體元件5為例如IC芯片或LSI芯片。在所述的實(shí)施例中，安裝了一個(gè)半導(dǎo)體元件5，然而，根據(jù)需要可以安裝兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體元件。可以安裝任何有源元件或無(wú)源元件代替半導(dǎo)體元件或與半導(dǎo)體元件結(jié)合。即，在本發(fā)明的實(shí)施中，對(duì)安裝半導(dǎo)體元件的種類沒(méi)有限制。
半導(dǎo)體元件5具有經(jīng)焊接引線8連接到引線框架1的鍍銀層3的外部連接端(沒(méi)示出)。焊接引線8是由諸如金(Au)或鋁(Al)構(gòu)成的細(xì)線。這里，重要的是通過(guò)傳統(tǒng)的黑化方法形成銅氧化物層時(shí)，鍍銀層3也被氧化，導(dǎo)致很難把例如Au引線8焊接到鍍銀層3上。與此相反，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)表面處理快速形成銅氧化物層。因此，鍍銀層3沒(méi)有被不希望地氧化，因此，使用Au引線進(jìn)行引線焊接方法沒(méi)有任何問(wèn)題。此外，根據(jù)需要可以使用倒裝芯片(FC)方法代替所示的引線焊接方法。
在所示的半導(dǎo)體器件10中，包括安裝半導(dǎo)體元件3的部分的絕大部分(半導(dǎo)體器件的功能部分)被絕緣樹脂9填充或密封，并只暴露引線框架1的兩端或外部引線部分。絕緣樹脂9用來(lái)保護(hù)半導(dǎo)體器件10不受外部潮濕或震動(dòng)，并包括只要對(duì)本發(fā)明的效果不產(chǎn)生負(fù)面影響的任何絕緣樹脂。在本發(fā)明的實(shí)踐中，使用在分子中含有羥基的樹脂作為絕緣樹脂以在含有氫氧化物的銅氧化物層(位于下面的層)和樹脂之間有效地產(chǎn)生氫鍵合力。適合密封樹脂的例子包括但不局限于環(huán)氧樹脂、聚茚樹脂、酚樹脂和氯乙烯樹脂。特別地，環(huán)氧樹脂有利于本發(fā)明的實(shí)施，因?yàn)樗诃h(huán)氧樹脂和導(dǎo)體襯底表面上形成的含有氫的銅氧化物層之間產(chǎn)生了很強(qiáng)的氫鍵合力，從而阻止了諸如樹脂破裂或剝落的問(wèn)題的發(fā)生。
下面將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的含有氫氧化物的銅氧化物層的形成。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，可以通過(guò)使用其中添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液或通過(guò)結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，在短時(shí)間內(nèi)形成薄的銅氧化物層。圖4用來(lái)解釋這些層形成方法，并示出了銅氧化物層的厚度，即通過(guò)不同的方法使用未處理的銅合金形成的氧化亞銅(Cu2O)層和氧化銅(CuO)層，所述方法包括1)傳統(tǒng)的黑化方法，黑化10秒；2)本發(fā)明的方法(使用含有添加的氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理5秒)；3)本發(fā)明的方法(使用含有添加的氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)；4)本發(fā)明的方法(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理2秒)；5)本發(fā)明的方法(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)；以及6)傳統(tǒng)的黑化方法，黑化240秒。
通過(guò)陰極還原方法測(cè)量層厚。
從圖4看出，對(duì)于在此之前廣泛采用的傳統(tǒng)的黑化方法，必須進(jìn)行大約4分鐘的處理才能獲得用于改善粘附力所需大約0.6μm的層厚，此外，所需處理溫度為大約100℃。然而，利用本發(fā)明的方法，滿意的層厚在約0.1到0.15μm的范圍內(nèi)，在約70℃的低溫區(qū)域，處理時(shí)間為約10秒。此外，利用本發(fā)明的方法，即使縮短處理時(shí)間，也可以改善粘附力并獲得氧化層(Cu2O層)。所獲得的氧化層具有約0.02到0.05μm的厚度并改善了樹脂的粘附力，盡管所述厚度小于傳統(tǒng)黑化方法黑化10秒所獲得的Cu2O層的厚度0.05μm，如下面參考圖8所作的解釋。
根據(jù)本發(fā)明，可以在短時(shí)間內(nèi)在所述層的最上部形成含有氫氧化物的銅氧化物層。這種機(jī)制可以很容易地通過(guò)圖5A到5C理解，圖5A到5C的截面圖依次示出了根據(jù)本發(fā)明的方法形成含有氫氧化物的銅氧化物層的步驟。首先參考圖5A，制備由銅(或其合金)構(gòu)成的導(dǎo)體襯底1，然后對(duì)它進(jìn)行氧化處理。然而，注意，在通常作為傳統(tǒng)黑化溶液的基礎(chǔ)的單堿性溶液中，由于銅以CuO22-的形式被溶解，不能進(jìn)行氧化處理。在傳統(tǒng)黑化溶液中，如果添加了氧化劑，可以通過(guò)這種氧化劑的氧化作用氧化銅。然而，為了獲得足夠高的氧化速率，需要在高溫下進(jìn)行處理，因?yàn)槿绻诘蜏叵逻M(jìn)行處理，溶解速率超過(guò)由氧化劑產(chǎn)生的氧化速率，從而不能形成良好的氧化層。
與此相反，根據(jù)本發(fā)明，在黑氧化處理溶液(堿性溶液，特別為含有強(qiáng)堿性化合物和氧化劑作為主要成分的堿性溶液)中添加了諸如高錳酸鈉的具有很強(qiáng)自還原性的氧化增強(qiáng)劑，或可選擇地，可以結(jié)合陽(yáng)極氧化使用黑氧化處理溶液(堿性溶液)在低溫下進(jìn)行氧化處理。此外，由于在低溫下進(jìn)行氧化處理，溶解產(chǎn)生的CuO22-可以沉淀為氫氧化銅Cu(OH)2。
(1)使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液在反應(yīng)的初始階段，如圖5B所示，在導(dǎo)體襯底1的上表面形成氧化亞銅Cu2O層21和氫氧化銅Cu(OH)2層23。這里，發(fā)生了下面兩個(gè)反應(yīng)。
反應(yīng)(1)反應(yīng)(2)這里，反應(yīng)(1)的反應(yīng)速率大于反應(yīng)(2)的反應(yīng)速率。因此，如圖5C所示，形成了本發(fā)明要獲得的復(fù)合氧化層，即三層結(jié)構(gòu)，包括氧化亞銅Cu2O層21、氧化銅CuO層22和氫氧化銅Cu(OH)2層23。即，在形成Cu2O層和CuO層的同時(shí)，溶解銅形成的CuO22-與水分子發(fā)生了下面的反應(yīng)
從而形成了Cu(OH)2。此外，如圖所示在位于下面的氧化銅層22上沉淀形成了Cu(OH)2。
(2)結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化在反應(yīng)的初始階段，如圖5B所示，在導(dǎo)體襯底1的上表面形成氧化亞銅Cu2O層21和氫氧化銅Cu(OH)2層23。這里，發(fā)生了下面的兩個(gè)反應(yīng)。
反應(yīng)(1)反應(yīng)(2)這里，反應(yīng)(1)的反應(yīng)速率大于反應(yīng)(2)的反應(yīng)速率。因此，如圖5C所示，形成了本發(fā)明要獲得的復(fù)合氧化層，即三層結(jié)構(gòu)，包括氧化亞銅Cu2O層21、氧化銅CuO層22和氫氧化銅Cu(OH)2層23。即，在形成Cu2O層和CuO層的同時(shí)，溶解銅形成的CuO22-與陽(yáng)極氧化產(chǎn)生的H+發(fā)生了下面的反應(yīng)
從而形成了Cu(OH)2。此外，如圖所示在位于下面的氧化銅層22上沉淀形成了Cu(OH)2。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，通過(guò)使用諸如圖24和25示意性示出的處理設(shè)備形成含有氫氧化物的銅氧化物層。圖24示出了根據(jù)本發(fā)明在具有氧化增強(qiáng)劑的情況下進(jìn)行黑氧化處理的處理設(shè)備。圖25示出了根據(jù)本發(fā)明在黑氧化處理溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化的處理設(shè)備。
首先，參考圖24，處理設(shè)備50包括處理容器51和處理溶液52?？梢酝ㄟ^(guò)所連接的導(dǎo)向輥53沿箭頭方向傳送浸入處理容器51的帶狀或薄片形導(dǎo)體襯底1。處理溶液保持在諸如70℃的溶液溫度，且導(dǎo)體襯底1的滯留時(shí)間為大約5到20秒。即，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)向輥53的旋轉(zhuǎn)速率把處理導(dǎo)體襯底1的時(shí)間設(shè)置在大約5到20秒。
如前所述，處理溶液是通過(guò)把具有很強(qiáng)自還原性的氧化增強(qiáng)劑加入黑氧化處理溶液配制的，且它是強(qiáng)堿性化合物、氧化劑和氧化增強(qiáng)劑的混合物。這里使用的強(qiáng)堿性化合物不局限于特定的化合物，但是優(yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀?？梢詥为?dú)使用強(qiáng)堿性化合物，或是于兩種或多種化合物混合。結(jié)合使用的氧化劑可以是通常用來(lái)制備黑氧化處理溶液的化合物中的一種，并不局限于任何特定的化合物，但優(yōu)選例如次氯酸納。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)加入黑氧化處理溶液的氧化增強(qiáng)劑沒(méi)有特別的限制，只要它具有很強(qiáng)的自還原性。然而，氧化增強(qiáng)劑優(yōu)選為高錳酸鈉、重鉻酸鈉或過(guò)二硫酸鈉。氧化增強(qiáng)劑可以單獨(dú)使用，或是于兩種或多種物質(zhì)混合。此外，除了強(qiáng)堿性化合物、氧化劑和氧化增強(qiáng)劑，可以把任何添加劑加入處理溶液。
處理溶液可以使用例如下面的成分和下面的處理?xiàng)l件。
亞氯酸納(NaClO2)5到100g/L氫氧化鈉(NaOH) 5到60g/L磷酸三鈉(Na3PO4)0到200g/L高錳酸鈉(NaMnO4)50到100g/L處理?xiàng)l件溶液溫度約50到80℃處理時(shí)間約5到20秒下面，參考圖25，用于陽(yáng)極氧化的處理設(shè)備50包括處理容器51和處理溶液52?？梢酝ㄟ^(guò)所連接的導(dǎo)向輥53沿箭頭方向傳送浸入處理容器51的帶狀或薄片形導(dǎo)體襯底1。處理容器51進(jìn)一步具有連接到整流器56上的兩個(gè)電鍍電極板(-)54和55用于陽(yáng)極氧化。導(dǎo)向輥53也連接到整流器56以提供饋電輥(+)。用于陽(yáng)極氧化的處理溶液保持在諸如70℃的溶液溫度，且導(dǎo)體襯底1的滯留時(shí)間為約1到20秒。即，通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)向輥53的旋轉(zhuǎn)速率把處理導(dǎo)體襯底1的時(shí)間設(shè)置在約1到20秒。陽(yáng)極氧化所施加的電流可以是脈沖電流或直流電流，電流密度為約0.2到10A/dm2。如上所述，用于陽(yáng)極氧化的處理溶液本身可以與傳統(tǒng)黑化溶液具有相同的成分，即含有作為主要成分的強(qiáng)堿性化合物和氧化劑。這里使用的強(qiáng)堿性化合物和氧化劑如上所述。此外，除了強(qiáng)堿性化合物和氧化劑，可以把任何添加劑加入處理溶液。
用于陽(yáng)極氧化的處理溶液可以使用例如下面的成分和下面的處理?xiàng)l件。
亞氯酸納(NaClO2)0到100g/L氫氧化鈉(NaOH) 5到60g/L磷酸三鈉(Na3PO4)0到200g/L處理?xiàng)l件溶液溫度約50到80℃處理時(shí)間約1到20秒電流密度約0.2到10A/dm2在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，如上所述，通過(guò)氫鍵合力將最外表面由銅或其合金構(gòu)成的導(dǎo)體襯底的含有氫氧化物的銅氧化物層與覆蓋其表面的密封樹脂鍵合，以獲得強(qiáng)粘附力，從而使最終的半導(dǎo)體器件具有很高的可靠性。很容易通過(guò)圖6理解本發(fā)明的氫鍵合力的產(chǎn)生，圖6的截面圖示意性地示出了在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中鍵合含有氫氧化物的銅氧化物層1和環(huán)氧樹脂9的機(jī)制。通過(guò)鍵合氫和通過(guò)固化環(huán)氧樹脂9形成的羥基(-OH)，含有氫氧化物的銅氧化物層中的氫氧化物產(chǎn)生了很強(qiáng)的粘附力。就本發(fā)明的發(fā)明人所知，在現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有提出通過(guò)銅氧化物中氫氧化物的結(jié)合來(lái)增強(qiáng)粘附力。
與此相反，對(duì)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件，如圖7示意性所示，在導(dǎo)體襯底(銅或其合金)的表面上的銅氧化物層1和環(huán)氧樹脂9只是很弱地鍵合在一起，只產(chǎn)生了很弱的粘附力，從而不能消除諸如成型樹脂的破裂和剝落的問(wèn)題的發(fā)生。
此外，從化學(xué)結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，為了確保諸如氫鍵合力的產(chǎn)生，針對(duì)是否存在基于氫氧化物的羥基(-OH)，本發(fā)明的發(fā)明人使用傅立葉變換紅外線光譜(FT-IR)觀察了的不同的銅氧化物層。羥基(-OH)存在的確認(rèn)證實(shí)了氫鍵合力的產(chǎn)生。配制下面四種銅氧化物層樣品用于分析。
樣品I傳統(tǒng)的黑化方法，黑化10秒樣品II本發(fā)明的方法(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)樣品III本發(fā)明的方法(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)樣品IV本發(fā)明的方法(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理120秒)參考圖26的分析結(jié)果，區(qū)域C代表由基于氫氧化物的-OH基(波長(zhǎng)約3400cm-1)產(chǎn)生的峰。在圖26中，樣品具有非常薄的銅氧化物層并顯示出由-OH基產(chǎn)生的相對(duì)小的峰。然而，可以通過(guò)增加層厚(樣品IV為放大的樣品)證實(shí)氫氧化物的存在。
對(duì)于樣品I(現(xiàn)有技術(shù))，在銅氧化物層中不含氫氧化物，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由-OH基產(chǎn)生的峰。然而，對(duì)于本發(fā)明的樣品II，可以辨認(rèn)出由-OH基產(chǎn)生的峰，雖然所述峰比較微弱。對(duì)于本發(fā)明的樣品III，也可以辨認(rèn)出由-OH基產(chǎn)生的峰，雖然與樣品II類似所述峰比較微弱。為了確保是否可以在本發(fā)明的樣品中可靠地觀察到由-OH基產(chǎn)生的峰，本發(fā)明的發(fā)明人把陽(yáng)極氧化時(shí)間延長(zhǎng)到120秒以清楚地證實(shí)由-OH基產(chǎn)生的峰的存在，如樣品IV。從上面的分析結(jié)果看出，很明顯，由于在銅氧化物層中含有氫氧化物，利用本發(fā)明的方法形成的銅氧化層可以在銅氧化層和環(huán)氧樹脂之間產(chǎn)生氫鍵合力。
圖8示出了為了證實(shí)由氫鍵合力產(chǎn)生的強(qiáng)粘附力，對(duì)密封樹脂的粘附力進(jìn)行測(cè)試所得的結(jié)果。制備了下面七個(gè)導(dǎo)體襯底作為樣品。
1)未處理的銅合金；2)利用傳統(tǒng)的黑化方法處理10秒的銅合金；3)利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理5秒)；
4)利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)；5)利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理2秒)；6)利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)；以及7)利用傳統(tǒng)的黑化方法處理240秒的銅合金。
已經(jīng)參考圖4說(shuō)明了銅氧化物層的厚度。各樣品被樹脂(環(huán)氧樹脂)密封超過(guò)10.2mm2的面積。密封前和密封后所作的處理是在下面的測(cè)試條件A和B下進(jìn)行的，并測(cè)量了密封樹脂的粘附力(KgF)。注意，這里在密封前和密封后所施加的處理是考慮了半導(dǎo)體器件的實(shí)際生產(chǎn)而進(jìn)行的；即，通過(guò)模擬安裝芯片時(shí)刻的固化步驟和引線焊接步驟進(jìn)行前處理，通過(guò)模擬焊料回流步驟進(jìn)行后處理。
測(cè)試A密封環(huán)氧樹脂前不加熱+密封后加熱(300℃×10秒)測(cè)試B密封環(huán)氧樹脂前加熱(150℃×3小時(shí)+270℃×5分鐘)+密封后加熱(300℃×10秒)通過(guò)圖8的測(cè)試結(jié)果可以看出，利用傳統(tǒng)方法，只有當(dāng)增加層厚時(shí)，密封樹脂的粘附力才與利用本發(fā)明的方法獲得的粘附力差不多，然而，利用本發(fā)明的方法，甚至所述層具有較小厚度，也可以獲得足夠大的密封樹脂的粘附力。
通過(guò)使用掃描電子顯微鏡(SEM，×10,000)和原子力顯微鏡(AFM，×10,000)，連同測(cè)試平均表面粗糙度Ra，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)一步觀察了上述五種樣品(測(cè)量范圍4μm2)的表面態(tài)。測(cè)量結(jié)果如圖9到13所示。
圖9-未處理的銅合金圖10-利用傳統(tǒng)的黑化方法處理10秒的銅合金圖11-利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)
圖12-利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)圖13-利用傳統(tǒng)的黑化方法處理240秒的銅合金通過(guò)這些圖可以看出，利用本發(fā)明的方法形成的含有氫氧化物的銅氧化物層由微針狀晶體構(gòu)成。針狀晶體具有不大于0.5μm的粒度。
此外，本發(fā)明的方法可以避免發(fā)生下面的現(xiàn)象在生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的步驟和焊料回流步驟中添加到銅合金中的元素由于熱產(chǎn)生聚集，以及密封樹脂從導(dǎo)體襯底上剝落。這是因?yàn)槔脗鹘y(tǒng)方法形成的銅氧化物層具有隔離層，而利用本發(fā)明的方法形成的含有氫氧化物的銅氧化物層沒(méi)有所述隔離層。現(xiàn)在將參考圖14和15說(shuō)明二者之間的不同。
當(dāng)對(duì)未處理的銅合金進(jìn)行熱處理時(shí)，如圖14連續(xù)所示，由于銅合金中包含的元素的原因形成了隔離層。首先，參考圖14的步驟(A)，制備用作導(dǎo)體襯底1的銅合金。銅合金通常包含諸如Sn和Ni的元素作為添加劑。然后，當(dāng)導(dǎo)體襯底1被加熱時(shí)，在導(dǎo)體襯底的表面部分形成氧化亞銅(Cu2O)層21。這里，在導(dǎo)體襯底1中的銅(Cu)元素如所示均勻擴(kuò)散。結(jié)果，如圖14的步驟(C)所示，由于殘留的添加元素形成了隔離層24。此外，在氧化亞銅(Cu2O)層21上形成了氧化銅(CuO)層22。當(dāng)這樣形成銅氧化物膜時(shí)，在導(dǎo)體襯底1上存在非常易碎的隔離層24，增加了密封樹脂剝落(隔離層24剝落)這一嚴(yán)重問(wèn)題發(fā)生的可能性。
然而，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明氧化未處理的銅合金時(shí)，可以形成一層含有氫氧化物的銅氧化物而不會(huì)由于熱形成隔離層。即，當(dāng)通過(guò)使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液或結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，氧化含有諸如Sn和Ni的元素作為添加劑的銅合金的導(dǎo)體襯底1時(shí)，如圖15的步驟(A)所示，從導(dǎo)體襯底的所述側(cè)依次形成了氧化亞銅(Cu2O)層21、氧化銅(CuO)層22和表面粗糙的含有氫氧化物的氫氧化銅層23。當(dāng)在這種表面態(tài)下加熱時(shí)，如圖15的步驟(B)所示，由表面部分的粗糙度導(dǎo)致在導(dǎo)體襯底1中的銅(Cu)元素非均勻擴(kuò)散。結(jié)果，即使添加的元素有剩余，如圖15的步驟(C)所示，不會(huì)形成隔離層。因此，在利用本發(fā)明的方法形成的含有氫氧化物的氫氧化銅層23的情況下，半導(dǎo)體器件具有較強(qiáng)的耐熱性，因?yàn)橐种屏擞筛綦x層的存在引起的密封樹脂的剝落。
為了證實(shí)由添加到銅合金中的元素的聚集引起隔離層的形成，本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)俄歇電子光譜分析儀(AES)在深度方向分析了下面四種樣品。這里使用的樣品銅合金是含有痕量錫(Sn)的市場(chǎng)上可購(gòu)得的產(chǎn)品(名稱為‘MF202’)。加熱條件是300℃×5分鐘，使用氬氣的蝕刻速率是26/min(SiO2)。
樣品1未處理的銅合金(MF202)樣品2利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)樣品3利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)樣品4利用傳統(tǒng)的黑化方法處理10秒的銅合金圖16到19示出了AES分析樣品1到4所得的結(jié)果。從圖16(樣品1)和圖19(樣品4)的Sn峰，可以得出這些傳統(tǒng)的樣品中形成了Sn隔離層。
然而，在圖17(樣品2)和圖18(樣品3)中，沒(méi)有Sn峰，可以得出利用本發(fā)明沒(méi)有形成Sn隔離層。
此外，當(dāng)利用本發(fā)明的方法形成含有氫氧化物的銅氧化物層時(shí)，不像利用傳統(tǒng)的方法形成銅氧化物層，在形成銅氧化物層的過(guò)程中沒(méi)有污染鍍銀(Ag)層。為了證實(shí)此效應(yīng)，本發(fā)明的發(fā)明人在部分鍍Ag層的銅合金上形成銅氧化物層，并定性分析了與銅氧化物層相鄰的鍍Ag層以測(cè)定污染。這里使用的樣品銅合金是含有痕量錫(Sn)的市場(chǎng)上可購(gòu)得的產(chǎn)品(名稱為‘MF202’)。
樣品1未處理的銅合金(MF202)樣品2利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)樣品3利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)
樣品4利用傳統(tǒng)的黑化方法處理240秒的銅合金圖20到23示出了AES分析樣品1到4所得的結(jié)果。參考圖23，對(duì)于樣品4(現(xiàn)有技術(shù))，清晰地存在由氧(O)負(fù)面影響所鍍Ag產(chǎn)生的峰。然而，樣品2和3(本發(fā)明)與樣品1(未處理的銅合金)具有相同的圖形，即沒(méi)有氧(O)對(duì)所鍍Ag的負(fù)面影響。
此外，與利用傳統(tǒng)的方法形成的銅氧化物層相比，利用本發(fā)明的方法形成的含有氫氧化物的銅氧化物層具有極好的耐熱性，且很好地粘附到位于下面的導(dǎo)體襯底上。為了證實(shí)此效應(yīng)，根據(jù)下面的過(guò)程，通過(guò)使用下面的五個(gè)樣品，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了膠帶剝落測(cè)試。這里使用的作為導(dǎo)體襯底的銅合金是‘CDA194’(重量比分別為，F(xiàn)e2.35％；P0.07％；Zn0.12％；Cu其余)，且尺寸為30×10mm。
樣品A未處理的銅合金(CDA194)樣品B利用傳統(tǒng)的黑化方法處理10秒的銅合金樣品C利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(使用添加氧化增強(qiáng)劑的黑氧化處理溶液，處理10秒)樣品D利用本發(fā)明的方法處理的銅合金(結(jié)合使用黑氧化處理溶液和陽(yáng)極氧化，處理10秒)樣品E利用傳統(tǒng)的黑化方法處理240秒的銅合金各樣品放置在加熱到300℃的熱板上，并在大氣中被加熱不同的時(shí)間(10分鐘，15分鐘，20分鐘，25分鐘，30分鐘)。然后，將粘附性膠帶(商標(biāo)名為‘SCOTCHTM#810’，3M公司制造)施加到樣品的表面以按照J(rèn)IS H 8504(電鍍粘附性測(cè)試方法-膠帶測(cè)試)進(jìn)行膠帶剝落測(cè)試。所得的測(cè)試結(jié)果總結(jié)于下面的表1中。在表1中，○代表銅氧化物層沒(méi)有剝落，△代表銅氧化物層部分剝落，×代表銅氧化物層全部剝落。
表1

根據(jù)本發(fā)明，從表1的測(cè)量結(jié)果可以看出，在高溫下可以獲得粘附性很好的含有氫氧化物的銅氧化物層。因此，甚至在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)加熱溫度高達(dá)300℃時(shí)，所述層也不會(huì)像傳統(tǒng)的膜發(fā)生剝落。對(duì)于傳統(tǒng)的層，例如，只有如樣品E持續(xù)進(jìn)行4分鐘黑化方法形成的厚層才能獲得與本發(fā)明差不多的粘附力。
權(quán)利要求
1.一種安裝半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體襯底，所述導(dǎo)體襯底的至少安裝所述半導(dǎo)體元件的部分被絕緣樹脂密封，其中所述導(dǎo)體襯底的最上表面層包括銅或其合金，并且所述導(dǎo)體襯底被通過(guò)所述導(dǎo)體襯底的表面處理形成的含有氫氧化物的銅氧化物層部分或整體覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)體襯底，其中所述導(dǎo)體襯底主要包括由銅或其合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)體襯底，其中所述導(dǎo)體襯底主要包括非銅金屬，且所述導(dǎo)體襯底的最上表面層包括銅或其合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述表面處理是強(qiáng)制氧化處理，所述強(qiáng)制氧化處理包括將所述導(dǎo)體襯底浸入添加具有很強(qiáng)自還原性的氧化劑的黑氧化處理溶液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述表面處理是強(qiáng)制氧化處理，所述強(qiáng)制氧化處理包括將所述導(dǎo)體襯底浸入黑氧化處理溶液時(shí)對(duì)所述導(dǎo)體襯底進(jìn)行陽(yáng)極氧化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述絕緣樹脂是在分子中含有羥基的樹脂，并在所述含有羥基的樹脂和所述含有氫氧化物的銅氧化物層之間產(chǎn)生了氫鍵合力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的導(dǎo)體襯底，其中含有羥基的樹脂是環(huán)氧樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述導(dǎo)體襯底是引線框架。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層至少覆蓋了所述導(dǎo)體襯底除了引線圖形部分的表面部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層覆蓋了所述導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述導(dǎo)體襯底是散熱片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層具有三層結(jié)構(gòu)，從所述導(dǎo)體襯底的所述側(cè)，所述三層結(jié)構(gòu)依次包括氧化亞銅Cu2O層、氧化銅CuO層和氫氧化銅Cu(OH)2層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層的厚度在0.02到0.2μm范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中在高溫條件下處理時(shí)，在所述導(dǎo)體襯底和所述含有氫氧化物的銅氧化物層之間沒(méi)有形成隔離層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任何一個(gè)的導(dǎo)體襯底，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層由粒度不大于0.5μm的針狀晶體構(gòu)成。
16.一種半導(dǎo)體器件，其中在權(quán)利要求1到15的任何一個(gè)所述的導(dǎo)體襯底的預(yù)定部分上至少安裝一個(gè)半導(dǎo)體元件，且所述導(dǎo)體襯底被絕緣樹脂密封。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其中所述導(dǎo)體襯底基本上整體被所述絕緣樹脂密封。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的半導(dǎo)體器件，其中使用焊料將所述半導(dǎo)體器件安裝在安裝襯底上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中所述焊料是無(wú)鉛焊料。
20.一種生產(chǎn)安裝半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體襯底、接著用絕緣樹脂至少密封所述導(dǎo)體襯底的安裝所述半導(dǎo)體元件的部分的方法，包括處理其最上表面層由銅或其合金構(gòu)成的導(dǎo)體襯底的表面的步驟，以用含有氫氧化物的銅氧化物層覆蓋所述導(dǎo)體襯底的部分或整個(gè)表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述導(dǎo)體襯底主要包括銅或其合金。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述導(dǎo)體襯底主要包括非銅金屬，且所述導(dǎo)體襯底的最上表面層包括銅或其合金。
23.根據(jù)權(quán)利要求20到22中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述表面處理過(guò)程是通過(guò)將所述導(dǎo)體襯底浸入添加具有很強(qiáng)自還原性的氧化劑的黑氧化處理溶液而進(jìn)行的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述黑氧化處理溶液是強(qiáng)堿性化合物和氧化劑的混合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述具有很強(qiáng)自還原性的氧化劑為高錳酸鈉、重鉻酸鈉、過(guò)二硫酸鈉或其混合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求20到22中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述表面處理步驟是將所述導(dǎo)體襯底浸入黑氧化處理溶液時(shí)進(jìn)行陽(yáng)極氧化。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述黑氧化處理溶液是強(qiáng)堿性化合物和氧化劑的混合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求20到27中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述表面處理步驟在50到80℃的溫度下進(jìn)行1到20秒。
29.根據(jù)權(quán)利要求20到28中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中分子中含有羥基的樹脂被用做所述絕緣樹脂，從而在所述含有羥基的樹脂和所述含有氫氧化物的銅氧化物層之間產(chǎn)生氫鍵合力。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中環(huán)氧樹脂被用做含有羥基的樹脂。
31.根據(jù)權(quán)利要求20到30中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述導(dǎo)體襯底是引線框架。
32.根據(jù)權(quán)利要求20到31中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層至少覆蓋了所述導(dǎo)體襯底除了引線圖形部分的表面部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求20到31中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層覆蓋了所述導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面。
34.根據(jù)權(quán)利要求20到30中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述導(dǎo)體襯底是散熱片。
35.根據(jù)權(quán)利要求20到34中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層具有三層結(jié)構(gòu)，從所述導(dǎo)體襯底的所述側(cè)，所述三層結(jié)構(gòu)依次包括氧化亞銅(Cu2O)層、氧化銅(CuO)層和氫氧化銅(Cu(OH)2)層。
36.根據(jù)權(quán)利要求20到35中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層的厚度在0.02到0.2μm范圍內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求20到36中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中在高溫條件下處理時(shí)，在所述導(dǎo)體襯底和所述含有氫氧化物的銅氧化物層之間沒(méi)有形成隔離層。
38.根據(jù)權(quán)利要求20到37中任何一個(gè)的生產(chǎn)導(dǎo)體襯底的方法，其中所述含有氫氧化物的銅氧化物層由粒度不大于0.5μm的針狀晶體構(gòu)成。
39.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括利用權(quán)利要求20到38中任何一個(gè)的方法在導(dǎo)體襯底上形成含有氫氧化物的銅氧化物層的步驟，接著把半導(dǎo)體元件安裝在所述導(dǎo)體襯底的預(yù)定位置，電連接所述半導(dǎo)體元件和所述導(dǎo)體襯底，以及用絕緣樹脂至少密封所述導(dǎo)體襯底的安裝所述半導(dǎo)體元件的部分。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，其中所述導(dǎo)體襯底基本上全部被所述絕緣樹脂密封。
全文摘要
安裝半導(dǎo)體元件的導(dǎo)體襯底，所述導(dǎo)體襯底的至少安裝所述半導(dǎo)體元件的部分被絕緣樹脂密封，其中所述導(dǎo)體襯底的最上表面層包括銅或其合金，并利用通過(guò)所述導(dǎo)體襯底的表面處理形成的含有氫氧化物的銅氧化物層覆蓋部分或整個(gè)所述導(dǎo)體襯底，以及生產(chǎn)所述導(dǎo)體襯底的方法和生產(chǎn)使用所述導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件的方法。
文檔編號(hào)H01L23/50GK1538518SQ20041003387
公開(kāi)日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者關(guān)和光, 仁, 宮原義仁, 吳宗昭 申請(qǐng)人:新光電氣工業(yè)株式會(huì)社