專利名稱:半導(dǎo)體芯片附著裝置的制作方法
盡管本發(fā)明有著廣泛的應(yīng)用，但特別適用于半導(dǎo)體芯片附著裝置，下面將特別就此描述。更確切地說(shuō)是將一金屬緩沖層插置于金屬襯底和半導(dǎo)體芯片之間，以消散由熱照射引起的熱或機(jī)械應(yīng)力。
半導(dǎo)體芯片一般是用各種金屬或聚合物的焊料密封在氣密的外殼中。這些焊料通常是在相當(dāng)高的溫度下熔化，為的是使它們能經(jīng)受密封氣密的外殼所需要的處理溫度，即400℃以上。典型的焊料和技術(shù)已在題為“焊劑與封裝的密封材料”(“Die Bonding & Packing Sealoing Matenals”)文中公開(kāi)，它是由辛格爾(Singer)，1983年12月發(fā)表在國(guó)際半導(dǎo)體(Semiconductor lnternational)中以及用于芯片附著裝置的新的金屬系列(“A new Metal sgstem for Die Attachment”)文中，它是由溫德?tīng)柕人?，發(fā)表在“技術(shù)程序進(jìn)展”國(guó)際年刊，電子封裝會(huì)議，1982年第2期，第715-727頁(yè)中(by Winder et al.in Proc。Tech.Program-Aunu.lnt.，ELectron.Pbckag.Conf ZND，1982，Pages 715-727)。也在美國(guó)專利號(hào)為3，593，412中公開(kāi)了一個(gè)唯一的附著裝置。
在一個(gè)典型的裝配操作中，將一半導(dǎo)體芯片或集成電路置于一個(gè)裝有焊料的底座的凹槽中。然后，將底座加熱的熔化焊料，同時(shí)將芯片粘到底座的凹槽中。接著，將凹槽蓋蓋上，再加熱，使蓋與底座封緊，形成一個(gè)芯片的氣密外殼。蓋的密封溫度一般約在400℃到450℃之間。這種形式的工藝實(shí)例已在美國(guó)專利號(hào)為4，229，758和號(hào)為4，487，638中公開(kāi)。
當(dāng)氣密的半導(dǎo)體封裝的底座和蓋采用金屬諸如某些銅合金時(shí)，半導(dǎo)體芯片一般的是硅，直接附著到金屬襯底上。和下述情況，即底座與芯片的熱膨脹系數(shù)(CTE)低度的不匹配，這對(duì)通常的陶瓷封裝常是如此，有所不同的是而金屬底座之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配度很大，即約100到約130×10-7英寸/英寸/度(in/in/℃)。相比之下氧化鋁和硅之間熱膨脹系數(shù)的不匹配度大約只有15×10-7英寸/英寸/度。
在熱循環(huán)中CTE不匹配的結(jié)果導(dǎo)致大的應(yīng)變和熱應(yīng)力的形成。例如。當(dāng)一個(gè)硅芯片用通常含2%金的硅焊封金屬附著到一金屬襯底上，大約在400℃的溫度對(duì)其處理。在芯片附著到襯底上之后，將其冷卻到室溫。經(jīng)常的是，由于它們的CTE不匹配而產(chǎn)生熱應(yīng)力使芯片不是破裂就是從襯底的接處分離。
熱膨脹系數(shù)很不匹配所引起的問(wèn)題在不少實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)過(guò)，例如一有銀涂層的硅芯片直接附著到一鍍金的銅合金的襯底上。此襯底的熱膨脹系數(shù)約為170×10-7英寸/英寸/度。密封或焊接材料既可是通常的含2%金的硅的芯片附著含金或者是一種焊料，它含約25%的銀，10%的銻和余下的為錫。用含2%金的硅使有銀涂層的硅芯片附著到銅合金的襯底上，沒(méi)能成功，這是因?yàn)樾酒诶鋮s至室溫時(shí)一般地都斷裂，此斷裂是由于芯片和銅合金底座兩者的熱膨脹系數(shù)的極大不匹配即約120×10-7英寸/英寸/度所造成。
相比之下，芯片附著裝置配以較柔順的焊料獲得成功。然而，芯片在五個(gè)熱沖擊實(shí)驗(yàn)循環(huán)后開(kāi)始斷裂，實(shí)驗(yàn)中器件是在液體中從室溫加熱到150℃，然后在液體中冷卻至-650℃。這個(gè)芯片附著裝置經(jīng)受這種形式的熱沖擊試驗(yàn)至少要15個(gè)循環(huán)才能符合MIL-STD-883B，方法10 1103，條件C。
為將半導(dǎo)體芯片附著到一個(gè)襯底上并能經(jīng)受芯片和襯底在熱循環(huán)中導(dǎo)致的應(yīng)力而提供的一個(gè)半導(dǎo)體芯片的附著裝置，是本發(fā)明的根本問(wèn)題。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一半導(dǎo)體芯片附著裝置和避免上述結(jié)構(gòu)中一個(gè)或更多限制和缺點(diǎn)的附著工藝。
本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是，提供一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置和能消除在半導(dǎo)體芯片和襯底之間形成的熱應(yīng)力的附著工藝。
本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，提供一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置和附著工藝，其中在半導(dǎo)體芯片和襯底之間設(shè)置一個(gè)緩沖部件，這樣，提供了一個(gè)應(yīng)力衰減通道以消除熱應(yīng)力。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，提供了一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置和附著工藝，其中的緩沖部件是銀-錫合金。
另一個(gè)仍為本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，提供一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置和附著工藝，其中的緩沖部件是一條鎳-鐵帶用銀-錫合金焊接。
因此，已經(jīng)提供了一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置和附著工藝，其適用于將半導(dǎo)體芯片附著到一金屬或金屬-陶瓷襯底上。在一實(shí)施方案中，一用于消除熱應(yīng)力的金屬過(guò)渡部件置于襯底和半導(dǎo)體芯片之間，以消除由襯底和芯片在熱循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力。金屬部件最好是用銀-錫密封焊料密封在襯底和芯片之間。在另一實(shí)施方案中，銀-錫密封焊料可單獨(dú)用于連接芯片與襯底，以消除熱循環(huán)所帶來(lái)的熱應(yīng)力。
本發(fā)明和本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)現(xiàn)由附圖中的較佳實(shí)施方案闡明。
圖1示出了符合本發(fā)明的包括緩沖層在內(nèi)的半導(dǎo)體芯片附著裝置。
圖2示出了配有抗氧化層和緩沖層的半導(dǎo)體芯片附著裝置。
圖3示出了配有緩沖層，勢(shì)壘層和抗氧化層的半導(dǎo)體芯片附著裝置。
圖4示出了用銀-錫焊料將芯片附著到一襯底上的半導(dǎo)體芯片附著裝置。
在圖1中圖示了用于將半導(dǎo)體芯片12附著到金屬或金屬陶瓷襯底14上的半導(dǎo)體芯片附著裝置10。組件16是置于襯底14和芯片12之間的，是用于消除由熱循環(huán)帶來(lái)的熱應(yīng)力的。焊封部件18，19是將消除熱應(yīng)力的組件附著到金屬襯底14和半導(dǎo)體芯片12上。
本發(fā)明予定的目的是形成一半導(dǎo)體的封裝，其中的襯底或底座是由具有相當(dāng)高的熱膨脹系數(shù)約為170×10-7英寸/英寸/度附近的金屬制成。要附著到襯底的半導(dǎo)體芯片一般具有比較低的熱膨脹系數(shù)約為50×10-7英寸/英寸/度。通常，半導(dǎo)體芯片是用金-硅合金約在400℃下附著到底座上或用焊料在約300℃下。然而已發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片可用一種合金材料焊封或焊接到襯底上，此合金由約20到約40重量百分比的銀和約80到約60重量百分比的錫制成。最佳的焊封材料的成分約為25到約35重量百分比的銀和約75到約65重量百分比的錫。焊封材料在溫度范圍約為350℃到約為450℃中使用，最好是在約390℃到約410℃的范圍。
另一個(gè)焊封材料主要由約為5到約20重量百分比的銅和余下的主要為銦組成。最好這種合金的組分由約為5到約13重量百分比的銅和余下的主要為銦組成。再一個(gè)焊接材料主要由約2到約20重量百分比的錫和余下的主要為鉛組成。最好是，組分主要由約為4到約為8的重量百分比的錫和余下的主要為鉛組成。
用銀-錫焊封材料和用其它焊接材料，要附著的芯片的表面需要如下所述的一抗氧化層。因?yàn)殂y-錫或其它焊接材料不會(huì)沾在用以制造芯片的硅或其它典型的芯片材料上。在任一情況，在冷卻至室溫時(shí)一般會(huì)使芯片斷裂，這是由于底座和芯片的熱膨脹系數(shù)很不匹配。
本發(fā)明由于在襯底和芯片之間插入一薄金屬的或非金屬的緩沖部件而克服了此問(wèn)題。緩沖部件消除了在芯片和襯底冷卻至室溫時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變而帶來(lái)的熱應(yīng)力。最好是緩沖部件具有的熱膨脹系數(shù)不接近于襯底而加接近芯片的熱膨脹系數(shù)。那么，在芯片附著裝置開(kāi)始冷卻時(shí)由膨脹系數(shù)不匹配引起的應(yīng)變發(fā)生在熱膨脹系數(shù)不匹配的緩沖部件和襯底之間，而不是在熱膨脹系數(shù)更加接近的緩沖部件和芯片之間。將熱膨脹系數(shù)的較大差別置于金屬緩沖層和金屬襯底兩者之間的優(yōu)點(diǎn)是金屬與金屬的焊接一般具有可延性，很能經(jīng)受應(yīng)力和形變。另一方面在緩沖層和芯片的界面上減少應(yīng)力和形變是很重要的，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料很脆，不能經(jīng)受任何大的形變。實(shí)際上，脆的半導(dǎo)體材料和金屬緩沖層之間的任何應(yīng)力很容易導(dǎo)致半導(dǎo)體材料的斷裂或在芯片與襯底的界面上產(chǎn)生分離。
參照?qǐng)D1，用于消除熱應(yīng)力的部件最好為一個(gè)薄的，膨脹系數(shù)受到限制的合金緩沖部件20，其厚度約為1到約為20密耳。最好的緩沖部件的厚度在約為2到約為8密耳之間。緩沖部件要相當(dāng)薄，這是很重要的，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體器件12和襯底14之間指定要提供一個(gè)應(yīng)力衰減的通道。由于半導(dǎo)體器件和襯底14都相當(dāng)原和堅(jiān)硬，所以為使其在執(zhí)行應(yīng)力衰減功能時(shí)提供必要的韌性和形變，緩沖部件20要相當(dāng)薄是很重要的。實(shí)際上，緩沖部件可形變到塑性區(qū)以補(bǔ)償在芯片附著之后的冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力。但是，即使以上的激烈變形也不明顯地影響半導(dǎo)體器件的工作，只要后者既沒(méi)斷裂也沒(méi)在其與緩沖部件的界面上分離。
緩沖部件也具有在約35×10-7到約100×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)。最可取的是緩沖部件具有40×10-7到約80×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)(CTE)。通常理想的是緩沖部件的熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體芯片的CTE匹配和相當(dāng)接近。緩沖部件可由金屬或合金，或陶瓷構(gòu)成，這些具有低的CTE材料可從鎢、錸、鉬、及其合金，和鎳-鐵合金以及陶瓷的一組材料中選擇。幾種鎳-鐵合金的具體例子為42Ni-58Fe，64Fe-36Ni和54Fe-28Ni-18Co。用任何金屬或合金形成緩沖部件，這也是在本發(fā)明范圍之內(nèi)，只要比金屬或合金能符合上面提到的適用的熱膨脹系數(shù)的要求。
如圖3所示，為使緩沖部件20″的材料與焊封或焊接部件18″，19″到成一個(gè)堅(jiān)固的焊封，常常有必要在緩沖部件的正反表面26″和28″上形成第一和第二勢(shì)壘層42和44。在本說(shuō)明書中，標(biāo)以撇號(hào)的，雙撇號(hào)的和標(biāo)了三個(gè)撇號(hào)的參考數(shù)碼與用同樣沒(méi)有加撇號(hào)的參考數(shù)碼表示基本上相同的部件。勢(shì)疊層一般是由鎳，鈷及其合金的一類材料構(gòu)成。然而，用任何適用的金屬或合金形成勢(shì)壘層也在本發(fā)明范圍內(nèi)，此金屬或合金能防止緩沖材料和勢(shì)壘層上按下述所形成的抗氧化層之間的互相擴(kuò)散。勢(shì)壘層也促進(jìn)了下述抗氧化層與緩沖部件或襯底的焊接。勢(shì)壘層是用任一通常的方法形成，例如用電鍍形成，厚度約為1.5到10微米。勢(shì)壘層的厚度最好是約為2到約為3微米。
抗氧化層22″和24″是分別在勢(shì)壘層42和44上形成的?？寡趸瘜右话闶菑慕?，銀、鈀、鉑及其合金的一組材料中選擇而制成的。這些金屬是特別按其在高焊封溫度下具有的抗氧化能力來(lái)選擇的。一般的是將它們電鍍到勢(shì)壘層上，其厚度為約1.5到約10微米。最好是，抗氧化層的厚度約為2到約為3微米。將抗氧化層直接鍍到一個(gè)需要的表面上，而沒(méi)有中間的勢(shì)壘層，這也是在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
襯底14″可由金屬或合金形成，但也可由其它材料形成，諸如具有高于約140×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)的陶瓷或金屬陶瓷形成。一般地襯底材料具有約160×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)。正象在緩沖部件20″的情況，在襯底14″的表面34′上形成勢(shì)壘層38是理想的。這個(gè)勢(shì)壘層是由與上面提到過(guò)的緩沖部件20″上的勢(shì)壘層42和44基本上相同的材料形成。進(jìn)而，可在勢(shì)壘層38上形成一抗氧化層30′。層30′是由為緩沖部件20″上的層22″和24″所選擇的相同類型的材料形成。
焊封或焊接部件18，19是諸如具有熔點(diǎn)低于約450℃的合金焊接材料。一般地，焊料是從金-硅，金-錫，銀-錫和銀-銻-錫-類的合金中選擇。更通常的焊料是其熔點(diǎn)約為363℃的含金22%的硅。然而，已發(fā)現(xiàn)銀-錫合金是一很好的又較便宜的焊接材料。焊接材料最好是由約20到約40重量百分比的銀和約80到約60重量百分比錫形成。最好是焊接材料的成分將是約25到約35重量百分比的銀和約75到約65重量百分比的錫。這個(gè)材料將在約350到約450℃的溫度范圍內(nèi)使用，最好是在約390°到約410℃的范圍。焊封材料的一個(gè)重要性能是其焊接到襯底、緩沖部件和半導(dǎo)體芯片上的能力。為了增強(qiáng)這種焊接，每一個(gè)部件一般地具有上述提到的抗氧化層。
半導(dǎo)體芯片12一般是由硅、砷化鎵，碳化硅及其組合物一類材料形成。為了使芯片12能焊接焊封部件19上，可在芯片的表面上敷一抗氧化層。此層可從所使用的在緩沖部件上形成抗氧化層的材料中選擇。最好，此材料與整個(gè)芯片附著裝置使用的其它抗氧化層的相同。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明將在這里參照?qǐng)D3，提供一個(gè)將半導(dǎo)體芯片附著到緩沖部件16′和金屬襯底上的工藝過(guò)程說(shuō)明。襯底14″和緩沖部件20″最好用任何適合的工藝如電鍍，在其表面上形成一勢(shì)壘層和一抗氧化層。芯片12″一般地在其要焊接的表面上有一抗氧化層32′。底座14″首先一次加熱到約365℃到400℃之間的溫度。這種加熱是在不活潑的或還原氣氛中進(jìn)行以防止襯底的氧化。通常還原氣氛是含氮4%的氫而不活潑氣氛一般是氮、氬、氦或氖。然而，用其它通常的氣體形成這類的氣氛也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
一旦襯底已加熱到所需的溫度，將一條焊封部件18″，最好是與芯片12″的大小一樣置于抗氧化層30′的表面上。然后，將緩沖組件16′堆放到材料18″之上。而后，將一條狀的材料19″它基本上與置于襯底和緩沖部件之間的大小相等，置于緩沖部件之上。最后，將半導(dǎo)體芯片置于焊封部件19″之上，并使其抗氧化層32′與焊封部件19″相接觸。將整個(gè)裝置加熱到使焊封部件熔化并將整個(gè)裝置焊接成一體。一般地是將半導(dǎo)體芯片在焊接部件19″上晃動(dòng)或蹭動(dòng)，以保證層32′能適當(dāng)浸潤(rùn)上焊料，使芯片牢固地焊到緩沖部件上。最后，焊好的裝置從加熱中移出并冷卻到室溫。可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的接線技術(shù)將半導(dǎo)體芯片連接到引線架上。
雖然本發(fā)明最好在襯底和緩沖部件20之間置放一焊接部件18，但取消焊封部件18而將緩沖部件直接點(diǎn)焊到襯底14也是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這可由在足夠的加熱時(shí)間和壓力下達(dá)到一定的熔化度使得固態(tài)擴(kuò)散以將緩沖部件直接與襯底焊牢。這還可不用在這些部分之間加勢(shì)壘層的辦法實(shí)現(xiàn)。此范疇的實(shí)施例可以用圖1中取消焊接層19而示出。
參照?qǐng)D1示出的實(shí)施例，示出了體現(xiàn)本發(fā)明概念的基本的芯片附著裝置10。用于消除熱應(yīng)力的部件16最好包括在本說(shuō)明書中前述的膨脹系數(shù)受到限制的合金制成的薄緩沖部件20。
焊接或焊封部件18，19是從諸如具有熔點(diǎn)低于450℃的合金焊接材料中選擇。雖然合金焊接材料可從金-硅，金-錫，銀-錫銀-銻-錫和其混合物的一類材料中選擇，但常用的是一種銀-錫合金。銀-錫合金焊接材料最好是主要包括約20到約40重量百分比的銀和其余的主要為錫。更可取的是這焊接的合金材料成份主要包括約25到約35重量百分比的銀和其余的主要為錫。焊接材料所使用的溫度范圍為約350°到約450℃，最好是在390°到約410℃的范圍。焊接材料的一個(gè)重要性能是其粘著到襯底緩沖部件和半導(dǎo)體芯片上的能力。為增強(qiáng)此焊接，如需要的話，每一部件可具有一抗氧化層或涂層已描述如前。
襯底14最好是由金屬或合金形成，也可由其它材料諸如具有大于約140×10-7英寸/英寸/度熱膨脹系數(shù)的陶瓷或金屬陶瓷構(gòu)成。一般地，襯底材料具有約160×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)。襯底14最好是備有凹槽45以便裝入芯片12。然而刪掉凹槽，并將芯片附著到襯底的上表面47也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參照?qǐng)D2，它示出了半導(dǎo)體芯片附著裝置21，它具有第一和第二抗氧化層22和24，它們放在緩沖部件20的正反表面26和28上。還有抗氧化層30和32是分別放在襯底14′和芯片12′的表面34和36上?？寡趸瘜釉黾恿撕附硬牧?8′和19′與緩沖部件襯底和芯片之間的焊接強(qiáng)度。這些層或涂層一般是從金、銀、鈀、鉑及其合金的一類材料中選擇而形成的。將抗氧化層直接鍍到如本文中已描述的各部件表面的中間勢(shì)壘層上。這也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
為了改進(jìn)芯片12′與焊封部件19′的粘著性，可在芯片的表面36涂蓋一個(gè)第四抗氧化層32。這個(gè)層最好是從緩沖部件20′上所使用的抗氧化層材料中選取。一般地，這材料是與整個(gè)芯片附著裝置中所使用的其它抗氧化層相同。
參照?qǐng)D3，它示出了半導(dǎo)體芯片附著裝置40，其第一和第二勢(shì)壘層42和44處于緩沖部件20″的正反表面26″和28″上。已發(fā)現(xiàn)勢(shì)壘層對(duì)防止在其所在處的表面上形成氧化物特別有效。比如在鎳-鐵緩沖部件正反焊接表面上的勢(shì)壘層能防止該部件表面上形成鐵的氧化物。這些氧化物能抑止焊接材料焊接到緩沖部分的焊接能力。勢(shì)壘層可與抗氧化涂層結(jié)合使用，因?yàn)楹笳卟粫?huì)阻止氧從那里通過(guò)。例如在某些焊接條件下如果銀單獨(dú)被用于鍍到緩沖部件20″，它將不是緩沖部件與氧相互反應(yīng)和強(qiáng)大障礙。結(jié)果將是形成氧化物，如氧化鐵，它將漏過(guò)抗氧化層22″，24″并減弱焊接材料18″，19″之中的焊接力。勢(shì)壘層38也可涂在襯底14″的表面34′上。根據(jù)需要，有選擇地在任何表面上設(shè)置勢(shì)壘層也屬本發(fā)明的范疇。
在另一實(shí)施方案中，如圖4所圖示的，刪除了緩沖部件，半導(dǎo)體芯片12″′與襯底14″′只用焊接材料50焊接?，F(xiàn)在可認(rèn)為焊接材料，如果它是足夠柔順，能征受熱沖擊試驗(yàn)，單獨(dú)地就可以充分地消除由熱循環(huán)引起的熱應(yīng)力。然而，緩沖部件，依舊在裝置中有優(yōu)越性因?yàn)榕c上述的焊接材料相比，它將應(yīng)力分散到大于整個(gè)緩沖材料的厚度。較佳的焊接材料50是主要具有的20到40重量百分比的銀和其余的為錫的銀-錫合金。最好是，焊接合金材料的成分主要為約225到約35重量百分比的銀和其余的為錫。銀-錫合金最好是不含銻。然而，只要銀-錫合金足夠柔順，使芯片的附著裝置能經(jīng)受熱沖擊試驗(yàn)，它可含有高達(dá)但不包括10%的銻。
最好是，焊接材料在工藝過(guò)程中的溫度為約350℃到約450℃范圍，最佳是在約390℃到約410℃的范圍。使用銀-錫焊接材料，芯片附著表面36″最好是用抗氧化層32″復(fù)蓋，因?yàn)殂y-錫不容易使硅或其他用以制造芯片的材料浸潤(rùn)上焊料。本發(fā)明的一個(gè)重要方面是提供了一個(gè)足夠厚的焊接材料50層以消除由芯片和襯底之間熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。焊接材料層的厚度最好是在約1到15密耳之間。
為了使焊接部件滿意地焊接到襯底14″′上，也許最好是在表面52上復(fù)蓋一抗氧化層。如在說(shuō)明書中所述的。假如再理想的話，可將一緩沖層置于抗氧化層和襯底表面之間，它的材料已在圖3的實(shí)施方案中述過(guò)。為此目的的實(shí)施例可用圖2和3取消緩沖層20′和20″后表示出。
很明顯根據(jù)本發(fā)明已提供了一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置和采用此裝置的工藝，它已完全滿是上述已提出的目的，意義和優(yōu)越性。盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合實(shí)施方案進(jìn)行了描述，很顯然，在上述描述的引導(dǎo)下，在本技術(shù)領(lǐng)域：
中有技藝的人將會(huì)提出很多的替代，修改和變型。因此本發(fā)明意圖包括在本精神和附加權(quán)利要求
的廣闊范圍內(nèi)的替代，修改和變型。
權(quán)利要求
1、適用于將半導(dǎo)體芯片12附著到襯底14的一個(gè)半導(dǎo)體芯片附著裝置10，其特征在于；
一個(gè)襯底14；
一個(gè)半導(dǎo)體芯片12；
用于消散上述襯底和芯片在熱循環(huán)中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，而設(shè)置在上述襯底14和上述半導(dǎo)體芯片12之間并使間者焊牢的組件16。熱應(yīng)力消散組件16的特征在于；
一具有在約35×10-7到約100×10-7英寸/英寸/度之間的熱膨脹系數(shù)的薄緩沖部件20；和
用于將上述金屬緩沖部件焊于上述襯底和上述芯片的焊接材料18，19。
2、權(quán)利要求
1的芯片附著裝置，其特征在于上述的緩沖部分件20是由從鎢，錸，鉬及其合金，鎳-鐵合金和陶瓷的一類材料中送出而構(gòu)成的。
3、權(quán)利要求
2的芯片附著裝置，其特征在于上述的焊接材料包括第一和第二焊接材料層18和19，這些焊接材料層置于上述緩沖部件20的正反焊接表面上，上述的焊接材料是從金-硅，金-錫，銀-錫，銀-銻-錫，鉛-錫，銅-銦和它們的混合物的一類材料中選擇的合金。
4、權(quán)利要求
3的芯片附著裝置，其進(jìn)一步的特征為，第一和第二抗氧化層是分別安排在上述焊接材料層和上述緩沖部件的正反焊接表面之間的，上述的第一和第二抗氧化層是從金銀，鈀，鉑及其合金的一類材料中選擇的。
5、權(quán)利要求
4的芯片附著裝置，其進(jìn)一步的特征為，第一和第二勢(shì)量層是分別安排在上述第一和第二抗氧化層兩者與上述的緩沖部件之間的。上述的第一和第二勢(shì)量層是從上述的鎳，鈷及其合金的一組材料中選擇的。
6、權(quán)利要求
5的芯片附著裝置，其特征在于上述的襯底具有大于約140×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)，上述的襯底材料是從金屬，合金，陶瓷和金屬陶瓷的一組材料中選取的。
7、權(quán)利要求
6的芯片附著裝置特征在于上述的襯底具有第三抗氧化層，此抗氧化層是在半導(dǎo)體芯片附著處的表面上的，上述的第三抗氧化層的材料是從金，銀，鈀，鉑及其合金的一組材料中選取的。
8、權(quán)利要求
7的芯片的附著裝置進(jìn)一步包括在上述第三抗氧化層和上述襯底之間的第三勢(shì)量層，上述的第三勢(shì)量層是由鎳，鈷及其合金的一組材料中選取的。
9、適用將半導(dǎo)體芯片12附著到襯底14的工藝，其特征在于以下工藝步驟
提供一襯底14;
將具有第一和第二即正反焊接表面的薄緩沖部件20置于上述襯底之上，它是用于消散熱循環(huán)帶來(lái)的熱應(yīng)力，上述的緩沖部件20具有在約35×10-7到約100×10-7英寸/英寸/度之間的熱膨脹系數(shù);
將第一焊接材料層18置于襯底和緩沖部件20的第一焊接表面之間;
將第二焊接材料層19置于上述緩沖部件20的第二焊接表面上;和
將分層組件加熱使焊接材料熔化并使襯底與緩沖部件焊牢。
10、權(quán)利要求
9的工藝，其進(jìn)一步特征在于以下工藝步驟
提供半導(dǎo)體芯片12;
將半導(dǎo)體芯片置于第二焊接材料層19之上;和
將上述的分層裝置加熱，熔化焊接材料，使芯片焊到第二焊接材料層上。
11、權(quán)利要求
10工藝的上述焊接材料是從金-硅，金-錫，銀-銻-錫，銀-錫，鉛-錫，銅-銦及其混合物的一組材料中選取的合金。
12、權(quán)利要求
11的工藝特征所包括的工藝步驟如下
選擇具有大于約140×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)的上述襯底，和
選擇上述襯底是從金屬，合金，陶瓷和金屬陶瓷的一組材料中選取的。
13、適用于將半導(dǎo)體芯片12″′附著到金屬襯底14″′的半導(dǎo)體芯片附著裝置，其特征為
一個(gè)襯底14″′
一個(gè)半導(dǎo)體芯片12″′
設(shè)置和焊接在上述襯底14″′和上述半導(dǎo)體芯片12″′之間的元件50是用于消散上述襯底和芯片在熱循環(huán)中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，上述的熱應(yīng)力消散裝置包括置于上述襯底和上述半導(dǎo)體芯片之間的焊接材料層，該焊接材料是從主要含的20到的40重量百分比的銀和其余主要為錫，約5到20重量百分比的銅和其余主要為銦和約2到約20重量百分比的鉛和其余為錫的一組材料中選取的。
14、權(quán)利要求
13的芯片附著裝置的特征在于，上述的焊接材料50具有在約1到約5密耳之間的厚度。
15、權(quán)利要求
14的芯片附著裝置特征在于上述的襯底14″′和上述的半導(dǎo)體芯片12″′分別具有第一和第二抗氧化層，并安排在上述襯底和上述芯片兩者與上述焊接材料之間，以增強(qiáng)焊接到上述焊接材料的能力，上述第一和第二抗氧化層是從金，銀，鈀，鉑及其合金的一組材料中選擇的。
16、權(quán)利要求
15的芯片附著裝置，特征在于構(gòu)成上述襯底的材料是從金屬，合金，陶瓷和金屬陶瓷的一組材料中選擇的。
17、權(quán)利要求
16的芯片附著裝置，其進(jìn)一步特征為，在上述第一抗氧化層和上述襯底之間置一勢(shì)量層，上述勢(shì)量層是從鎳，鈷及其合金的一組材料中選取。
18、適用于將半導(dǎo)體芯片附著到襯底上的工藝，其特征在于以下工藝步驟
提供一襯底14″′
提供一半導(dǎo)體芯片12″′
用焊接材料層50將襯底與芯片焊牢以消散襯底和芯片在熱循環(huán)中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，上述的焊接材料主要是從約20到約40重量百分比的銀和其余主要為錫，約5到約20重量百分比的銅和其余主要為銦，約2到約20重量所分比的銅和其余主要為錫的一組材料中選取;
將包括襯底，焊接材料和芯片的裝置加熱到焊接材料熔化的溫度;和
在焊接材料將襯底焊接到芯片后將此裝置冷卻。
19、權(quán)利要求
18的工藝特征在于提供了上述具有厚度在約1到約15密耳的上述焊接材料層的工藝步驟。
20、權(quán)利要求
19的工藝特征在于以下工藝步驟
選擇具有大于約140×10-7英寸/英寸/度的熱膨脹系數(shù)的上述襯底14″′，和
上述襯底是從金屬，合金，陶瓷和金屬陶瓷的一組材料中選取。
專利摘要
提供了一個(gè)適合于將半導(dǎo)體芯片12附著到襯底14上的半導(dǎo)體芯片附著裝置10。用于消散熱應(yīng)力的金屬緩沖部件20置于襯底14和半導(dǎo)體芯片12之間，以消散襯底和芯片在熱循環(huán)中產(chǎn)生的應(yīng)力。金屬緩沖部件20是用銀-錫組分的焊封材料焊封在襯底和芯片之間，焊接材料50于單獨(dú)應(yīng)用于將一芯片焊到襯底上并消散由熱循環(huán)產(chǎn)生的應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01L21/60GK86101652SQ86101652
公開(kāi)日1986年11月12日 申請(qǐng)日期1986年3月14日
發(fā)明者邁克爾·J·普約, 米利斯·C·費(fèi)斯特, 納倫德拉·N·辛格迪奧, 迪帕克·馬胡利卡, 薩特亞姆·C·奇魯庫(kù)里 申請(qǐng)人:奧林公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan