管芯基板組裝及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將管芯附接到基板上的方法。它還涉及一種用于附接到基板的半導體管芯。另外，本發(fā)明涉及一種封裝，該封裝包括設置在基板上的管芯。
【背景技術】
[0002]封裝組裝包括將半導體管芯鍵合到基板上的步驟，基板典型的是金屬。基板典型地包括CPC或銅鎢合金(CuW)。CPC基板包括三明治結構。頂層和底層由銅構成，并且在頂層和底層之間的層包括銅鑰(CuMo)合金。管芯本身是典型地通過共熔的金硅(AuSi)芯片鍵合工藝鍵合到基板。這種工藝涉及在鍵合在一起之前應用相對厚的金層在基板上(大約1000-2500nm)和在管芯上(典型地是300nm)。目前的芯片鍵合工藝是昂貴的，通常是因為所使用的材料，并且是慢的和需要高工藝溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本申請的一個方面，提供一種管芯，包括半導體材料的本體，所述本體被配置為接收焊料層用于將所述管芯芯片鍵合到基板，其中管芯包括在本體的表面上的接口層用于接收焊料層，接口層具有多個不同金屬的子層。
[0004]在半導體本體和焊料層之間提供多個不同金屬(包括合金)的子層的接口層是有利的，可以改善芯片鍵合工藝(固定管芯到基板)的可靠性和所產(chǎn)生的管芯-基板的結構的和熱的完整性。
[0005]接口層可能在管芯的大部分表面上延伸，焊料層施加到該部分上。接口層可能在焊料層和半導體本體之間的由管芯上的焊料層覆蓋的大體上整個區(qū)域或至少90%的區(qū)域上延伸。例如，鋸切巷可能沒有背面金屬。
[0006]子層可能包含以下一個或更多:金的子層，銀的子層；鎳的子層；另外的金的子層。接口層可能包含與本體相鄰的金的子層和用于接收焊料層的金的子層，和至少一個在金的子層之間的除了金以外的金屬的另外的子層。至少一個的另外的子層可能包括銀層。至少一個的另外的子層可能包括鎳層。至少一個的另外的子層可能包括鎳的子層和銀的子層。
[0007]在其它的實施例中，接口層可能包含一個或更多的鈦(Ti)的子層，銅(Cu)和鎳釩(NiV)或鎳(Ni)的子層。
[0008]在其它實施例中，接口層可能包括金的第一子層和銀的第二子層(AuAg)?？蛇x地，接口層可能包含金的第一子層，鎳的第二子層和銀的第三子層。這樣的接口層可能使用鎳(Ni)層電鍍。
[0009]接口層包含施加到本體的金的第一子層，銀的第二子層，鎳的第三子層鎳和用于接收焊料層的金的第四子層。子層的這種特定順序的布置被認為是有利的。
[0010]第一子層和第四子層可能比第二和第三子層厚。另外，接口層的外面的子層可能比接口層的里面的子層厚。
[0011]管芯可能包括固定到接口層上的焊料層，和焊料層可能比接口層至少厚兩倍。進一步的，焊料層可能比接口層厚至少三倍，四倍或五倍。接口層可能約100nm厚。
[0012]子層的厚度可能在50nm和500nm之間并且優(yōu)選地在10nm和400nm之間。每個子層的厚度可能具有下限為25nm，50nm, 75nm, 10nm, 125nm, 150nm, 175nm或者200nm并且與以下上限厚度中的任何一個相結合:200nm, 250nm, 300nm, 350nm, 400nm, 450nm和500nm。每個子層具有的金屬純度可能至少是80%或者，優(yōu)選地，至少95%或者至少99%。優(yōu)選地，各子層包含基本上100%純度的金屬。
[0013]焊料層可能包括金的合金?？蛇x的，它可能包含銅的合金，錫的合金或者銅錫(CuSn)合金。焊料層可能包含金和錫(AuSn)的合金。這是有利的因為接口層的存在可能使AuSn鍵合更加可靠。焊料層的含金量按重量計算可能是在75%和85%之間。
[0014]管芯可能通過焊料層鍵合到銅基板。銅基板的使用可能是比CuW或者CPC基板更節(jié)約成本的，由于接口層的使用，管芯和基板之間的鍵合可能是可靠的。因此，基板可能不包含或者只包含鑰的痕量。
[0015]基板，可能是銅的，可能大體上是均勻的。因此，不同銅合金的層可能不是必要的。相反，基板可能是由合金的銅塊形成的。銅可能具有的純度按重量計算至少是95%，99%或者99.8%?；蹇赡苤辽侔胗不鼗穑@可能具有有利的硬度和剛度性質(zhì)。
[0016]銅基板可能用外層電鍍。外層可能包含氧化物防護層。外層可能包含鎳-鈀-金(NiPdAu)合金。外層可能包含合金，該合金包含金、鈀和鎳的一個或更多。外面的電鍍層的厚度可能小于0.6 μ m。對于NiPdAu外層,鎳的厚度可能大體上是0.5 μ m,鈕I的厚度可能大體上是0.05 μ m和金的厚度可能大體上是0.010 μ m?？梢岳斫獾氖沁@些只是示例的厚度。
[0017]基板可能包括布置在基板和管芯的焊料層之間的襯墊層。因此，襯墊層適于接收管芯和通過焊料層鄰接到管芯。
[0018]封裝可能包含RF功率封裝。管芯-基板組裝特別適用于RF功率應用，其中在管芯和基板之間需要高完整性和高熱導率鍵合，可能包含散熱器。
[0019]根據(jù)本申請的第二方面，提供形成用于鍵合到基板的管芯的方法，包括以下步驟:
[0020]接收半導體本體；
[0021 ] 施加接口層到所述半導體本體，所述接口層包括多個不同金屬的子層。
[0022]方法可能還包括施加金錫合金的焊料層到所述接口層。
[0023]施加接口層的步驟可能包含濺射，蒸發(fā)電鍍或者電鍍所述層。
[0024]施加接口層的步驟可能包含施加金的第一子層到半導體本體。特別地，金的第一子層可能與半導體本體(例如硅)接合，這提供良好的低歐姆接觸。另外，施加接口層的步驟可能還包括施加銀的第二子層到第一子層，施加鎳的第三子層到第二子層，和施加金的第四子層到第三子層。
[0025]方法可能包括以下步驟，接收銅的基板；和使用焊料層將管芯鍵合到基板。鍵合可能包含熱壓縮鍵合?？蛇x的，可以使用熱聲波鍵合。
[0026]方法可能包括接收銅的基板，銅的基板具有在其上的金的襯墊層用于接收管芯的焊料層。方法可能包括將襯墊層施加到基板的步驟。方法可能包括用外層電鍍基板的步驟，可能包含合金，合金包括金，鈀和鎳的一個或更多。
【附圖說明】
[0027]通過示例的方式根據(jù)以下附圖描述本發(fā)明優(yōu)選的實施例:
[0028]圖1不出了管芯和基板的一個實施例；
[0029]圖2示出了接口層的更詳細的視圖；
[0030]圖3示出了具有焊料層的接口層的更詳細的視圖；
[0031]圖4-6示出了根據(jù)實施例的形成管芯，基板和封裝的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出了半導體管芯I和金屬基板2用于使用焊料來芯片鍵合在一起。本發(fā)明在RF功率封裝的制造中具有特別的應用?；?又名端板(header)或凸緣(flange),可能包括散熱器用于RF功率封裝。在保證所產(chǎn)生的封裝的可靠性的同時降低制造成本是重要的。需要管理半導體管芯I和基板2之間的相對熱膨脹，當保證管芯I和基板2之間的高導熱性時，通常使用昂貴的材料。本實施例提供節(jié)約成本的管芯和基板和制造工藝，同時維持管芯和基板之間的高完整性的焊料互聯(lián)以保證結構可靠性和有效的熱轉移。
[0033]管芯I包括半導體材料的本體3，半導體材料例如是硅。本體3包括焊料層4，焊料層4包括合金，該合金包含金用于將管芯芯片鍵合到基板2。在一些例子中，焊料層可能不包含金。管芯I包括在本體3和焊料層4之間的接口層5，接口層5具有多個不同金屬的子層。
[0034]半導體本體3由硅片組成，可能在上面會形成電子元件。本體3可能包含單晶硅或者砷化鎵或者氮化鎵半導體材料或者任何其它半導體材料。本體3的背面具有接口層5施加在其上。
[0035]接口層包含多個子層和可能包含與本體3相鄰的金子層和與焊料層相鄰的金子層和在金子層之間的至少一個除金以外的金屬子層。
[0036]圖2更詳細地示出了管芯I和接口層5。在本實施例中，接口層5包括4個子層，5a, 5b, 5c和5d。第一子層5a直接施加到本體3并且包括金與娃的合金層以獲得低歐姆接觸。第一子層的厚度可能在10nm和500nm之間并且優(yōu)選地在200nm和400nm之間。第一子層的厚度可能具有下限為50nm, 10nm, 150nm, 200nm, 250nm, 30