[发明专利]改善厚膜混合集成电路同质键合系统质量一致性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，进一步来说，涉及混合集成电路，尤其涉及同质键合系统的厚膜混合集成电路。

背景技术

在陶瓷衬底基片上，采用丝网印刷的方式，将金浆、银浆或钯-银浆料等导体浆料、钌系电阻浆料，按产品版图设计的要求，在基片上形成导带、阻带图形，经高温烧结后成型。在导带的端头、或指定的地方，形成键合区域、半导体芯片组装区域、或其它片式元器件组装区域，其余区域（包括厚膜阻带）用玻璃铀绝缘层进行表面保护。在基片上进行半导体芯片、其他片式元器件的组装，芯片（通常为铝键合区）、导带（通常为金或银键合区）、管脚（通常为金或镍键合区）之间采用金丝或硅-铝丝进行键合联接，形成完整的电路连接。由此形成的键合系统为金-铝（Au-Al）、银-铝（Ag-Al）或镍-铝（Ni-Al）异质键合系统，其中，银导带、钯银导带中，银容易氧化，且在长期通电情况下，容易产生电迁移现象，严重影响器件的可靠性，通常表现为键合强度的衰退；金导带在大电流情况下，在Au-Al键合系统中，键合接触区域金层电迁移现象明显，在Au-Al间容易形成“紫斑”，其产物成份为AuAl₂，造成Au-Al键合时形成的合金点疏松和空洞化, 最终键合力大幅下降；金-铝键合系统在高温下，由于金向铝中扩散，Au-Al间形成“白斑”, 其产物为Au₂Al、Au₅Al₂、Au₅Al，形成一层脆而绝缘的金属间化合物（即金铝化合物），这种产物可以使合金点电导率大幅降低, 严重时可以形成开路。因此，采用金-铝（Au-Al）、银-铝（Ag-Al）异质键合系统生产的混合集成电路不能应用在高可靠的场合，镍-铝（Ni-Al）异质键合系统的键合质量相对比较可靠，但与同质键合系统相比，还存在一定的差异，采用镍-铝（Ni-Al）异质键合系统生产的混合集成电路不能应用在宇航级高可靠领域。

为此，在现有技术中，常采用如下方法来解决：（1）利用机械掩模，直接在厚膜基片金键合区上选择性溅射或蒸发铝薄膜，或镍-铬-铝、铬-铜-铝复合薄膜，以实现金-金（Au-Au）、铝-铝（Al-Al）同质键合。存在的问题是，由于厚膜金导带表面比较粗糙，表面平整度较差，因此，在其表面直接形成的薄膜厚度均匀性、薄膜质量均匀性比较差，导致铝-铝（Al-Al）键合质量的一致性较差，不能保证所有键合点的质量满足要求，采用此工艺生产的产品成品率较低，可靠性难以提高。（2）采用在铜片上电镀镍或铝作过渡片，将其贴装在键合区上，再进行键合。这种方法明显不适用于多键合点、高密度、细间距的场合，同样，严重制约产品质量的一致性、批量生产性。

经检索，目前涉及混合集成电路键合系统的中国专利申请件仅有1件，即ZL200910102792.2号“高可靠厚膜混合集成电路键合系统及其制造方法”,但该专利与本发明并无关系，目前尚无改善厚膜混合集成电路键合系统质量一致性的申请件。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善厚膜混合集成电路同质键合系统质量一致性的方法，以克服原有技术的缺陷，解决同质键合系统的质量一致性问题，提高混合集成电路的可靠性，使其能够广泛应用于高端产品。

发明人经过研究，发现由于厚膜材料及丝网印刷工艺的固有特性，厚膜导带/键合区表面比较粗糙，表面平整度较差，其粗糙度通常在2～5μm，而薄膜厚度通常控制在1～5μm，因此，在其表面直接形成的薄膜厚度均匀性、薄膜质量均匀性比较差，导致铝-铝（Al-Al）键合质量的一致性较差，从而造成每个同质键合系统键合拉力、可靠性的一致性比较差，为了实现上述目标，必须解决键合区域表面的平整度问题。

为达到上述发明目的，发明人是从逐个提高每个同质键合系统质量一致性的角度出发，采用局部化学机械抛光（CMP）方法来实现的，即：在原有工艺的厚膜电阻修调、测试完毕后、掩膜淀积薄膜之前，增加厚膜键合区表面整平工艺，具体方法是：选择合适的贵金属抛光液，通过局部抛光机对每个键合区进行抛光，使其表面平整度在0.1μm以内；然后，采用机械掩模的方法，在高真空溅射台或蒸发台中，在已抛光的键合区表面形成一层铝薄膜、或镍-铬-铝复合薄膜或铬-铜-铝复合薄膜；最后，按常规混合集成电路集成工艺，将半导体芯片和片式元器件集成在处理后的厚膜基片上，半导体芯片的键合采用硅-铝丝键合，管脚与基片之间采用金丝键合，即可实现质量一致性好、可靠性高的金-金（Au-Au）、铝-铝（Al-Al）同质键合，从而改善厚膜混合集成电路同质键合系统质量一致性。

上述贵金属抛光液的磨粒硬度在5GPa～50GPa范围内，粒子直径≤100nm。