Контактная пара для микросварки интегральных схем Советский патент 1986 года по МПК H01B1/02 C22C5/02 C22C21/00 

В rt

:о1

йа::1 . Изобретение относится к области изготовления интегральных схем (ИС) и полупроводниковых приборов и может быть использовано для улучшения качества сварного контакта типа металл металл при микросварке и пайке. При сборке ИС и полупроводниковых приборов используются, в основном, золотая и алюминиевая проволоки, которые при помощи микросварки соединяются с металлизированной контактно площадкой из алюминия или золота. Однако вследствие образования интерметаллических соединений, низкой адгезии металлической пленки к полупроводниковому кристаллу, а также несплошного сварного соединения такие сварные соединения обладают пониженным качеством и воспроизводимостью, ограниченным температурным интервалом безотказной работыит.д. Известна контактная пара для микросварки ИС, содержащая в качестве элементов проволочный вывод и контактную площадку, выполненные из сплава алюминия или сплава золота. Однако известная контактная пара не обеспечивает достаточной механической прочности контакта и температуры эксплуатации. Цель изобретения - увеличение механической прочности контакта и температуры его эксплуатации. Это достигается тем, что в контактной паре для микросварки ИС по крайней мере один из элементов выполнен из сплава алюминия и редкоземельного металла или золота и редкоземельного металла, причем проволочный вывод выполнен из сплава алюмини и редкоземельного металла, а контакт ,ная площадка выполнена из алюминия. Проволочный вывод может быть выполнен из алюминия, при этом контакт ная площадка выполнена из сплава алю миния и редкоземельного металла или из сплава золота и редкоземельного металла. Проволочный вывод может быть выполнен из золота, при этом контакт ная площадка выполнена из сплава алю миния и редкоземельного металла или из сплава золота и редкоземельного металла. Проволочный вывод может быть выполнен из сплава алюминия и редкоземельного металла, а контактная пло щадка - из золота. Проволочный вывод можетбыть выполнен из сплава золота и редкоземельного металла, при этом онтактная площадка выполнена люминия или из золота. Контактная площадка из пленки алюминия и/или золота легируется примесью редкоземельного элемента (РЗЭ) известными методами. Проволока из алюминия и/или золота также легируется примесью РЗЭ, т.е. волочение осуществляется уже легированной проволокой. Например, использование контактной пары алюминий - алюминий, легированной церием в количестве 0,2-3%, позволяет значительно увеличить адгезию пленки к кристаллу кремния. При этом заметно увеличивается сплошность пленки, микротвердость, устойчивость к коррозии. Это позволяет использовать такие более прогрессивные методы соединения-, как ультразвуковая сварjKa, так как пленки, обладающие низкой адгезией к подложке, не поддаются качественной сварке. Проволока, изготовленная из алюминия с добавлением церия, обладает, увеличенным более чем в два pafea пределом прочности. Микро.сварка осутцествляется при меньших значениях времени воздействия ультразвука. При использовании итрия (0,03-3%) в качестве легирующего компонента для алюминия микротвердость последнего увеличивается более чем в 3 par за. Использование в качестве легирующих компонентов для алюминия и золота примесей РЗЭ от 10-6 до 2-3% позволяет получить как пленки, так и проволоку с более равномерным зерном. Проволока из алюминия или золота, содержащая в качестве примесей РЗЭ, обладает увеличенной прочностью на разрыв (более чем в 2 раза относительно проволок того же диаметра, изготовленных из чистых металлов). Существенным является и то, что примеси РЗЭ в контакте алюминий золото увеличивают температуру образования интерметаллических фаз, образуя сварное соединение с меньшим чисг лом пустот, увеличивая тем самым надежность контакта, что позволяет пропускать через такие контакты ток повышенной плотности. Это обусловливается тем, что примеси РЗЭ в контактной паре вступают во взаимодействие с примесями газов, например кислорода (так как РЗЭ обладают большим сродством к кислороду), что влечет образование уплотненного поверхностного окисного слоя, предотвращающего пленку и проволоку от загрязнений, коррозии, электромиграции. Взаимодействие алюминия и золота с РЗЭ происходит по эвтектическому типу аналогично системе Al-Si, однако температура образования эвтектики значительно выше. Так, например, для алюминия с итрием, цехием, неодимом, лантаном, а также презеодимом температура эвтектики на выше, чем для .системы алюминий - кремний. Это позволяет использовать предложенные контактные пары при повышенных температурах ,

При ультразвуковой микросварке алюминиевой проволоки диаметром 40 мкм, содержащей 0,27-3% церия, с легированными церием пленками алюминия или золота прочностьсоединения возрастает примерно в 2,5 раза, воспроизводимость качества увеличивается в 2-2,5 раза, температура эксплуатации контакта возрастает до .

Примерно такими же характеристиками обладает микросварной контакт (металлическая пленка - проволока) алюминий - алюминий, алюминий - золото, золото - золото, золото - алюминий, где в качестве РЗЭ вводят примеси итрия, лантана, неодима или празеодима в интервале концентраций 10-6-3%, Качество микросварного контакта резко улучшается, если готовый контакт легировать примесью РЗЭ.

П р и м е р. На готовую микросварную контактную пару тонкий слой толщиной около 500 А церия и проводили диффузию при . Сравнение качества этих контактов с микросварными контактами без легирования, но термо,9бработанными при 400С, показало увеличение качества готового контакта в 1,5-1,7 раза.

Таким образом, использование описанного контакта позволяет улучшить свариваемость, повысить качество микросварки при изготовлении ИМ и полупроводниковых приборов. Контактная пара может быть использована при изготовлении СВЧ-транзисторов, где к качеству контакта предъявляются особые требования, связанные с увеличе|Нием плотности тока через контакт металл - металл.

1. КОНТАКТНАЯ ПАРА ДЛЯ МИКРОСВАРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, содержащая в качестве элементов проволочный вывод и контактную площадку, выполненные из сплава алюминия или сплава золота, отличающа"я ся тем, что, с целью увеличения механической прочности контакта и температуры его эксплуатации, по крайней мере один из элементов выполнен из сплава алюминия и редкоземельного металла или золота и редкоземельного металла.2.Контактная пара по п.1, о т - личающаяся тем, что проволочный вывод выполнен из сплава алюминия и редкоземельного металла, а контактная площадка выполнена из алюминия,"3.Контактная пара по п.1, о т - личающая ся тем, что проволочный вывод выполнен из алюминия, а контактная площадка - из сплава алюминия и редкоземельного металла.4.Контактная пара по п.1, о т - личающаяся тем, что проволочный вывод выполнен из сплава золота и редкоземельного металла, а контактная площадка - из алюминия.5.Контактная пара по п.1, о т - личающаяся тем, что прово- лочньш вывод выполнен из золота, а контактная площадка - из сплава алюминия и редкоземельного металла.6.Контактная пара по п.1, о т - л и ч-а ю щ а я с я тем, что прово- лочньй вывод выполнен из алюминия, а контактная площадка - из сплава золота и редкоземельного металла.7.Контактная пара по п.1, о т - личающаяся тем, что проволочный вывод выполнен из сплава алюминия и редкоземельного металла, а контактная площадка - из золота.8.Контактная пара по п.1, о т - личающаяся тем, что прово-- лочный вывод выполнен из золота, а контактная площадка - из сплава золота и редкоземельного металла.9.Контактная пара по п.1, о т - личающаяся тем, что проволочный вывод выполнен из сплава золота и редкоземельного металла, а контактная площадка - из золота.?^^ISD гоN|^N5СО