專利名稱：高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導體器件，進一步來說，涉及半導體器件構(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A1、 Si-Al、Au、 Cu等)將 半導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；在電極引線的某個部位，用于與鍵合 絲進行鍵合的區(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 料等導體漿料，采用絲網(wǎng)印刷的方式，按產(chǎn)品版圖設(shè)計的要求，在基片上形成導帶圖形，經(jīng) 高溫燒結(jié)后成型。在導帶的端頭、或指定的地方，形成鍵合區(qū)域、半導體芯片組裝區(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。芯片 (通常為鋁鍵合區(qū))、導帶(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。最后，在一定的氣氛下，進行封帽即可。 原有技術(shù)存在以下缺陷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(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，嚴重影響器件的可靠性，通常表現(xiàn)為鍵合強度的衰退。②金導帶 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。③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Au2Al、 Au5Al2、 Au^l，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率大幅降低，嚴重時可以形成開路。 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。 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"提 高集成電路內(nèi)引線鍵合可靠性的方法"、200610031768. 0號"超聲鍵合過程的鍵合力監(jiān)測系 統(tǒng)"、200620201098. 8號"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)的報道。
發(fā)明內(nèi)容本實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)計人經(jīng)過試驗研究，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散，產(chǎn)生一層脆而絕緣的金屬間化合物(主 要是Ai^Al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，嚴重時產(chǎn)生脫鍵現(xiàn) 象，嚴重影響器件的可靠性。因此，必須尋求一種新的工藝，在厚膜金導帶鍵合區(qū)上，對必需 用硅-鋁絲進行鍵合的區(qū)域，形成電性能、溫度性能良好的、能同時兼容鋁和金的、在形成 過程中對導帶和阻帶無化學影響的過渡薄膜，直接在過渡薄膜上進行鍵合，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(A1-A1)鍵合系統(tǒng)、鋁-鎳(Al-Ni)鍵合系統(tǒng)，是發(fā)明的主要任務(wù)。 為達到上述發(fā)明目的，設(shè)計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個金導帶和1個阻帶 構(gòu)成，芯片固定在厚膜基片的第2個金導帶之上；當管腳端面鍍鎳時，第1個金導帶上有鎳 或鋁鍵合區(qū)，芯片上有鋁鍵合區(qū)，第4金導帶上有多層過渡性薄膜，各個鍵合區(qū)通過硅鋁絲 鍵合，基片與管腳之間用硅鋁絲鍵合連接；當管腳端面鍍金時，第1個金帶上由金鍵合區(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)域濺射或鍍上一次性成型的。 上述當管腳端面鍍金時，第1個金帶上由金鍵合區(qū)和鎳或鋁鍵合區(qū)所形成雙鍵合 區(qū)，可同時兼容金絲和硅鋁絲鍵合。 厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)的制造方法是選用鎳或鋁作為鍵合層，選用鉻作為
中間過渡層；在完成厚膜金導帶、厚膜電阻的基片上，通過掩模定位套準的方式，用濺射或
真空鍍膜的成膜工藝方法，在基片鍵合區(qū)域濺射或鍍上一層薄膜過渡層，形成金_鉻_鎳
(Au-Cr-Ni)或金-鉻-鎳-鉻-鋁(Au-Cr-Ni-Cr-Al)的復合膜層結(jié)構(gòu)，再通過常規(guī)工藝得
到厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)。這些工藝可表示為制作光刻掩模版一制作金屬掩模版一
金屬掩模板與厚膜基片定位套準并固定一濺射或真空鍍膜成膜一退火一鍵合。 設(shè)計人指出選擇Cr作過渡層，主要是Cr與Au和Ni具有很好的親合力，通過在
N2氣氛中退火后親合力更強，同時，能有效地阻擋Au向Ni層中的擴散。 設(shè)計人還指出A1與Al鍵合屬同質(zhì)鍵合，是鍵合工藝中理想的鍵合系統(tǒng)。 本實用新型的高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)有以下特點①改善厚膜金導帶
鍵合區(qū)與硅-鋁絲的鍵合性能，形成高可靠性鍵合系統(tǒng)。在實踐上提高了功率型混合集成
電路長期充分可靠工作的能力。②通過改變金屬掩模通孔尺寸的大小，可以在同一金導帶
鍵合區(qū)上形成局部鎳鍵合區(qū)或鋁鍵合區(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)。③采用金屬
掩模定位套準、高真空淀積成膜技術(shù)，一次性完成薄膜物理成型，無中間化學過程，對厚膜
基片無任何損傷作用，具有極高的安全性和可靠性。應(yīng)用于原以金導帶或銀導帶為基片的
所有厚膜混合集成電路，可大大提高混合集成電路的可靠性，特別是在航空、航天、航海、通
訊、工業(yè)控制等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用空間。
以下附圖用以本實用新型的鍵合系統(tǒng)。 圖1為管腳端面鍍鎳的鍵合系統(tǒng)示意圖，圖2為管腳端面鍍金的鍵合系統(tǒng)示意圖。圖中1為陶瓷襯底，2為管腳，3為芯片，4為厚膜基片，5為金導帶，6為阻帶，7為鎳或鋁鍵 合區(qū)，8為鋁鍵合區(qū)，9為多層過渡性薄膜，10為硅鋁絲，11為金鍵合區(qū)，12為金絲。
具體實施方式實施例l: 貴州振華風光半導體公司研發(fā)的FH0186功率運算放大器屬厚膜混合集成電路， 采用的一種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l、 管腳2、芯片3和厚膜基片4，厚膜基片4由4個金導帶5和1個阻帶6構(gòu)成，芯片3固定在 厚膜基片4的第2個金導帶5之上；管腳2端面鍍鎳，第1個金導帶5上有鎳或鋁鍵合區(qū)7， 芯片3上有鋁鍵合區(qū)8，第4金導帶5上有多層過渡性薄膜9，各個鍵合區(qū)通過硅鋁絲10鍵 合，管腳與基片之間通過硅鋁絲10與管腳2鍵合。 實施例2: 貴州振華風光半導體公司研發(fā)的FH0186功率運算放大器屬厚膜混合集成電路， 采用的另一種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 1、管腳2、芯片3和厚膜基片4，厚膜基片4由4個金導帶5和1個阻帶6構(gòu)成，芯片3固定 在厚膜基片4的第2個金導帶5之上；管腳2端面鍍金，第1個金導帶5上由金鍵合區(qū)11 和鎳或鋁鍵合區(qū)7所形成雙鍵合區(qū)，芯片3上有鋁鍵合區(qū)8，第3金導帶5上有多層過渡性 薄膜9，各個鍵合區(qū)通過硅鋁絲10鍵合管腳與基片之間通過金絲12與管腳2鍵合。 多層過渡性薄膜9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)域濺射或鍍上一次性成型的。 結(jié)果證明，該鍵合系統(tǒng)的兼容性良好。
權(quán)利要求一種高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)，包括陶瓷襯底(1)、管腳(2)、芯片(3)和厚膜基片(4)，其特征在于鍵合系統(tǒng)是間接鍵合的鍵合系統(tǒng)，其厚膜基片(4)由4個金導帶(5)和1個阻帶(6)構(gòu)成，芯片(3)固定在厚膜基片(4)的第2金導帶(5)之上；當管腳(2)端面鍍鎳時，第1金導帶(5)上有鎳或鋁鍵合區(qū)(7)，芯片(3)上有鋁鍵合區(qū)(8)，第4金導帶(5)上有多層過渡性薄膜(9)，各個鍵合區(qū)通過硅鋁絲(10)鍵合，管腳(2)與基片之間通過硅鋁絲(10)鍵合；當管腳(2)端面鍍金時，第1金導帶(5)上有由金鍵合區(qū)(11)和鎳或鋁鍵合區(qū)(7)所形成雙鍵合區(qū)，芯片(3)上有鋁鍵合區(qū)(8)，第3金導帶(5)上有多層過渡性薄膜(9)，各個鍵合區(qū)通過硅鋁絲(10)鍵合，管腳(2)與基片之間通過金絲(12)鍵合。
2. 如權(quán)利要求l所述的鍵合系統(tǒng)，其特征在于所述當管腳(2)端面鍍金時，第l金導帶(5)上有由金鍵合區(qū)(11)和鎳或鋁鍵合區(qū)(7)所形成的雙鍵合區(qū)，同時兼容金絲(12)和硅鋁絲(10)鍵合。
專利摘要本實用新型公開了高可靠厚膜混合集成電路鍵合系統(tǒng)，它是間接鍵合的系統(tǒng)，包括陶瓷襯底(1)、管腳(2)、芯片(3)和厚膜基片(4)，厚膜基片(4)由4個金導帶(5)和1個阻帶(6)構(gòu)成，芯片(3)固定在第2金導帶(5)之上；當管腳(2)端面鍍鎳時，第1金導帶(5)上有鎳或鋁鍵合區(qū)(7)，芯片(3)上有鋁鍵合區(qū)(8)，第4金導帶(5)上有多層過渡性薄膜(9)，各個鍵合區(qū)用硅鋁絲(10)鍵合，管腳(2)與基片之間用硅鋁絲(10)鍵合；當管腳(2)端面鍍金時，第1金導帶(5)上有由金鍵合區(qū)(11)和鎳或鋁鍵合區(qū)(7)所形成雙鍵合區(qū)，芯片(3)上有鋁鍵合區(qū)(8)，第3金導帶(5)上有多層過渡性薄膜(9)，各鍵合區(qū)用硅鋁絲(10)鍵合，管腳(2)與基片用金絲(12)鍵合。該系統(tǒng)可提高混合集成電路的可靠性，應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號H01L21/60GK201498510SQ200920125720
公開日2010年6月2日 申請日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者周正鐘, 楊成剛, 殷坤文, 蘇貴東 申請人:貴州振華風光半導體有限公司