专利名称：一种金锡合金薄膜制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种金锡合金薄膜制备工艺。
背景技术：
随着当今半导体技术的发展，器件的集成化越来越高，尺寸越来越小，单位体积内的发热量越来越高，如何提高器件的热量传到成为当今很多技术的瓶颈。例如在LED技术中，如何提高散热成为大功率LED照明技术的瓶颈，又比如在大功率的激光器件中，散热也是一个大的问题。金锡合金是用于微电子器件封装的一种重要钎料。在微电子器件制造工艺中，考虑到由于芯片在工作中会产生大量的热，其结构通常需要有一个良好的散热通道， 通常是采用钎料合金把芯片钎焊在管壳上来建立该通道。常见的钎料有两种。即Sn-H3系合金钎料和Au合金钎料。金基钎料比锡基或铅基焊料具有较优良的热导率，此外，在功率半导体器件中，钎接头抗热疲劳特性是人们关注的问题，同高铅焊料相比，金基焊料具有较高的抗热疲劳性能。常见的金锡合金薄膜的制备有以下几种方案磁控溅射法、电子束蒸发、电镀和丝网印刷。磁控溅射法制备的金锡合金材料的利用率低，容易造成贵金属Au的浪费，在靶材的回收过程中会产生额外的成本，同时在制作靶材时需求Au的质量较大。采用电镀和丝网印刷方法制备的金锡合金薄膜纯度低，需要通过烧结和清洗才能获得所需的合金膜，不能用于高精度的集成电路的应用。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种纯度高、低成本的金锡合金薄膜制备工艺。本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的一种金锡合金薄膜制备工艺，利用电子束蒸发镀膜，在氧化铝陶瓷基片或氮化铝陶瓷基片上获得Au和Sn的金属层， 然后通过共晶热处理得到了金锡合金薄膜，所述电子束蒸发镀膜过程中，真空度为1.0E-4 Pa 5. 0E-3Pa ；轰击电流为50 200mA ；基底温度为50 250°C ；基片转速为15 20r/ m ；电子束电压为6kV 8kV ；蒸发金Au电流为200 300mA ；蒸发Sn电流为200 300mA。进一步在上述金锡合金薄膜制备工艺中，Au和Sn的分层可以根据不同的厚度， 设计成为Au层、Sn层、Au层、Sn层、Au层五层结构。所述共晶热处理的温度是250 330°C， 时间为3 lOmin。所述的氧化铝陶瓷基片或氮化铝陶瓷基片与金锡合金薄膜之间还设有过渡膜层，所述的Ti/Mo层的厚度为0. 05 0.5 μ m，Pt/Ag的厚度为0. 1 0. 7 μ m，Au/ Cu的厚度为0. 2 0. 8 μ m。所述的过渡层是用电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统进行真空镀膜而得，通过基片的旋转提高膜层的均勻性和效率。所述的真空度是1. OE-4 1 5. 0E-3Pa ；轰击电流是50 200mA ；基底温度是50 250°C ；基片转速是15 20r/m ；电子束电压是6 8kV ；蒸发Ti/Mo电流是200 300mA ；蒸发Pt/Ag电流是200 300mA ； 蒸发Au/Cu电流是50 200mA ；所使用的坩埚是Cu坩埚、石墨坩埚。所述的金锡合金薄膜总厚度是2 8 μ m。本发明的所有工艺流程都在洁净间内进行的，本发明的热处理是在真空中进行。减少杂质和污染，提高了产品的性能。洁净间的标准是1000级。洁净室的标准是《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)，标准中规定的空气洁净度等级等同采用国际标准 IS01466-1中的有关规定。与现有技术相比，本发明金锡合金薄膜制备工艺是利用电子束蒸发镀膜，在氧化铝陶瓷基片或氮化铝陶瓷基片上获得Au和Sn的金属层，然后通过共晶热处理得到了金锡合金薄膜。在制备了稳定可靠样品的同时，降低了成本、提高了贵金属Au的使用效率。本发明中在氧化铝陶瓷基片和氮化铝陶瓷基片上分别制备了金锡合金薄膜。该合金膜具有良好的可焊性、较高的附着力、稳定的组分、外观好的特点。
图1是本发明的产品表面放大200倍的图。
具体实施例方式本发明的主旨是利用金热传导率高，锡的可焊性好的特点，在陶瓷片上镀上金锡合金层的镀膜，提高了 Au的利用率，提高了生产的效率。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，材料中各个原材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
实施例一种新的制备金锡合金薄膜的工艺，利用电子束蒸发镀膜，获得了 Au和Sn的金属层，然后通过热处理得到了稳定的金锡合金薄膜，具体的工艺参数如下
清洗的工艺参数先将基片用水尽量清洗表面灰尘；烘干；将基片放入洗液中浸润 5士 1分钟(一定要全部浸透，且过程不能粘水，否则失效)；洗液回收后下次可以继续使用， 将清洗物用水冲洗干净后在纯水中超声清洗2遍(5分钟/遍)；自然干燥或烘干。电子束蒸发沉积Ti/Pt/Au层，其中Ti层的厚度为0.05-0. 5um，Pt的厚度为 0. 1-0. 7um, Au的厚度为0. 2-0. Sum。所使用的设备是电子束蒸发与电阻蒸发复合镀膜系统。真空度是1. 0E-4 Pa 5. 0E-3Pa ；轰击电流是50 200mA ；基底温度是50 250°C ； 基片转速是15 20r/m ；电子束电压是6 8kV ；蒸发Ti电流是200 300mA ；蒸发Pt电流是200 300mA ；蒸发Au电流是50 200mA ；所使用的坩埚是Cu坩埚、石墨坩埚。进行金锡合金层的镀膜，为制备金锡合金，首先进行金层和锡层厚度进行计算，总厚度为2-8微米的合金层。本发明准确控制Au-Sn合金的比例和百分比，在镀膜过程中，利用膜厚控制仪，能够精确的测量金属层的厚度，精确度能够达到5nm。通过我们的膜厚的精准测量，从而保证了产品的材料比例质量。辅助以台阶测厚仪的测试，证实膜厚控制的精确性达到5nm。所述电子束蒸发镀膜过程中，真空度为1.0E-4 1 5. 0E_3I^ ；轰击电流为 50 200mA ；基底温度为50 250°C ；基片转速为15 20r/m ；电子束电压为6kV 8kV ； 蒸发金Au电流为200 300mA ；蒸发Sn电流为200 300mA。共晶热处理的温度采用的是250-330°C，时间为!Min-lOmin。经过共晶热处理后，
获得一定质量比的金锡合金薄膜。所得的金锡合金薄膜具有比较好的表面平整度，所获得的薄膜表面颗粒非常均勻，如图1所示。
利用电子束蒸发分层沉积镀膜，使得所获得的金锡合金薄膜具有稳定的性能、薄膜的成分纯度高，所获得的合金比例稳定。利用了共晶熔合热处理，使Au层和Sn形成了稳定的合金，如表1对金锡合金薄膜进行了推力测试数据。
权利要求
1.一种金锡合金薄膜制备工艺，利用电子束蒸发镀膜，在氧化铝陶瓷基片或氮化铝陶瓷基片上获得多层Au和Sn的金属层，然后通过共晶热处理得到了金锡合金薄膜，其特征在于所述电子束蒸发镀膜过程中，真空度为1. 0E-4 Pa 5. 0E-3Pa ；轰击电流为50 200mA ；基底温度为50 250°C;基片转速为15 20r/m ；电子束电压为6kV 8kV ；蒸发金 Au电流为200 300mA ；蒸发Sn电流为200 300mA。
2.根据权利要求1所述的金锡合金薄膜制备工艺，其特征在于所述的Au和Sn的金属层依次是Au层、Sn层、Au层、Sn层、Au层五层结构。
3.根据权利要求2所述的金锡合金薄膜制备工艺，其特征在于所述共晶热处理的温度是250 330°C，时间为3 IOmin。
4.根据权利要求1所述的金锡合金薄膜制备工艺，其特征在于所述的氧化铝陶瓷基片或氮化铝陶瓷基片与金锡合金薄膜之间还设有过渡层的选择为Ti/Mo/Pt/Ag/Cu/Au，所述的Ti/Mo层的厚度为0. 05 0. 5 μ m，Pt/Ag的厚度为0. 1 0. 7 μ m，Au/Cu的厚度为 0. 2 0· 8μπι。
5.根据权利要求4所述的金锡合金薄膜制备工艺，其特征在于所述的过渡层是用电子束蒸发或电阻蒸发复合镀膜系统进行真空镀膜而得，镀膜时，基片旋转。
6.根据权利要求5所述的金锡合金薄膜制备工艺，其特征在于真空镀膜过渡层时，其真空度是1. 0Ε-4 Pa 5. 0E-3Pa ；轰击电流是50 200mA ；基底温度是50 250°C ；基片转速是15 20r/m ；电子束电压是6 8kV ；蒸发Ti/Mo电流是200 300mA ；蒸发Pt/Ag 电流是200 300mA ；蒸发Au/Cu电流是50 200mA ；所使用的坩埚是Cu坩埚、石墨坩埚。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的金锡合金薄膜制备工艺，其特征在于所述的金锡合金薄膜总厚度是2 8 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种金锡合金薄膜制备工艺，利用电子束蒸发镀膜，在氧化铝陶瓷基片或氮化铝陶瓷基片上获得多层Au和Sn的金属层，然后通过共晶热处理得到了金锡合金薄膜，所述电子束蒸发镀膜过程中，真空度为1.0E-4Pa～5.0E-3Pa；轰击电流为50～200mA；基底温度为50～250℃；基片转速为15～20r/m；电子束电压为6kV～8kV；蒸发金Au电流为200～300mA；蒸发Sn电流为200～300mA。该合金膜具有良好的可焊性、较高的附着力、稳定的组分、外观好的特点。
文档编号C23C14/30GK102560371SQ201110457880
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者杨丙文, 沓世我, 王建明, 陈国政, 陈明钧, 陈鉴波 申请人:广东风华高新科技股份有限公司