薄膜材料ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 13:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn)生灰塵 電子封裝工程中至關(guān)重要的膜材料及膜技術(shù) 膜材料 ?下表列出與電子封裝工程相關(guān)的各類膜材料，同時給出用途、性質(zhì)及成膜方法等 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? 材料的種類及性質(zhì) ? 導(dǎo)體薄膜的主要用途 ?形成電路圖形，為半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體芯片、電阻、電容等電路搭載部件提供電極及相互引線，以及金屬化等 ? 為保證金屬 — 半導(dǎo)體間連接為歐姆接觸，要求： ?金屬與半導(dǎo)體的結(jié)合部位不形成勢壘 ?對于ｎ型半導(dǎo)體，金屬的功函數(shù)要比半導(dǎo)體的功函數(shù)小 ?對于ｐ型半導(dǎo)體，與上述相反 ?金屬與半導(dǎo)體結(jié)合部的空間電荷層的寬度要盡量窄，電子直接從金屬與半導(dǎo)體間向外遷移受到限制等 薄膜材料 ?導(dǎo)體薄膜材料 ?電阻薄膜材料 ?介質(zhì)薄膜材料 ?功能薄膜材料 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? 材料的種類及性質(zhì) ? 實際情形 ?隨半導(dǎo)體的表面處理，在導(dǎo)體和半導(dǎo)體表面往往會存在薄的氧化膜，但電子通過隧道效應(yīng)可穿過此膜層，因此并不存在很大的問題 ?依表面處理條件不同，半導(dǎo)體的表面狀態(tài)會發(fā)生變化，相應(yīng)金屬及半導(dǎo)體的功函數(shù)也會發(fā)生變化 ?功函數(shù)還與表面能級、晶體取向等相關(guān)，必須注意其值的變化 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? 材料的種類及性質(zhì) ? 其他布線及電極用的導(dǎo)體材料，還應(yīng)具有下述特性： ?電導(dǎo)率要高 ?對電路元件不產(chǎn)生有害影響，為歐姆連接 ?熱導(dǎo)率高、機械強度高，對于堿金屬離子及濕度等的電化學(xué)反應(yīng)要盡量小 ?高溫狀態(tài)，電氣特性也不發(fā)生變化，不發(fā)生蠕變現(xiàn)象 ?附著力大，成膜及形成圖形容易 ?可形成電阻、電容，可進行選擇性蝕刻 ?可進行Ａｕ絲、Ａｌ絲引線鍵合及焊接等加工 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? 材料的種類及性質(zhì) ? 實際情形 ?單一種導(dǎo)體不可能滿足上述所有要求 ?構(gòu)成電子電路往往需要多種導(dǎo)體膜的組合 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? 而且 ?相互連接及電極中往往也不是采用單一金屬，而是多種導(dǎo)體膜積層化，以達到上述各種要求 ? 多層金屬組合的實例 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? 多層組合薄膜說明 ?導(dǎo)體的表面方阻均在５０ｍ Ω／□以下 ?進一步降低電阻，需要在Ａｕ膜上再電鍍Ａｕ ?所列的材料組合之外，在半導(dǎo)體ＩＣ的電極凸點及梁式引線部分，還采用Ａｕ－Ｐｄ－Ｔｉ，Ｓｎ Ｓｂ－Ｃｕ－Ｃｒ，Ａｕ－Ｗ Ｔｉ等組合，以及ＰｔＳｉ，Ｐｄ ２ Ｓｉ，ＣｒＳｉ等金屬硅化物作導(dǎo)體。 ? Ａｕ ?可滿足上述條件中的大部分 ?單獨使用時與基板及ＳｉＯ ２ 等膜層的附著力太低 ?往往在最底層采用ＮｉＣｒ，Ｃｒ，Ｔｉ等附著性好的膜層 ?最上層采用容易熱壓附著或容易焊接的Ａｕ及Ｐｂ Ｓｎ等 ?但兩種金屬薄膜相互結(jié)合時，往往在比塊體材料更低的溫度下就產(chǎn)生明顯擴散，生成化合物。 薄膜材料 導(dǎo)體薄膜材料 ? Ａｌ ?特點 ?Ｓｉ基ＩＣ常用導(dǎo)體材料 ?與作為ＩＣ保護膜的ＳｉＯ ２ 間的附著力大 ?對于ｐ型及ｎ型Ｓｉ都可以形成歐姆接觸 ?可進行引線鍵合 ?電氣特性及物理特性等也比較合適 ?價格便宜 ?作為ＩＣ用的導(dǎo)體普遍采用 ?但 ?隨環(huán)境、氣氛溫度上升，Ａｌ與Ａｕ發(fā)生相互作用，生成金屬間化合物，致使接觸電阻增加，進而發(fā)生接觸不良 Ａｌ ?當(dāng)Ａｌ中通過高密度電流時，向正極方向會發(fā)生Ａｌ的遷移，即所謂電遷移 ?在５００ ℃ 以上，Ａｌ會浸入下部的介電體中 ?在ＭＯＳ元件中難以使用 ?盡管Ａｌ的電阻率低，與Ａｕ不相上下，但由于與水蒸氣及氧等發(fā)生反應(yīng)，其電阻值會慢慢升高。 ? Al與 Au會形成化合物 ?Al端子與 Au線系統(tǒng)在 300℃ 下放置 2～ 3ｈ，或者使氣氛溫度升高到大約４５０ ℃ ，其間的相互作用會迅速發(fā)生，致使鍵合部位的電阻升高 ?此時，上、下層直接接觸， Au、 Al之間形成脆、弱 AuAlAuxAl等反應(yīng)擴散層。造成鍵合不良 ?采用 Au－ Au組合或 Al－ Al組合。在 Au、 Al層間設(shè)置 Pd、 Pt等中間層，可防止反應(yīng)擴散發(fā)生，形成穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu) Ａｌ ? 存在電遷移 ?Al導(dǎo)體中流過電流密度超過 106A/cm2 ?或多或少地發(fā)生電遷移現(xiàn)象 ?氣氛溫度上升，電遷移加速，短時間內(nèi)即可引起斷線 ?Al導(dǎo)體膜在大約 300℃ 長時間放置，會發(fā)生“竹節(jié)化”，即出現(xiàn)結(jié)晶化的節(jié)狀部分和較瘦的桿狀部分 ?進一步在 500℃ 以上放置， Al會浸入到下層的 SiO2中，引起Si基板上的 IC短路 ? 因此，使用 Al布線的ＭＯＳ器件，必須兼顧到 附著力、臨界電壓、氧化膜的穩(wěn)定性、價格等 各種因素，對材料進行選擇。 連接與布線的形成及注意點 ?Si IC中的 Al布線可由 Cr－ Au代替。 Cr－Au與玻璃間具有良好的附著性，ｐ型、ｎ型Ｓｉ均能形成歐姆結(jié)合 ?Cr－ Au成膜有兩種方法 ?其一是將基板加熱到２５０ ℃ ，依次真空蒸鍍 Cr和 Au ?其二是采用濺射法沉積 ?Cr－ Au系中 Cr膜的膜厚及電阻率如表３－６所列 連接與布線的形成及注意點 ? Cr－ Au系可能引起劣化的機制 ?Cr向 Au中的擴散，由此會引起電阻增加 ? Mo－ Au系 ?比 Cr－ Au系在更高些
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