[發明專利]多芯片組件同質鍵合系統批生產性改進方法

有效

• 申請號: 201210533085.0
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103107106A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 楊成剛;蘇貴東
• 申請（專利權）人: 貴州振華風光半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 貴陽中工知識產權代理事務所 52106
• 代理人: 劉安寧

技術領域

本發明創造涉及多芯片組件（簡稱MCM），具體來說，涉及陶瓷厚膜型多芯片組件（簡稱MCM?-C），更進一步來說，涉及同質鍵合系統陶瓷厚膜型多芯片組件。

背景技術

原有的多芯片組件集成技術中，是在厚膜低溫多層共燒陶瓷基片（簡稱LTCC基片）上，采用絲網印刷的方式，將金漿、銀漿或鈀-銀漿料等導體漿料、釕系電阻漿料，按頂層布圖設計的要求，在LTCC基片上形成導帶、阻帶圖形，經高溫燒結后成型。在導帶的端頭、或指定的地方，形成鍵合區域、半導體芯片組裝區域、或其它片式元器件組裝區域，其余區域（包括厚膜阻帶）用玻璃鈾絕緣層進行表面保護。在基片上進行半導體芯片、其他片式元器件的組裝，芯片（通常為鋁鍵合區）、導帶（通常為金或銀鍵合區）、管腳（通常為金或鎳鍵合區）之間采用金絲或硅-鋁絲進行鍵合聯接，形成完整的電路連接，由此形成的鍵合系統為金-鋁（Au-Al）、銀-鋁（Ag-Al）或鎳-鋁（Ni-Al）異質鍵合系統。

原有技術的缺陷或存在的主要問題如下：①銀導帶、鈀銀導帶中，銀容易氧化，且在長期通電情況下，容易產生電遷移現象，嚴重影響器件的可靠性，通常表現為鍵合強度衰退；②?金導帶在大電流情況下，在Au-Al鍵合系統中，鍵合接觸區域金層電遷移現象明顯，在Au-Al間容易形成“紫斑”，其產物成份為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；③?金-鋁鍵合系統在高溫下，由于金向鋁中擴散，Au-Al間形成“白斑”,?其產物為Au₂Al、Au₅Al₂、Au₅Al，形成一層脆而絕緣的金屬間化合物（即金鋁化合物），這種產物可以使合金點電導率大幅降低,?嚴重時可以形成開路；④?芯片（表面金屬層為鋁層）、導帶（金導帶或銀導帶）、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；⑤?厚膜導帶、厚膜鍵合區表面粗糙度較大，鍵合系統鍵合拉力和長期可靠性等質量一致性較差的問題。因此，采用金-鋁（Au-Al）、銀-鋁（Ag-Al）異質鍵合系統生產的多芯片組件不能應用在高可靠的場合，鎳-鋁（Ni-Al）異質鍵合系統的鍵合質量相對比較可靠，但與同質鍵合系統相比，也還存在一定差距，采用鎳-鋁（Ni-Al）異質鍵合系統生產的多芯片組件不能應用在宇航級高可靠領域。

經檢索，涉及多芯片組件的專利申請件有20件，但沒有涉及同質鍵合系統的多芯片組件申請件、更沒有同質鍵合系統陶瓷厚膜多芯片組件的申請件。

發明內容

?本發明的目的是提供提高陶瓷厚膜多芯片組件同質鍵合系統批量生產性的方法，將異質鍵合改變為同質鍵合，一次性解決所有鍵合系統鍵合拉力、長期可靠性、大規模批量化生產的問題。

發明人通過研究，發現由于LTCC基片本身表面較為粗糙，加上厚膜漿料顆粒大及絲網印刷網孔有一定厚度的原因，厚膜導帶/鍵合區表面比較粗糙，表面平整度較差，其粗糙度通常在2～5μm，而薄膜厚度通常控制在1～5μm，因此，直接在其表面直接形成的薄膜厚度均勻性、薄膜質量均勻性比較差，會導致鋁-鋁（Al-Al）鍵合質量的一致性較差，從而造成每個同質鍵合系統鍵合拉力、可靠性的一致性比較差，為了實現上述目標，必須解決鍵合區域表面的平整度問題。

為實現上述目標，發明人提供的提高陶瓷厚膜多芯片組件同質鍵合系統批量生產性的方法是采用整體化學機械拋光（CMP）方法來實現的，具體做法是：選擇旋轉式拋光墊和貴金屬拋光液，通過旋轉式拋光機對整個金導帶及鍵合區進行整體拋光，使其表面平整度≤0.1μm；然后，再進行電阻漿料的印刷、燒結和調阻；接著采用機械掩模的方法，在高真空濺射臺或蒸發臺中，使已拋光的鍵合區表面形成一層淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復合薄膜；最后，按常規混合集成電路集成工藝，將半導體芯片、片式元器件集成在處理后的厚膜基片上，半導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，即可實現質量一致性好、可靠性高的金-金（Au-Au）、鋁-鋁（Al-Al）同質鍵合；這就使低溫共燒陶瓷基片頂層表面上的所有鍵合區表面的平整度同時控制在≤0.1μm，解決鍵合區域表面的平整度問題。

上述旋轉式拋光墊是由有機纖維制成的。

上述貴金屬拋光液的磨粒硬度在5GPa～50GPa、粒子直徑≤100nm。

上述LTCC基片由多層陶瓷燒結而成，在每一層中均有金屬化內層通孔和內層導帶。

上述淀積的鋁薄膜、或鎳-鉻-鋁或鉻-銅-鋁復合薄膜的厚度為1～5μm。