專利名稱：改善厚膜混合集成電路同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，進一步來說，涉及混合集成電路，尤其涉及同質(zhì)鍵合系統(tǒng)的厚膜混合集成電路。
背景技術(shù)：
在陶瓷襯底基片上，采用絲網(wǎng)印刷的方式，將金漿、銀漿或鈀-銀漿料等導(dǎo)體漿料、釕系電阻漿料，按產(chǎn)品版圖設(shè)計的要求，在基片上形成導(dǎo)帶、阻帶圖形，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后成型。在導(dǎo)帶的端頭、或指定的地方，形成鍵合區(qū)域、半導(dǎo)體芯片組裝區(qū)域、或其它片式元器件組裝區(qū)域，其余區(qū)域(包括厚膜阻帶)用玻璃鈾絕緣層進行表面保護。在基片上進行半導(dǎo)體芯片、其他片式元器件的組裝，芯片(通常為鋁鍵合區(qū))、導(dǎo)帶(通常為金或銀鍵合區(qū))、管腳(通常為金或鎳鍵合區(qū))之間采用金絲或硅-鋁絲進行鍵合聯(lián)接，形成完整的電路連接。由此形成的鍵合系統(tǒng)為金-鋁(Au-Al )、銀-鋁(Ag-Al)或鎳-鋁(N1-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)，其中，銀導(dǎo)帶、鈀銀導(dǎo)帶中，銀容易氧化，且在長期通電情況下，容易產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，嚴(yán)重影響器件的可靠性，通常表現(xiàn)為鍵合強度的衰退；金導(dǎo)帶在大電流情況下，在Au-Al鍵合系統(tǒng)中，鍵合接觸區(qū)域金層電遷移現(xiàn)象明顯，在Au-Al間容易形成“紫斑”，其產(chǎn)物成份為AuAl2,造成Au-Al鍵合時形成的合金點疏松和空洞化，最終鍵合力大幅下降；金-鋁鍵合系統(tǒng)在高溫下，由于金向鋁中擴散，Au-Al間形成“白斑”，其產(chǎn)物為Au2A1、Au5Al2, Au5Al,形成一層脆而絕緣的金屬間化合物(即金鋁化合物)，這種產(chǎn)物可以使合金點電導(dǎo)率大幅降低，嚴(yán)重時可以形成開路。因此，采用金-鋁(Au-Al)、銀-鋁(Ag-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)生產(chǎn)的混合集成電路不能應(yīng)用在高可靠的場合，鎳-鋁(N1-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)的鍵合質(zhì)量相對比較可靠，但與同質(zhì)鍵合系統(tǒng)相比，還存在一定的差異，采用鎳-鋁(N1-Al)異質(zhì)鍵合系統(tǒng)生產(chǎn)的混合集成電路不能應(yīng)用在宇航級高可靠領(lǐng)域。為此，在現(xiàn)有技術(shù)中，常采用如下方法來解決:(1)利用機械掩模，直接在厚膜基片金鍵合區(qū)上選擇性濺射或蒸發(fā)鋁薄膜，或鎳-鉻-鋁、鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜，以實現(xiàn)金-金(Au-Au)、鋁-鋁(Al-Al)同質(zhì)鍵合。存在的問題是，由于厚膜金導(dǎo)帶表面比較粗糙，表面平整度較差，因此，在其表面直接形成的薄膜厚度均勻性、薄膜質(zhì)量均勻性比較差，導(dǎo)致鋁-鋁(Al-Al)鍵合質(zhì)量的一致性較差，不能保證所有鍵合點的質(zhì)量滿足要求，采用此工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品成品率較低，可靠性難以提高。(2)采用在銅片上電鍍鎳或鋁作過渡片，將其貼裝在鍵合區(qū)上，再進行鍵合。這種方法明顯不適用于多鍵合點、高密度、細間距的場合，同樣，嚴(yán)重制約產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、批量生產(chǎn)性。經(jīng)檢索，目前涉及混合集成電路鍵合系統(tǒng)的中國專利申請件僅有I件，即ZL200910102792.2號“高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)及其制造方法”，但該專利與本發(fā)明并無關(guān)系，目前尚無改善厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的申請件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改善厚膜混合集成電路同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的方法，以克服原有技術(shù)的缺陷，解決同質(zhì)鍵合系統(tǒng)的質(zhì)量一致性問題，提高混合集成電路的可靠性，使其能夠廣泛應(yīng)用于高端產(chǎn)品。發(fā)明人經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)由于厚膜材料及絲網(wǎng)印刷工藝的固有特性，厚膜導(dǎo)帶/鍵合區(qū)表面比較粗糙，表面平整度較差，其粗糙度通常在2 5 μ m，而薄膜厚度通?？刂圃贗 5 μ m，因此，在其表面直接形成的薄膜厚度均勻性、薄膜質(zhì)量均勻性比較差，導(dǎo)致鋁-鋁(Al-Al)鍵合質(zhì)量的一致性較差，從而造成每個同質(zhì)鍵合系統(tǒng)鍵合拉力、可靠性的一致性比較差，為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，必須解決鍵合區(qū)域表面的平整度問題。為達到上述發(fā)明目的，發(fā)明人 是從逐個提高每個同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的角度出發(fā)，采用局部化學(xué)機械拋光(CMP)方法來實現(xiàn)的，S卩:在原有工藝的厚膜電阻修調(diào)、測試完畢后、掩膜淀積薄膜之前，增加厚膜鍵合區(qū)表面整平工藝，具體方法是:選擇合適的貴金屬拋光液，通過局部拋光機對每個鍵合區(qū)進行拋光，使其表面平整度在0.1ym以內(nèi)；然后，采用機械掩模的方法，在高真空濺射臺或蒸發(fā)臺中，在已拋光的鍵合區(qū)表面形成一層鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁復(fù)合薄膜或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜；最后，按常規(guī)混合集成電路集成工藝，將半導(dǎo)體芯片和片式元器件集成在處理后的厚膜基片上，半導(dǎo)體芯片的鍵合采用硅-鋁絲鍵合，管腳與基片之間采用金絲鍵合，即可實現(xiàn)質(zhì)量一致性好、可靠性高的金-金(Au-Au)、鋁-鋁(Al-Al)同質(zhì)鍵合，從而改善厚膜混合集成電路同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性。上述貴金屬拋光液的磨粒硬度在5GPa 50GPa范圍內(nèi)，粒子直徑彡lOOnm。上述鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁復(fù)合薄膜或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜的厚度通常控制在I 5 μ m0上述機械掩模是采用光刻、選擇性腐蝕或激光刻蝕的方法，將鍵合區(qū)圖形轉(zhuǎn)移到不銹鋼金屬片或坡鏌合金金屬片上而制成的。 上述片式元器件不包括半導(dǎo)體芯片。本發(fā)明方法有以下特點:①通過局部化學(xué)機械拋光，使厚膜基片上的所有鍵合區(qū)表面的平整度控制在< 0.1 μ m，提高在鍵合區(qū)表面制備鋁薄膜厚度和質(zhì)量的一致性、均勻性，提高同質(zhì)鍵合系統(tǒng)的質(zhì)量一致性，從而提高厚膜混合集成電路的可靠性和成品率；②改善厚膜金導(dǎo)帶鍵合區(qū)與硅-鋁絲的鍵合性能，形成高可靠同質(zhì)鍵合系統(tǒng)。提高了厚膜混合集成電路長期充分可靠工作的能力通過改變機械掩模通孔尺寸的大小，可以在同一金導(dǎo)帶鍵合區(qū)上形成局部鋁鍵合區(qū)，可同時兼容金絲鍵合(鍵合區(qū)與鍍金管腳之間)、硅-鋁絲鍵合(基片鍵合區(qū)與芯片鍵合區(qū)之間)，形成高可靠完美鍵合系統(tǒng)。此類器件廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、精密儀器、通訊、工業(yè)控制等領(lǐng)域，特別適用于大功率、高可靠、宇航級等應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景和應(yīng)用空間。


以下附圖用以比較本發(fā)明與原有技術(shù)的區(qū)別，并進一步說明本發(fā)明方法。圖1為原有一種集成技術(shù)示意圖，圖2為原有另一種集成技術(shù)示意圖，圖3為原有技術(shù)的金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)放大示意圖，圖4為原有技術(shù)的金鍵合區(qū)淀積鋁膜后放大示意圖，圖5為本發(fā)明的局部(鍵合區(qū))化學(xué)機械拋光放大示意圖，圖6為本發(fā)明的局部(鍵合區(qū))拋光后淀積鋁膜放大示意圖，圖7為本發(fā)明的集成技術(shù)示意圖，圖8為原有的工藝流程圖，圖9為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖中，I為管基，2為底座，3為管腳鍍鎳端面，4為金導(dǎo)帶/金鍵合區(qū)，4為半導(dǎo)體芯片，6為硅鋁絲內(nèi)引線，7為阻帶，8為片式元器件，9為陶瓷基片，10為管腳，11為管腳鍍金端面，12為金絲內(nèi)引線，13為表面粗糙的鋁膜鍵合區(qū)，14為表面平整的鋁膜鍵合區(qū)。圖9中虛線框內(nèi)為本發(fā)明增添的工藝步驟。
具體實施例方式實施例1:
原有技術(shù)中鋁-鋁、金-金的同質(zhì)鍵合流程如圖8所示，工藝如下:
(O陶瓷基片、金漿料、釕系電阻漿料的準(zhǔn)備；
(2)基片清洗與烘干、管殼清洗與烘干；
(3)厚膜導(dǎo)體漿料的印刷與烘干(150°C、10min)；
(4)電阻漿料的印刷和烘干(150°C、10min)；
(5)成膜燒結(jié)(850°C、10min，總時間35min)；
(6)用激光調(diào)阻法調(diào)整電阻；
(7)參數(shù)及功能測試；
(8)玻璃釉的印刷和烘干(150°C、IOmin)；
(9)燒結(jié)玻璃釉(500°C、10min，總時間30min)；
(10)形成焊盤(鍵合區(qū))導(dǎo)體圖形；
(11)采用不銹鋼片或坡鏌合金片，利用光刻的方法進行鍵合區(qū)機械掩模的制備；
(12)在高真空磁控濺射臺中利用機械掩膜進行鎳-鉻-鋁復(fù)合薄膜的制備，N1-Cr:
0.6 μ m、Al:3.0 μ m ;
(13)劃片分離；
(14)將厚膜基片組裝到底座上；
(15)組裝半導(dǎo)體芯片和其他分立元器件；
(16)用硅-鋁絲鍵合以完成半導(dǎo)體芯片的電路連接、用金絲完成基片與鍍金管腳的電路連接；
(17)封帽；
(18)性能測試；
(19)老化篩選測試、密封性檢查；
(20)產(chǎn)品編號打印、包裝入庫。結(jié)果如圖2所示，雖然解決了鋁-鋁、金-金的同質(zhì)鍵合問題，但鍵合系統(tǒng)的質(zhì)量一致性較差，產(chǎn)品合格率低，存在可靠性不良的隱患。實施例2
本發(fā)明的工藝流程如圖9所示，圖中虛線框內(nèi)為改進的工藝:
在厚膜電阻修調(diào)、測試完畢后，掩膜淀積薄膜之前，增加厚膜鍵合區(qū)表面整平工藝，增加部分的具體工藝如下:
Cl)準(zhǔn)備磨粒硬度為25GPa±5GPa、粒子直徑為50nm±10nm的金拋光液；
(2)通過局部拋光機對需要進行鋁-鋁鍵合的金鍵合區(qū)進行化學(xué)機械拋光，表面平整度控制在0.Ιμπι以內(nèi)； (3)去尚子水清洗、烘干；
(4)進入薄膜淀積工工序；
其余工藝不變，結(jié)果如圖7所示，解決了同質(zhì)鍵合系統(tǒng)的質(zhì)量一致性問題，提高了混合集成電路的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種改善厚膜混合集成電路同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的方法，其特征在于該方法從逐個提高每個同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的角度出發(fā)，采用局部化學(xué)機械拋光方法來實現(xiàn)的，即:在原有工藝的厚膜電阻修調(diào)、測試完畢后、掩膜淀積薄膜之前，增加厚膜鍵合區(qū)表面整平工藝，具體方法是:選擇合適的貴金屬拋光液，通過局部拋光機對每個鍵合區(qū)進行拋光，使其表面平整度< 0.1 μ m ;然后，采用機械掩模的方法，在高真空濺射臺或蒸發(fā)臺中，在已拋光的鍵合區(qū)表面形成一層鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁復(fù)合薄膜或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜；最后，按常規(guī)混合集成電路集成工藝，將半導(dǎo)體芯片和片式元器件集成在處理后的厚膜基片上，半導(dǎo)體芯片的鍵合采用硅-鋁絲鍵合，管腳與基片之間采用金絲鍵合，即可實現(xiàn)質(zhì)量一致性好、可靠性高的金-金、鋁-鋁同質(zhì)鍵合，從而改善厚膜混合集成電路同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述貴金屬拋光液的磨粒硬度在5GPa 50GPa范圍內(nèi)，粒子直徑≤lOOnm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁復(fù)合薄膜或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜的厚度控制在1 5 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述機械掩模是采用光刻、選擇性腐蝕或激光刻蝕的方法， 將鍵合區(qū)圖形轉(zhuǎn)移到不銹鋼金屬片或坡鏌合金金屬片上而制成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了改善厚膜混合集成電路同質(zhì)鍵合系統(tǒng)質(zhì)量一致性的方法，該方法在原有工藝的基礎(chǔ)上，增加厚膜鍵合區(qū)表面整平工藝，具體是選擇貴金屬拋光液，通過局部拋光機對每個鍵合區(qū)進行拋光，使其表面平整度≤0.1μm；然后用機械掩模方法，在高真空濺射臺或蒸發(fā)臺中，在鍵合區(qū)表面形成一層鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復(fù)合薄膜；最后，按常規(guī)混合集成電路集成工藝，將半導(dǎo)體芯片和片式元器件集成在厚膜基片上，半導(dǎo)體芯片的鍵合采用硅-鋁絲鍵合，管腳與基片之間采用金絲鍵合，實現(xiàn)質(zhì)量一致性好、可靠性高的金-金、鋁-鋁同質(zhì)鍵合。此類器件應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，特別適用于大功率、高可靠、宇航級等領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景和應(yīng)用空間。
文檔編號H01L21/60GK103107108SQ20121053731
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者楊成剛, 蘇貴東 申請人:貴州振華風(fēng)光半導(dǎo)體有限公司