對于DBC基板、DBA基板以及底板來說,銅或鋁表面在空氣中會發(fā)生氧化,形成的氧化物薄膜會阻礙與互連材料如燒結(jié)銀之間的原子擴散和金屬鍵的形成,降低連接強度。為避免基板表面的氧化,提升與互連材料之間的連接強度,需要對基板進(jìn)行金屬鍍層處理。低溫?zé)Y(jié)銀鍍層要求有哪幾點?

1、原子擴散

DBC基板、DBA基板以及底板表面的金屬鍍層通常具有基板與互連材料之間的熱導(dǎo)通、機械連接和電氣連接這三個功能。需要形成金屬鍍層與基板之間的原子擴散,形成原子結(jié)合。該連接需要在釬焊或燒結(jié)銀互連過程中穩(wěn)定,需要在可靠性測試如溫度循環(huán)中保持高強度的連接,并且具有較低的界面熱阻。

2、潤濕性

隨著第三代半導(dǎo)體器件向高溫、大功率方向的發(fā)展,DBC基板、DBA基板以及底板表面的金屬鍍層需要滿足高溫可靠性的要求。需要對互連材料具有良好的潤濕性,來形成無空洞連接層。金屬鍍層表面需要避免產(chǎn)生氧化物或氮化物,避免底層的元素擴散到表面造成污染。

3、金屬間化合物層、

需要盡量避免產(chǎn)生金屬間化合物。金屬間化合物一般為脆性,三元金屬間化合物比二元金屬間化合物更脆,易導(dǎo)致可靠性問題。如不能避免,需要盡量形成較薄的、不連續(xù)的金屬間化合物層;4、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能需要具有盡量低的界面電阻和界面熱阻,來保證良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。低溫?zé)Y(jié)銀焊膏,具有較高的熔點、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和可靠性,可以應(yīng)用于耐高溫芯片互連。鎳作為一種在基板、底板以及印刷電路板等表面常見的金屬鍍層,鍍層成本低,具有良好的耐腐蝕性。

如果可以實現(xiàn)高強度的低溫?zé)Y(jié)銀的互連,可以無需額外的鍍金或鍍銀,大大降低工藝成本,這對于拓展燒結(jié)銀互連材料和技術(shù)具有非常重要的理論和應(yīng)用價值。需要解決如銀焊膏材料的燒結(jié)致密度,鍍鎳基板的表面粗糙度、化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和在燒結(jié)過程中的氧化問題,銀鎳固溶度和擴散速率,以及無壓燒結(jié)工藝曲線(如燒結(jié)溫度和保溫時間)等展開研究。