[實(shí)用新型]高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920125720.5
• 申請(qǐng)日: 2009-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN201498510U
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇貴東;楊成剛;周正鐘;殷坤文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 貴州振華風(fēng)光半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/60
• 分類號(hào): H01L21/60
• 代理公司: 貴陽中工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 52106
• 代理人: 劉安寧

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步來說，涉及半導(dǎo)體器件構(gòu)件的連接，尤其涉及厚膜混合集成電路。

背景技術(shù)

人們知道，在集成電路生產(chǎn)中，用金屬絲(即鍵合絲，如Al、Si-Al、Au、Cu等)將半導(dǎo)體芯片上的電極引線、混合集成電路基片上的電極引線、管殼底座上的外引線等采用熱壓鍵合法、超聲鍵合法等方法相連的過程稱為鍵合；在電極引線的某個(gè)部位，用于與鍵合絲進(jìn)行鍵合的區(qū)域稱為鍵合區(qū)；由鍵合區(qū)表層金屬與鍵合絲經(jīng)鍵合后組成的金屬連接系統(tǒng)稱為鍵合系統(tǒng)。

原有混合集成電路的鍵和系統(tǒng)是在陶瓷襯底基片上，采用金漿、銀漿或鈀-銀漿料等導(dǎo)體漿料，采用絲網(wǎng)印刷的方式，按產(chǎn)品版圖設(shè)計(jì)的要求，在基片上形成導(dǎo)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(jìn)行表面保護(hù)。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(jìn)行鍵合聯(lián)接，形成完整的電路連接。最后，在一定的氣氛下，進(jìn)行封帽即可。

原有技術(shù)存在以下缺陷：①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(qiáng)度的衰退。②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(shí)形成的合金點(diǎn)疏松和空洞化，最終鍵合力大幅下降。③金-鋁鍵合系統(tǒng)在高溫下，由于金向鋁中擴(kuò)散，Au-Al間形成“白斑”，其產(chǎn)物為Au₂Al、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(diǎn)電導(dǎo)率大幅降低，嚴(yán)重時(shí)可以形成開路。④芯片(表面金屬層為鋁層)、導(dǎo)帶(金導(dǎo)帶或銀導(dǎo)帶)、引線柱(鍍金或鍍鎳)、引線(金絲或硅鋁絲)之間，在鍵合工藝中很難兼容各自的要求。

經(jīng)檢索，目前涉及集成電路鍵合系統(tǒng)的專利僅有3件，即200510003089.8號(hào)“提高集成電路內(nèi)引線鍵合可靠性的方法”、200610031768.0號(hào)“超聲鍵合過程的鍵合力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”、200620201098.8號(hào)“鍵合頭裝置”但這些專利與本發(fā)明并無關(guān)系，目前尚無高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是提供一種高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)，以取代可靠性較差的鍵合系統(tǒng)，以克服原有技術(shù)的種種缺陷。

設(shè)計(jì)人經(jīng)過試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)由于厚膜混合集成電路的常規(guī)鍵合系統(tǒng)——金-鋁(Au-Al)鍵合系統(tǒng)，在高溫下容易向其他金屬擴(kuò)散，產(chǎn)生一層脆而絕緣的金屬間化合物(主要是Au₂Al化合物)；在大電流下容易發(fā)生電遷移，產(chǎn)生一層脆而絕緣的金屬間化合物(主要是AuAl₂化合物)。兩者均能造成Au-Al接觸電阻變大，影響電性能，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生脫鍵現(xiàn)象，嚴(yán)重影響器件的可靠性。因此，必須尋求一種新的工藝，在厚膜金導(dǎo)帶鍵合區(qū)上，對(duì)必需用硅-鋁絲進(jìn)行鍵合的區(qū)域，形成電性能、溫度性能良好的、能同時(shí)兼容鋁和金的、在形成過程中對(duì)導(dǎo)帶和阻帶無化學(xué)影響的過渡薄膜，直接在過渡薄膜上進(jìn)行鍵合，以取代可靠性較差的金-鋁(Au-Al)鍵合系統(tǒng)。具體來說，如何將金-鋁(Au-Al)鍵合系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為高可靠集成電路鍵合的鋁-鋁(Al-Al)鍵合系統(tǒng)、鋁-鎳(Al-Ni)鍵合系統(tǒng)，是發(fā)明的主要任務(wù)。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，設(shè)計(jì)人提供的高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)是間接鍵合的鍵合系統(tǒng)，它包括陶瓷襯底、管腳、芯片和厚膜基片，厚膜基片由4個(gè)金導(dǎo)帶和1個(gè)阻帶構(gòu)成，芯片固定在厚膜基片的第2個(gè)金導(dǎo)帶之上；當(dāng)管腳端面鍍鎳時(shí)，第1個(gè)金導(dǎo)帶上有鎳或鋁鍵合區(qū)，芯片上有鋁鍵合區(qū)，第4金導(dǎo)帶上有多層過渡性薄膜，各個(gè)鍵合區(qū)通過硅鋁絲鍵合，基片與管腳之間用硅鋁絲鍵合連接；當(dāng)管腳端面鍍金時(shí)，第1個(gè)金帶上由金鍵合區(qū)和鎳或鋁鍵合區(qū)所形成雙鍵合區(qū)；芯片上有鋁鍵合區(qū)，第3金帶上有多層過渡性薄膜，各個(gè)鍵合區(qū)通過硅鋁絲鍵合，基片與管腳之間用金絲鍵合連接。

上述多層過渡性薄膜是采用金屬掩模的方式，用濺射或真空鍍膜的方法，在基片鍵合區(qū)域?yàn)R射或鍍上一次性成型的。

上述當(dāng)管腳端面鍍金時(shí)，第1個(gè)金帶上由金鍵合區(qū)和鎳或鋁鍵合區(qū)所形成雙鍵合區(qū)，可同時(shí)兼容金絲和硅鋁絲鍵合。