氮化铝共烧基板金属化及其薄膜金属化特性研究

摘要：

大规模集成电路的发展,对芯片之间的互连提出了更高的要求,高端电子系统中高密度封装技术逐渐成为发展的主流.多芯片组件(MCM)是微电子封装的高级形式,它是把裸芯片与微型元件组装在同一个高密度布线基板上,组成能够完成一定的功能的模块甚至子系统.MCM还能够实现电子系统的小型化、高密度化,是实现系统集成的重要途径,在MCM中高密度布线的多层基板技术是实现高密度封装的关键.氮化铝(AlN)陶瓷具有高热导率、低介电常数、高强度、高硬度、无毒性、热膨胀系数与Si相近等良好的物理性能,采用氮化铝作为介质隔离材料制备的AlN多层布线共烧基板,在高密度、大功率MCM的封装以及MEMS封装等方面具有广泛的应用前景.共烧导带浆料与AlN生坯之间的烧结应力是造成基板失效的原因.为了消除二者之间的烧结应力,共烧导带浆料与AlN生坯必须同时进入烧结状态,具有相同的收缩特性.通过采用单质SiO2玻璃粉,代替Y2O3、CaO和SiO2等的混合物添加剂,得到了在烧结初期优良的AlN共烧基板材料收缩一致性.AlN陶瓷的助烧剂是CaO和Y2O3,在烧结过程中会形成YAlO和CaAlO液相.通过改变导带浆料中SiO2的含量,在促使导带浆料完成烧结的同时,在导带中也保留一定数量的孔隙.这样在烧结过程的保温阶段,为AlN烧结过程中的YAlO和CaAlO液相扩散达到基板表面提供了一定的扩散通道和驻留空间,导带在保温阶段也能够随着AlN一起自由收缩.从而保证了AlN陶瓷介质材料和导带浆料,在保温阶段的收缩一致性.在陶瓷介质和导带浆料之间的界面位置,有SiO2、AlN,以及AlN的添加剂CaO和Y2O3存在,它们四种单质材料发生反应,在界面位置形成ysialon(钇硅铝氧氮玻璃),casialon(钙硅铝氧氮玻璃)玻璃相和CaSiAlO和YSiO的晶相,提高了焊盘的附着力.经过实验,发现w(SiO2)在0.45%时,浆料与基板之间能够满足匹配性要求,烧结应力小,AlN共烧基板能够达到足够的致密度和平整度.这时的导带方阻达到10 mΩ/□,基板的翘曲度小于50μm/50mm,导带焊盘的键合强度大于30 MPa,共烧基板的层数达到9层,AlN共烧基板尺寸达到50 mm×50 mm.这些指标达到了国外20世纪90年代初期的研究水平,完全满足实用化的要求.聚酰亚胺(PI)是薄膜多层布线的重要介质材料,它是由两种单体在热处理后聚合而成.它与金属薄膜的相互作用会影响金属薄膜材料的电导率,并且导致自身的性能变坏.PI与Cu反应后,形成络合物,热处理时自身降解,击穿强度降低,介电常数提高;Cu在热处理后从络合物离解出来形成CuO和Cu2O.这些缺陷可以通过在PI和Cu之间采用Cr膜作为阻挡层来解决.Cr/Cu/Cr是目前常用薄膜互连结构.通过分析AlN衬底上沉积的Cr/Cu/Cr薄膜在不同热处理温度下的特性,得到以下结论:在300℃处理温度下,Cr、Cu之间的相互扩散小,Cr膜致密,Cu膜没有显著的氧化,能够满足薄膜导带的要求;但是升高温度至500℃以上,Cr、Cu膜之间的扩散加剧,Cr膜表面出现裂纹,Cu膜被氧化.Cr、Cu之间没有形成合金或化合物.

关键词：氮化铝、共烧、浆料、聚酰亚胺、多层布线、界面

所属期刊栏目：22

分类号：TN4(微电子学、集成电路（IC）)

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共2页

页码：50-51