电子封装课程学习.pptx

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1、会计学1电子电子(dinz)封装封装第一页，共85页。1 1、电子封装工程、电子封装工程、电子封装工程、电子封装工程(gngchng)(gngchng)中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术n n薄膜和厚膜薄膜和厚膜n n电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展，源于电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展，源于n n与电器、电子装置设备向高性能、多功能、高速度方向发展及信息处理能力的急速与电器、电子装置设备向高性能、多功能、高速度方向发展及信息处理能力的急速提高提高n n系统的大规模、大容量及大型化系统的大规模、大容量及大型化

2、n n要求构成系统的装置、部件、材料等轻、薄、短、小化要求构成系统的装置、部件、材料等轻、薄、短、小化n n晶体管普及之前晶体管普及之前n n真空电子管的板极、栅极、灯丝等为块体材料，电子管插在管座上由导管连接，当真空电子管的板极、栅极、灯丝等为块体材料，电子管插在管座上由导管连接，当时并无膜可言时并无膜可言n n2020世纪世纪6060年代，出现薄膜制备技术年代，出现薄膜制备技术n n在纸、塑料、陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜，用以形成小型元器件及电路在纸、塑料、陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜，用以形成小型元器件及电路等等n n进入进入(jnr)(jnr)晶体管时代晶体管时代n n从

3、半导体元件、微小型电路到大规模集成电路，膜技术便成为整套工艺中的核心与从半导体元件、微小型电路到大规模集成电路，膜技术便成为整套工艺中的核心与关键。关键。第1页/共85页第二页，共85页。1 1、电子封装工程、电子封装工程、电子封装工程、电子封装工程(gngchng)(gngchng)中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术n n薄膜和厚膜薄膜和厚膜n n与三维块体材料比较：一般地，膜厚度很小，可看作二维与三维块体材料比较：一般地，膜厚度很小，可看作二维n n膜又有薄膜和厚膜之分膜又有薄膜和厚膜之分n n经典分类：经典分类：n n

4、 厚膜厚膜n n制作方法分类：制作方法分类：n n块体材料制作的（如经轧制、锤打、碾压等）块体材料制作的（如经轧制、锤打、碾压等）厚膜厚膜n n膜的构成物一层层堆积而成膜的构成物一层层堆积而成薄膜。薄膜。n n膜的存在膜的存在(cnzi)(cnzi)形态分类：形态分类：n n只能成形于基体之上的只能成形于基体之上的薄膜（包覆膜）薄膜（包覆膜）n n 沉积膜沉积膜基体表面由膜物质沉积析出形成基体表面由膜物质沉积析出形成n n 化合形成膜化合形成膜通过对基体表面进行化学处理形成，在物理沉积过程中伴随有表面参与通过对基体表面进行化学处理形成，在物理沉积过程中伴随有表面参与的化学反应的化学反应第2页/

5、共85页第三页，共85页。1 1、电子、电子、电子、电子(dinz(dinz)封装工程中至关重要的膜材料及膜技术封装工程中至关重要的膜材料及膜技术封装工程中至关重要的膜材料及膜技术封装工程中至关重要的膜材料及膜技术n n薄膜、厚膜区分通常无实际意义薄膜、厚膜区分通常无实际意义n n针对具体膜层形成方法针对具体膜层形成方法n n 膜层材料膜层材料 界面结构界面结构 n n 结晶状态结晶状态 晶体学取向晶体学取向n n 微观组织微观组织 各种性能和功能各种性能和功能n n进行研究更有用进行研究更有用n n电子电子(dinz(dinz)封装工程涉及膜层：膜厚封装工程涉及膜层：膜厚 数百微米数百微米n

6、 n按膜层的形成方法：按膜层的形成方法：n n真空法真空法(干式干式)和溶液法和溶液法(湿式湿式)沉积得到的膜层沉积得到的膜层薄膜，为数微米薄膜，为数微米n n浆料印刷法形成的膜层浆料印刷法形成的膜层厚膜，前者膜厚多，厚厚膜，前者膜厚多，厚200200微米微米第3页/共85页第四页，共85页。薄膜的真空沉积薄膜的真空沉积(chnj)法优点法优点n n可以得到各种材料的膜层可以得到各种材料的膜层n n镀料气化方式很多（如电子束蒸发、溅射、气体源等），控制气氛还可以进行反应镀料气化方式很多（如电子束蒸发、溅射、气体源等），控制气氛还可以进行反应沉积沉积n n通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择

7、，可以对界面结构、结晶状态、膜厚通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可以对界面结构、结晶状态、膜厚等进行控制，还可制取多层膜、复合膜及特殊界面结构的膜层等。由于膜层表面精等进行控制，还可制取多层膜、复合膜及特殊界面结构的膜层等。由于膜层表面精细光洁，故便于通过光刻制取电路图形细光洁，故便于通过光刻制取电路图形n n可以较方便地采用光、等离子体等激发手段，在一般的工艺条件下，即可获得在高可以较方便地采用光、等离子体等激发手段，在一般的工艺条件下，即可获得在高温、高压、高能量密度下才能获得的物质温、高压、高能量密度下才能获得的物质n n真空薄膜沉积涉及从气态到固态的超急冷（过程，因此可以获得

8、特异真空薄膜沉积涉及从气态到固态的超急冷（过程，因此可以获得特异(ty)(ty)成分、成分、组织及晶体结构的物质组织及晶体结构的物质n n由于在工艺中薄膜沉积及光刻图形等已有成熟的经验，很便于在电子封装工由于在工艺中薄膜沉积及光刻图形等已有成熟的经验，很便于在电子封装工程中推广程中推广第4页/共85页第五页，共85页。厚膜的丝网厚膜的丝网厚膜的丝网厚膜的丝网(s w(s w n n)印刷法有优点印刷法有优点印刷法有优点印刷法有优点n n通过(tnggu)丝网印刷，可直接形成电路图形n n膜层较厚，经烧结收缩变得致密，电阻率低，容易实现很低的电路电阻n n导体层、电阻层、绝缘层、介电质层及其他功

9、能层都可以印刷成膜n n容易实现多层化，与陶瓷生片共烧可以制取多层共烧基板n n设备简单，投资少第5页/共85页第六页，共85页。1 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术膜及膜电路膜及膜电路膜及膜电路膜及膜电路(dinl)(dinl)的功能的功能的功能的功能n n电气连接电气连接n n印制线路板（）的发明，使电路以膜的形式与基板作成一体，印制线路板（）的发明，使电路以膜的形式与基板作成一体，元器件搭载在基板上并与导体端子相连接，这对于整个系统的小元器件搭载在基板上并与导

10、体端子相连接，这对于整个系统的小型化、高性能、低功耗、高可靠性及经济性等方面都有重大贡献型化、高性能、低功耗、高可靠性及经济性等方面都有重大贡献n n三维立体布线方式的多层板、陶瓷多层共烧基板、积层多层三维立体布线方式的多层板、陶瓷多层共烧基板、积层多层板、复合多层板的出现，对于提高封装密度板、复合多层板的出现，对于提高封装密度(md)(md)起着十分关键起着十分关键的作用的作用第6页/共85页第七页，共85页。元件元件(yunjin)搭载搭载n n芯片装载在封装基板芯片装载在封装基板n n无论采用引线键合方式还是倒装片方式都离不开焊盘无论采用引线键合方式还是倒装片方式都离不开焊盘n n元器件

11、搭载在基板上元器件搭载在基板上n n特别是封装体实装在基板上，无论采用、等哪种方式，都离不特别是封装体实装在基板上，无论采用、等哪种方式，都离不开导体端子开导体端子n n焊盘，端子都是膜电路的一部分。焊盘，端子都是膜电路的一部分。n n在许多情况下，引线端子节距的大小以及引线端子的排列在许多情况下，引线端子节距的大小以及引线端子的排列(pili)(pili)方式是决定封装类型及封装密度的方式是决定封装类型及封装密度的关键因素关键因素n n批量生产来说，最小端子节距的界限为批量生产来说，最小端子节距的界限为.，若低于此，则操作难度太大，成品率太低，若低于此，则操作难度太大，成品率太低第7页/共8

12、5页第八页，共85页。元件元件(yunjin)搭载搭载n n想提高封装密度，需要由四侧引出端子的方式转变为平面阵列布置端子的想提高封装密度，需要由四侧引出端子的方式转变为平面阵列布置端子的方式方式n n这样，端子节距提高（这样，端子节距提高（.，.）的同时）的同时(tngsh)(tngsh)，反而降低了实装，反而降低了实装密度密度n n对来说，端子节距由对来说，端子节距由.降为降为.，实装面积可减小到（，实装面积可减小到（.）.第8页/共85页第九页，共85页。特殊特殊(tsh)功能功能n n泛指除电气连接、元件搭载、表面改性以外的所有其他功能n n涉及(shj)电阻膜、绝缘膜、介电质膜等以以

13、LCD（液晶显示器）中所采用（液晶显示器）中所采用(ciyng)的（薄膜三极管）玻璃复合基板为例的（薄膜三极管）玻璃复合基板为例玻璃基板分前基板和后基板两块玻璃基板分前基板和后基板两块前基板：形成偏光膜、滤色膜、前基板：形成偏光膜、滤色膜、ITO膜，后基板上形成膜，后基板上形成TFT、ITO膜、金属布线及绝缘膜等膜、金属布线及绝缘膜等液晶夹于二者之间液晶夹于二者之间受受TFT控制的非晶硅（控制的非晶硅（aSi）图像传感器按阵列布置在后基板上，并由）图像传感器按阵列布置在后基板上，并由CraSi/ITO构成构成Cr肖特肖特基二极管基二极管布置在布置在ITO膜上与驱动器相连接的布线导体要通过膜上与

14、驱动器相连接的布线导体要通过Cr/Al实现多层化，以降低布线电阻实现多层化，以降低布线电阻第9页/共85页第十页，共85页。表面表面(biomin)改性改性n n与在LSI元件表面沉积SiO2、Si3N4等钝化膜用于绝缘、保护类似n n电子(dinz)封装工程中也广泛用膜层作表面改性n n金属被釉基板、有机或无机绝缘层包覆的金属芯基板n n塑料表面电镀金属以增加耐磨性、降低接触电阻等，常用的方法有镀铑、镀金等第10页/共85页第十一页，共85页。1 1、电子、电子、电子、电子(dinz(dinz)封装工程中至关重要的膜材料及膜技术封装工程中至关重要的膜材料及膜技术封装工程中至关重要的膜材料及膜

15、技术封装工程中至关重要的膜材料及膜技术成膜方法成膜方法成膜方法成膜方法n n按干式和湿式对分类n n干式：n nPVD（物理气相沉积）真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀n n（化学气相沉积）n n湿式：n n电镀、化学镀、阳极(yngj)氧化、溶胶凝胶、厚膜印刷法第11页/共85页第十二页，共85页。第12页/共85页第十三页，共85页。第13页/共85页第十四页，共85页。第14页/共85页第十五页，共85页。第15页/共85页第十六页，共85页。第16页/共85页第十七页，共85页。第17页/共85页第十八页，共85页。第18页/共85页第十九页，共85页。第19页/共85页第二十页，共85页。典

16、型典型(dinxng)的成膜方法的成膜方法真空蒸镀及溅射法真空蒸镀及溅射法n n真空蒸镀：是将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸气的原子或原子团在温度较低的真空蒸镀：是将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸气的原子或原子团在温度较低的基板上析出形成薄膜的方法基板上析出形成薄膜的方法n n主要用于主要用于AuAu、CuCu、NiNi、CrCr等导体材料及电阻材料成膜等导体材料及电阻材料成膜n n不同的镀料及不同的沉积速率要选择不同的镀料及不同的沉积速率要选择(xu(xu nz)nz)不同的加热方法。不同的加热方法。n n溅射镀膜：是将放电气体导入真空，在辉光放电等离子体中产生的正离子加速轰溅射镀膜：是将放电气

17、体导入真空，在辉光放电等离子体中产生的正离子加速轰击处于阴极的靶材，使溅射出的原子沉积在基板上的方法击处于阴极的靶材，使溅射出的原子沉积在基板上的方法n n从道理上讲，这种方法可以在任何基板上沉积任何物质的薄膜，但一般多用于氧从道理上讲，这种方法可以在任何基板上沉积任何物质的薄膜，但一般多用于氧化物、氮化物等绝缘材料及合金材料的成膜化物、氮化物等绝缘材料及合金材料的成膜第20页/共85页第二十一页，共85页。典型典型(dinxng)的成膜方法的成膜方法法法n n泛指由气态原料通过化学反应生成固体薄膜的沉积过程泛指由气态原料通过化学反应生成固体薄膜的沉积过程n n该反应可以是气态化合物由基板表面

18、向其内部的扩散，气态化合物与基板表面的反应，气该反应可以是气态化合物由基板表面向其内部的扩散，气态化合物与基板表面的反应，气态化合物的分解，或者是气态化合物之间的反应等态化合物的分解，或者是气态化合物之间的反应等n n这些反应的共同特点是，至少要有一种固态产物生成，并且以薄膜的形态沉积在基板表面这些反应的共同特点是，至少要有一种固态产物生成，并且以薄膜的形态沉积在基板表面上上n n化合物蒸气一般化合物蒸气一般(ybn)(ybn)是常温下具有较高蒸气压的气体，多采用碳氢化物、氢氧化物、卤是常温下具有较高蒸气压的气体，多采用碳氢化物、氢氧化物、卤化物、有机金属化合物等化物、有机金属化合物等n n法

19、成膜材料范围广泛，除碱金属、碱土金属之外，几乎所有材料均可以成膜，特别法成膜材料范围广泛，除碱金属、碱土金属之外，几乎所有材料均可以成膜，特别适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能膜的沉积适用于绝缘膜、超硬膜等特殊功能膜的沉积第21页/共85页第二十二页，共85页。典型的成膜方法典型的成膜方法(fngf)厚膜印刷法厚膜印刷法n n是按功能要求将金属、金属氧化物、玻璃粘结剂等的粉末同有机粘结剂、表是按功能要求将金属、金属氧化物、玻璃粘结剂等的粉末同有机粘结剂、表面活性剂、有机溶剂等均匀面活性剂、有机溶剂等均匀(jnyn)(jnyn)混合，调制成符合丝网印刷要求的浆料，混合，调制成符合丝网印刷要求的浆料，

20、利用丝网印刷等工艺，在基板上印刷图形，经烧成，有机粘结剂挥发而成膜利用丝网印刷等工艺，在基板上印刷图形，经烧成，有机粘结剂挥发而成膜的方法的方法n n特点：工艺简单、设备投资少，在低价格的优势下可大量生产导体、电阻体、特点：工艺简单、设备投资少，在低价格的优势下可大量生产导体、电阻体、介电体等厚膜介电体等厚膜n n特别是可直接印刷电路图形。特别是可直接印刷电路图形。第22页/共85页第二十三页，共85页。典型典型(dinxng)的成膜方法的成膜方法电镀和化学镀成膜电镀和化学镀成膜n n是依靠电场反应，使金属从金属盐溶液中析出成膜的方法是依靠电场反应，使金属从金属盐溶液中析出成膜的方法n n电镀

21、电镀n n促进电场析出的还原能量由外部电源提供促进电场析出的还原能量由外部电源提供n n化学镀化学镀n n需添加还原剂，利用自分解而成膜需添加还原剂，利用自分解而成膜n n电镀或化学镀成膜的特点电镀或化学镀成膜的特点(tdi(tdi n)n)n n可对大尺寸基板大批量成膜，与其他成膜方法相比，设备投资低可对大尺寸基板大批量成膜，与其他成膜方法相比，设备投资低n n需要考虑环境保护问题需要考虑环境保护问题第23页/共85页第二十四页，共85页。1 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术、电子封装工程中至关重要的膜

22、材料及膜技术电路图形电路图形电路图形电路图形(txng)(txng)的形成方法的形成方法的形成方法的形成方法n n各种成膜方法形成的膜层，应用于电子工业（如电子元器件制造(zhzo)、电子封装、平板显示器），都需要形成电路图形n n形成方法包括：n n有填平法、蚀刻法、掩模法、厚膜印刷（丝网印刷）法、喷沙法第24页/共85页第二十五页，共85页。填平填平(tin pn)法法n n先将光刻胶涂敷（甩胶）或将光刻胶先将光刻胶涂敷（甩胶）或将光刻胶干膜贴附（贴膜）于基板表面，经光干膜贴附（贴膜）于基板表面，经光刻形成刻形成“负负”的电路图形，即没有电的电路图形，即没有电路的部分保留光刻胶路的部分保留

23、光刻胶n n以此负图形为以此负图形为“模型模型”，在其槽中印，在其槽中印入导电浆料或沉积金属膜层，即所谓入导电浆料或沉积金属膜层，即所谓“填平填平”n n最后将残留的光刻胶剥离最后将残留的光刻胶剥离(bl)(bl)n n缺点：采用印刷法填平时，导电胶膜缺点：采用印刷法填平时，导电胶膜中容易混入气泡中容易混入气泡第25页/共85页第二十六页，共85页。蚀刻蚀刻(shk)法法n n化学蚀刻化学蚀刻(shk)(shk)法：法：n n印刷电路图形材料的浆料、烧成印刷电路图形材料的浆料、烧成n n涂布光刻胶、电路图形掩模曝光涂布光刻胶、电路图形掩模曝光n n化学蚀刻化学蚀刻(shk)(shk)去除部分光

24、刻胶去除部分光刻胶n n有机溶剂去除掉电路图形不对应部分的电极材料有机溶剂去除掉电路图形不对应部分的电极材料n n问题问题n n使用有机溶剂，废液处理比较困难使用有机溶剂，废液处理比较困难n n有时线条会出现残差（残留）有时线条会出现残差（残留）n n通常，不需要部位的电路图形材料应完全去除通常，不需要部位的电路图形材料应完全去除n n实际上，电路图形材料经烧成、化学蚀刻实际上，电路图形材料经烧成、化学蚀刻(shk)(shk)形形成图形后，应该去除的部分往往不能完全去除掉，而成图形后，应该去除的部分往往不能完全去除掉，而是有一部分残留下来是有一部分残留下来第26页/共85页第二十七页，共85页

25、。第27页/共85页第二十八页，共85页。蚀刻蚀刻(shk)法法n n薄膜光刻法：薄膜光刻法：n n用磁控溅射、真空蒸镀等先在整个用磁控溅射、真空蒸镀等先在整个(zhngg)(zhngg)基板表面形成电路材料的薄膜基板表面形成电路材料的薄膜n n光刻制取电路图形光刻制取电路图形n n可以获得精细度很高的图形可以获得精细度很高的图形n n所形成膜层的质量高所形成膜层的质量高n n膜厚可精确控制膜厚可精确控制n n缺点：缺点：n n设备投资大设备投资大n n工艺不容易掌握工艺不容易掌握第28页/共85页第二十九页，共85页。掩模法掩模法n n工艺过程工艺过程n n机械或光刻制作机械或光刻制作(zh

26、zu)“(zhzu)“正正”掩模掩模n n将掩模按需要电路图形位置定位将掩模按需要电路图形位置定位n n真空蒸镀等方法成膜真空蒸镀等方法成膜n n借助借助“正正”的掩模，基板表面形成所需要的电路图形的掩模，基板表面形成所需要的电路图形n n优点优点n n工序少、电路图形精细度高工序少、电路图形精细度高n n缺点缺点n n需要预先制作需要预先制作(zhzu)(zhzu)掩模掩模n n有些薄膜沉积技术，如溅射镀膜、离子镀等，不便于掩模沉积有些薄膜沉积技术，如溅射镀膜、离子镀等，不便于掩模沉积第29页/共85页第三十页，共85页。厚膜印刷厚膜印刷(ynshu)法法n n工艺过程工艺过程n n通过网版

27、在基板表面印刷厚膜导体浆料，形成与网通过网版在基板表面印刷厚膜导体浆料，形成与网版对应的图形版对应的图形n n经烧成法形成电路图形经烧成法形成电路图形n n特点特点n n浆料仅印刷在需要的部位，因此材料的利用率高浆料仅印刷在需要的部位，因此材料的利用率高n n印刷机的价格较低，可降低设备总投资印刷机的价格较低，可降低设备总投资n n缺点缺点n n线条精细度差线条精细度差n n图形分辨率低图形分辨率低n n多次印刷难以多次印刷难以(nny(nny)保持图形的一致性保持图形的一致性第30页/共85页第三十一页，共85页。喷沙法喷沙法n n工艺过程：工艺过程：n n在基板全表面由电路图形材料成膜在基

28、板全表面由电路图形材料成膜n n在表面形成光刻胶图形在表面形成光刻胶图形n n经喷沙去除掉不需要的材料部分，保留光刻经喷沙去除掉不需要的材料部分，保留光刻胶图形覆盖的部分胶图形覆盖的部分n n剥离光刻胶后得到所需要的电路图形剥离光刻胶后得到所需要的电路图形n n优点优点n n采用光刻制版技术，能形成精细的电路图形采用光刻制版技术，能形成精细的电路图形n n缺点缺点(qudi(qudi n)n)n n喷沙过程中会产生灰尘喷沙过程中会产生灰尘第31页/共85页第三十二页，共85页。1 1、电子封装工程、电子封装工程、电子封装工程、电子封装工程(gngchng)(gngchng)中至关重要的膜材料及

29、膜技术中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术中至关重要的膜材料及膜技术膜材料膜材料膜材料膜材料n n下表列出与电子封装工程相关的各类膜材料，同时给出用途(yngt)、性质及成膜方法等第32页/共85页第三十三页，共85页。第33页/共85页第三十四页，共85页。第34页/共85页第三十五页，共85页。第35页/共85页第三十六页，共85页。第36页/共85页第三十七页，共85页。第37页/共85页第三十八页，共85页。第38页/共85页第三十九页，共85页。薄膜材料薄膜材料(cilio)导体薄膜材料导体薄膜材料(cilio)n n材料的种类及性质材料的种类及性质n n导体薄膜的主

30、要用途导体薄膜的主要用途n n形成电路图形，为半导体元件、半导体芯片、电阻、电容等电路搭载部件提供电形成电路图形，为半导体元件、半导体芯片、电阻、电容等电路搭载部件提供电极及相互引线，以及金属化等极及相互引线，以及金属化等n n为保证为保证(b(b ozhng)ozhng)金属金属半导体间连接为欧姆接触，要求：半导体间连接为欧姆接触，要求：n n金属与半导体的结合部位不形成势垒金属与半导体的结合部位不形成势垒n n对于型半导体，金属的功函数要比半导体的功函数小对于型半导体，金属的功函数要比半导体的功函数小n n对于型半导体，与上述相反对于型半导体，与上述相反n n金属与半导体结合部的空间电荷层

31、的宽度要尽量窄，电子直接从金属与半导体间金属与半导体结合部的空间电荷层的宽度要尽量窄，电子直接从金属与半导体间向外迁移受到限制等向外迁移受到限制等第39页/共85页第四十页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)n n导体(dot)薄膜材料n n电阻薄膜材料n n介质薄膜材料n n功能薄膜材料第40页/共85页第四十一页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)导体薄膜材料导体薄膜材料(cilio)n n材料的种类及性质材料的种类及性质n n实际情形实际情形n n随半导体的表面处理，在导体和半导体表面往往会存在薄的氧化膜，但电子通过隧道随半导体的表面处理，在导体和半导体表面往往会

32、存在薄的氧化膜，但电子通过隧道效应效应(xioyng)(xioyng)可穿过此膜层，因此并不存在很大的问题可穿过此膜层，因此并不存在很大的问题n n依表面处理条件不同，半导体的表面状态会发生变化，相应金属及半导体的功函数也依表面处理条件不同，半导体的表面状态会发生变化，相应金属及半导体的功函数也会发生变化会发生变化n n功函数还与表面能级、晶体取向等相关，必须注意其值的变化功函数还与表面能级、晶体取向等相关，必须注意其值的变化第41页/共85页第四十二页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)导体薄膜材料导体薄膜材料(cilio)n n材料的种类及性质材料的种类及性质n n其他布线及电

33、极用的导体材料，还应具有下述特性：其他布线及电极用的导体材料，还应具有下述特性：n n电导率要高电导率要高n n对电路元件不产生有害影响，为欧姆连接对电路元件不产生有害影响，为欧姆连接n n热导率高、机械强度高，对于碱金属离子及湿度等的电化学反应要尽量小热导率高、机械强度高，对于碱金属离子及湿度等的电化学反应要尽量小n n高温高温(gown)(gown)状态，电气特性也不发生变化，不发生蠕变现象状态，电气特性也不发生变化，不发生蠕变现象n n附着力大，成膜及形成图形容易附着力大，成膜及形成图形容易n n可形成电阻、电容，可进行选择性蚀刻可形成电阻、电容，可进行选择性蚀刻n n可进行丝、丝引线键

34、合及焊接等加工可进行丝、丝引线键合及焊接等加工第42页/共85页第四十三页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)导体薄膜材料导体薄膜材料(cilio)n n材料的种类及性质材料的种类及性质(xngzh)(xngzh)n n实际情形实际情形n n单一种导体不可能满足上述所有要求单一种导体不可能满足上述所有要求n n构成电子电路往往需要多种导体膜的组合构成电子电路往往需要多种导体膜的组合第43页/共85页第四十四页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)导体薄膜材料导体薄膜材料(cilio)n n而且而且(r qi)(r qi)n n相互连接及电极中往往也不是采用单一金属，而是多

35、种导体膜积层化，相互连接及电极中往往也不是采用单一金属，而是多种导体膜积层化，以达到上述各种要求以达到上述各种要求n n多层金属组合的实例多层金属组合的实例第44页/共85页第四十五页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)导体薄膜材料导体薄膜材料(cilio)n n多层组合薄膜说明多层组合薄膜说明n n导体的表面方阻均在导体的表面方阻均在 以下以下n n进一步降低电阻，需要在膜上再电镀进一步降低电阻，需要在膜上再电镀n n所列的材料组合之外，在半导体的电极凸点及梁式引线部分，还采用，所列的材料组合之外，在半导体的电极凸点及梁式引线部分，还采用，等组合，以及，等金属等组合，以及，等金属

36、硅化物作导体。硅化物作导体。n nn n可满足上述条件中的大部分可满足上述条件中的大部分n n单独使用时与基板及等膜层的附着力太低单独使用时与基板及等膜层的附着力太低n n往往在最底层采用，等附着性好的膜层往往在最底层采用，等附着性好的膜层n n最上层采用容易热压附着或容易焊接的及最上层采用容易热压附着或容易焊接的及 等等n n但两种金属薄膜相互结合时，往往在比块体材料更低的温度但两种金属薄膜相互结合时，往往在比块体材料更低的温度(wnd)(wnd)下就产生明显扩散，生成化合下就产生明显扩散，生成化合物。物。第45页/共85页第四十六页，共85页。2、薄膜材料、薄膜材料(cilio)导体薄膜材

37、料导体薄膜材料(cilio)n nn n特点特点n n基常用基常用(chn(chn yn yn)导体材料导体材料n n与作为保护膜的间的附着力大与作为保护膜的间的附着力大n n对于型及型都可以形成欧姆接触对于型及型都可以形成欧姆接触n n可进行引线键合可进行引线键合n n电气特性及物理特性等也比较合适电气特性及物理特性等也比较合适n n价格便宜价格便宜n n作为用的导体普遍采用作为用的导体普遍采用n n但但n n随环境、气氛温度上升，与发生相互作用，生成金属间化合物，致使接触随环境、气氛温度上升，与发生相互作用，生成金属间化合物，致使接触电阻增加，进而发生接触不良电阻增加，进而发生接触不良第4

38、6页/共85页第四十七页，共85页。n n当中通过高密度电流时，向正极方向会发生的迁移，即所谓电当中通过高密度电流时，向正极方向会发生的迁移，即所谓电迁移迁移n n在在以上，会浸入下部的介电体中以上，会浸入下部的介电体中n n在元件中难以使用在元件中难以使用n n尽管的电阻率低，与不相上下，但由于与水蒸气及氧等发生反尽管的电阻率低，与不相上下，但由于与水蒸气及氧等发生反应，其电阻值会慢慢升高。应，其电阻值会慢慢升高。n nAlAl与与AuAu会形成化合物会形成化合物n nAlAl端子与端子与AuAu线系统在线系统在300300下放置下放置2 23 3，或者使气氛温度升高到大约，或者使气氛温度升

39、高到大约，其间的相互作用会迅速发生，致使键合部位的电阻升高，其间的相互作用会迅速发生，致使键合部位的电阻升高n n此时此时(c(c sh)sh)，上、下层直接接触，上、下层直接接触，AuAu、AlAl之间形成脆、弱之间形成脆、弱AuAl2AuAl2、AuxAlAuxAl等反应扩散层。造成键合不良等反应扩散层。造成键合不良n n采用采用AuAuAuAu组合或组合或AlAlAlAl组合。在组合。在AuAu、AlAl层间设置层间设置PdPd、PtPt等中间层，可等中间层，可防止反应扩散发生，形成稳定的膜结构防止反应扩散发生，形成稳定的膜结构第47页/共85页第四十八页，共85页。n n存在电迁移存在

40、电迁移n nAlAl导体中流过电流密度超过导体中流过电流密度超过106A/cm2106A/cm2n n或多或少地发生电迁移现象或多或少地发生电迁移现象n n气氛温度上升，电迁移加速，短时间内即可引起断线气氛温度上升，电迁移加速，短时间内即可引起断线n nAlAl导体膜在大约导体膜在大约300300长时间放置，会发生长时间放置，会发生“竹节化竹节化”，即出现结晶化的节状部分和较瘦的杆状部分，即出现结晶化的节状部分和较瘦的杆状部分n n进一步在进一步在500500以上放置，以上放置，AlAl会浸入到下层的会浸入到下层的SiO2SiO2中，引起中，引起Si Si基板上的基板上的ICIC短路短路(du

41、(du nl)nl)n n因此，使用因此，使用AlAl布线的器件，必须兼顾到附着力、临界电压、氧化膜的稳定性、价格等各种因素，布线的器件，必须兼顾到附着力、临界电压、氧化膜的稳定性、价格等各种因素，对材料进行选择。对材料进行选择。第48页/共85页第四十九页，共85页。连接连接(linji)与布线的形成及与布线的形成及注意点注意点n nSi IC中的Al布线可由CrAu代替。CrAu与玻璃间具有良好的附着性，型、型均能形成(xngchng)欧姆结合n nCrAu成膜有两种方法n n其一是将基板加热到，依次真空蒸镀Cr和Aun n其二是采用溅射法沉积n nCrAu系中Cr膜的膜厚及电阻率如表所列

42、第49页/共85页第五十页，共85页。第50页/共85页第五十一页，共85页。连接连接(linji)与布线的形成及与布线的形成及注意点注意点n nCrCrAuAu系可能引起劣化的机制系可能引起劣化的机制n nCrCr向向AuAu中的扩散，由此会引起电阻增加中的扩散，由此会引起电阻增加n nMoMoAuAu系系n n比比CrCrAuAu系在更高些的温度下更为稳定系在更高些的温度下更为稳定(wndng)(wndng)n n其成膜通常采用真空蒸镀法其成膜通常采用真空蒸镀法n n将基板加热到将基板加热到，先蒸镀约的，接着蒸镀的，而后将基板温度降，先蒸镀约的，接着蒸镀的，而后将基板温度降至至以下，再蒸镀

43、约的。最后，将基板温度降至以下，再蒸镀约的。最后，将基板温度降至以下，取出以下，取出n n在高温气氛中特别是加湿状态下很不稳定在高温气氛中特别是加湿状态下很不稳定(wndng)(wndng)第51页/共85页第五十二页，共85页。连接与布线连接与布线(b xin)的形成及注的形成及注意点意点n nn n薄膜导体薄膜导体(d(d otot)中应用广泛中应用广泛n n制备工艺制备工艺n n先蒸镀先蒸镀.的合金膜，再蒸镀的合金膜，再蒸镀.的的n n这种膜层在这种膜层在200200400400的干燥气氛中放置，电阻值有明显增加。的干燥气氛中放置，电阻值有明显增加。n n上蒸镀膜的系统上蒸镀膜的系统n

44、n在在会形成金属间化合物会形成金属间化合物n n-n n，在，在.的膜上蒸镀的膜上蒸镀.的的n n老化，未发现生成化合物老化，未发现生成化合物n n有少量固溶于中，有少量固溶于中，300300附近，膜层阻值急剧增加附近，膜层阻值急剧增加第52页/共85页第五十三页，共85页。连接与布线连接与布线(b xin)的形成及注的形成及注意点意点n n以为底层的系以为底层的系n n对于所有种类的基板都显示出相当高的附着力对于所有种类的基板都显示出相当高的附着力n n在在不太高的温度下即形成化合物，使膜的特性变差，由此造成不太高的温度下即形成化合物，使膜的特性变差，由此造成(zo chn(zo chn)电

45、阻电阻值增加值增加n n往往需在与之间加入阻挡层。往往需在与之间加入阻挡层。n n系系n n即形成与的化合物，使膜层阻值增加即形成与的化合物，使膜层阻值增加第53页/共85页第五十四页，共85页。导体导体(dot)膜的劣化及可靠性膜的劣化及可靠性n n成膜后造成膜异常的主要原因成膜后造成膜异常的主要原因n n一是由于严重的热失配，存在过剩应力状态，膜层从通常的基板或者、一是由于严重的热失配，存在过剩应力状态，膜层从通常的基板或者、膜表面剥离，造成电路断线膜表面剥离，造成电路断线n n二是由于物质的扩散迁移引起，其中包括电迁移、热扩散、克根达耳效应、反应扩二是由于物质的扩散迁移引起，其中包括电迁

46、移、热扩散、克根达耳效应、反应扩散等。散等。n n造成物质扩散迁移的外因有造成物质扩散迁移的外因有n n高电流密度高电流密度n n高温度高温度n n大的温度梯度大的温度梯度n n接触电阻接触电阻(dinz(dinz)等，等，n n特别是几个因素联合作用时，效果更明显特别是几个因素联合作用时，效果更明显第54页/共85页第五十五页，共85页。导体导体(dot)膜的劣化及可靠性膜的劣化及可靠性n n造成物质扩散迁移的内因造成物质扩散迁移的内因n n有构成物质的体系有构成物质的体系n n晶粒度晶粒度n n内部缺陷内部缺陷n n内因、外因之间随时都在发生作用内因、外因之间随时都在发生作用(zuyng)

47、(zuyng)n n系系n n电流密度高，造成膜内晶粒不断长大，即自发热效应与热处理具有同样的效果电流密度高，造成膜内晶粒不断长大，即自发热效应与热处理具有同样的效果n n通常情况下，导体温度上升会加速组元之间的相互扩散，形成反应扩散产物，造成机械强度下降及电通常情况下，导体温度上升会加速组元之间的相互扩散，形成反应扩散产物，造成机械强度下降及电阻升高等，反过来又造成温度升高，恶性循环，急速造成破坏阻升高等，反过来又造成温度升高，恶性循环，急速造成破坏第55页/共85页第五十六页，共85页。导体导体(dot)膜的劣化及可靠性膜的劣化及可靠性n n如超过的高电流密度是造成导体劣化的主要机制之一如

48、超过的高电流密度是造成导体劣化的主要机制之一n n该机制是：导体中大量较高能量的传导电子对原子的动量传递作用，使其向阳极方向该机制是：导体中大量较高能量的传导电子对原子的动量传递作用，使其向阳极方向(fngxing)(fngxing)迁移迁移n n当原子从导体中的某一位置离开时，会在该位置留下空位当原子从导体中的某一位置离开时，会在该位置留下空位n n空位浓度取决于某一场所空位流入量加上产生量与流出量之差。若此差值为正，则造成空位积蓄，空位浓度取决于某一场所空位流入量加上产生量与流出量之差。若此差值为正，则造成空位积蓄，空位积蓄意味着导体的劣化。空位积蓄意味着导体的劣化。n n克根达耳效应克根

49、达耳效应n n由于扩散组元之间自扩散系数不同引起的由于扩散组元之间自扩散系数不同引起的n n自扩散系数大的组元的扩散通量大，自扩散系数小的组元的扩散通量小自扩散系数大的组元的扩散通量大，自扩散系数小的组元的扩散通量小n n随扩散进行，若导体宏观收缩不完全，则原来自扩散系数大的组元含量高的场所，将有净空位积随扩散进行，若导体宏观收缩不完全，则原来自扩散系数大的组元含量高的场所，将有净空位积累，从而引起导体劣化累，从而引起导体劣化第56页/共85页第五十七页，共85页。导体导体(dot)膜的劣化及可靠性膜的劣化及可靠性n n物质迁移容易沿晶界进行物质迁移容易沿晶界进行物质的迁移与其微观结构关系很密

50、切物质的迁移与其微观结构关系很密切n n温度不是很高，晶界扩散系数比体扩散系数大得多。膜层中大量存在有晶界，晶界中离子温度不是很高，晶界扩散系数比体扩散系数大得多。膜层中大量存在有晶界，晶界中离子(lz(lz)的活动性与各个晶粒的晶体学取向有关，特别是当许多晶粒的晶体学取向不一致时，的活动性与各个晶粒的晶体学取向有关，特别是当许多晶粒的晶体学取向不一致时，易于离子易于离子(lz(lz)迁移迁移n n晶粒取向与外加电场之间的角度，因场所不同而异，因此离子晶粒取向与外加电场之间的角度，因场所不同而异，因此离子(lz(lz)的迁移率在各处都不的迁移率在各处都不相同，离子相同，离子(lz(lz)沿晶界