DE2452865A1

DE2452865A1 - Verfahren zur stabilisierung von aluminium und stabilisierungsloesung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2452865A1
Application number: DE19742452865
Authority: DE
Inventors: Dervin Leo Flowers
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1975-05-15
Also published as: JPS5081273A; JPS5435917B2; US3932685A

Description

PATENTANWÄITF

DIFL.-ING. ί-ΕΟ FI.EUCHAUS DR.-INS. HANS LEYH

DIPL.-ING. ERNST RA.THMNN

München 71, 7. November 1974-

Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: M0168P-1218

Motorola, Inc. 5725 East River Road Chicago, Illinois V.St.A.

Verfahren zur Stabilisierung von Aluminium und Stabilisierungslösung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren von Aluminium, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen Aluminiumteile mit anderen Teilen verbunden werden, sowie eine Stabilisierungslösung zur Durchführung -dieses Verfahrens.

Beim Zusammensetzen von Halbleiteranordnungen wird ein Leitungsrahmen benutzt, der als Träger für den Halbleiterkörper, das sogenannte Halbleiterchip, dient und auch die elektrischen Anschlüsse für die fertige Anordnung aufweist. Normalerweise besteht dieser Leitungsrahmen aus Aluminium oder besitzt eine Aluminiumoberfläche, da die Metallisierung auf dem Halbleiterchip ebenfalls aus Aluminium besteht. Daher wird ein Aluminiumdraht für die Verbindung zwischen den elektrischen Kontaktstücken auf dem Chip und an dem Aluminium oder aluminium-

HO/wi ' · beschichteten

509820/1015

M0168P-1218

beschichteten Leitungsrahmen benutzt, wodurch Elektromigrationsprobleme vermieden werden, die bei Verwendung unähnlicher Metalle auftreten könnten. Es ist üblich, vor Herstellen der Verbindung zwischen dem Chip und dem Leitungsrahmen auf irgendeine Weise eine .Entfettung durchzuführen, wie etwa durch Eintauchen des Leitungsrahmens in ein unter der Warenbezeichnung "Freon" bekanntes Lösungsmittel. Infolge der extremen chemischen Aktivität von Aluminium erhalten die Teile nach Entfernen aus dem Freon einen Überzug aus einem dünnen Aluminiumoxydfilm bzw. sie behalten diesen Überzug, der die Zugfestigkeit der mit diesen /luminiumteilen hergestellten Drahtverbindungen begrenzt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren' zur Reinigung von Aluminiumteilen oder Teilen mit einer Aluminiumoberfläche zu schaffen. Das Verfahren soll sich insbesondere für die Behandlung von Halbleiterleitungsrahmen aus Aluminium oder mit Aluminiumoberflächen eignen und die Zugfestigkeit von Drahtverbindungen bei Halbleiteranordnungen vergrössern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Lösung zur Durchführung des Verfahrens· mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Stabilisierung eines Aluminiumteils, wie etwa eines Halbleiterleitungsrahmens, beinhaltet den Schritt des Beschichtens dieses Aluminiumteils mit einer Alkohollö.sung, enthaltend Bor, Phosphor und ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Gold, Palladium, Rhodium und Platin. Die Lösung wird durch Mischen von Phosphorpentoxyd in einer Alkohollösung vorbereitet. Die Auflösung des Phosphorpentoxyds ist exotherm, so dass die Temperatur der Lösung

- 2 - während

509820/1015

M0168P-1218

während der Reaktion ansteigt. Dann wird Boranhydrid und ein Salz von Gold, Palladium, Rhodium oder Platin zugesetzt. Die Lösung nimmt jegliches Aluminiumoxyd von der Oberfläche des Teiles weg und entfernt ebenso jegliche organische Verschmutzung. Zugleich wird auf der Oberfläche des Aluminiumteils eine Schicht aus Gold, Platin, Rhodium oder Paladium abgelagert. Das Verfahren ist insbesondere für die Vorberei- - tung von Aluminiumleitungsrahmen für Drahtverbindungen beim Zusammenbau von Halbleiteranordnungen vorteilhaft.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Gemäss einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung dient . das erfindungsgemässe Verfahren zur Entfernung organischer Verunreinigung von einem Halbleiterleitungsrahmen, bevor an diesem Drahtverbindungen vorgenommen werden. Während dieses Verfahrens wird auch die auf Leitungsrahmen aus Aluminiumstreifen immer' vorhandene Aluminiumoxydhaut entfernt. Sowohl die organische Verunreinigung als auch das Aluminiumoxyd beeinträchtigen die Festigkeit und die Qualität von Drahtverbindungen bzw. -anschlüssen. Während des Verfahrens wird das Aluminium mit einem inerten Edelmetall plattiert bzw. beschichtet, das das Entstehen einer neuen Oxydschicht auf dem Leitungsrahmen verhindert, wenn dieser nachfolgend der Luft ausgesetzt wird. Ergebnisse zeigen, dass die Wirkung dieser Behandlung anhält, auch wenn der behandelte Leitungsrahmen vier Wochen gelagert wird", bevor beim Zusammenbau Drahtverbindungen hergestellt werden.

Die Wirkung des erfindungsgemässen Verfahrens beruht darauf, dass aus einer ausgewählten organischen Lösung eine dünne haftende Schicht eines inerten Edelmetalls, wie etwa Gold, Palladium, Platin oder Rhodium auf dem Aluminium abgelagert wird. Die Edelmetallschicht kann in ihrer Dicke als eine

- 3 - - ein-atomige

50 9820/1015

M0168P-1218

ein-atomige Schicht angesehen werden, die gegenüber den Umgebungszuständen von Temperatur und Feuchtigkeit stabil ist und dadurch die erneute Bildung einer Aluminiumoxydhaut verhindert.

Zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäss eine Lösung aus Phosphorpentoxyd, Boranhydrid und einem Salz eines Edelmetalls, wie etwa Kaliumgoldcyanid, Kaliumgoldchlorid, Palladiumchlorid oder ähnliche Salze von Rhodium und Platin verwendet. Dabei wurde eine Konzentration der aufgelösten Feststoffe von 0,5 bis 4% mit einem atomaren Verhältnis von Phosphor-Bor-Edelmetall = 1:3:0,1 verwendet. Die Phosphor-Borlösung dient als Träger zur Lösung des Edelmetallsalzes.

Eine typische Lösung wird durch Auflösen von 1 bis 30 g Phosphorpentoxyd pro Liter in irgendeinem Alkohol, beispielsweise Isopropylalkohol vorbereitet. Diese Reaktion is exotherm und hat einen Temperaturanstieg der Lösung zur Folge. Dieser Lösung werden 1 bis 60 g Boranhydrid pro Liter zur Bildung eines Bor-Phosphorverhältnisses in der Lösung von wenigstens 3:1 zugesetzt. Dieses Verhältnis ist erforderlich, um hygroskopische Nebeneffekte zu vermeiden, die nach Trocknen der Lösung bei der folgenden Behandlung mit dem erfindungsgemässen Verfahren auftreten könnten. Die oben angegebene Lösung stellt eine Vorratsgründlösung dar, der vor Benutzung 0,01 bis 10 g Edelmetallsalz pro Liter zugesetzt wird. Das Edelmetallsalz sollte nicht zu lange vor der Benutzung zugesetzt werden, da sogar auf inerten Plastikoberflächen eine spontane Ablagerung des Edelmetalls während einer Zeit von wenigen Tagen auftritt. Wenn die Teile entsprechend dem erfindungsgemässen■Verfahren behandelt werden sollen, wird ein ausreichender Betrag des Edelmetallsalzes zugefügt, um ein Verhältnis von Borphosphor zu Edelmetall von 1:3:0,1 zu erzielen. Das Auflösen kann im allgemeinen innerhalb von Minuten durch Schütteln oder Rühren erzielt werden.

- 4 - - Bei

509820/10 15

ι M0168P-1218 |

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann eine Entfettung in Isopropylalkohol vorangehen, Jedoch ist dies nicht notwendig. Die Teile werden der oben angegebenen Lösung bei Zimmertemperatur zugefügt, bis ein Absorbtions- oder Immersionsbeschichtungsgleichgewicht erreicht ist. Die Flüssigkeit wird dann von den Teilen dekantiert und die Teile'mit einem Alkohol, wie etwa Methanol gespült und luftgetrocknet. Vorzugsweise werden die Teile dann während 30 Minuten in Luft bei 200⁰C gebacken. Nach dieser Behandlung sind die Teile für den weiteren Zusammenbau fertig.

Beispiel I

Es wurde eine vorläufige Lösung durch Auflösen von 16 g Phosphorpentoxyd in 500 ml Isopropylalkohol.vorbereitet. Dieser Losung wurden 28 g Boranhydrid zugesetzt, die sich in Minuten auflösten. Die Lösung wurde dann mit weiteren 1000 ml Isopropylalkohol verdünnt. 100 ml dieser verdünnten Vorratslösüng wurden dann 0,2 g Kaliumgoldcyanid zugesetzt. Das Auflösen· des Kaliumgoldcyanids geschieht in ungefähr 10 Minuten durch Schütteln. Diese Losung wurde dann durch Zusetzen von 500 ml Isopropylalkohol verdünnt. Dann wurden 100 Dual-in-line-Leitungsrahmen 5 Minuten lang in die Lösung eingetaucht. -cDie Lösung wurde dann von den Teilen dekantiert und diese wurden 3 bis 5 Sekunden in reinem Methanol gespült. Anschliessend wurden die Teile an der Luft getrocknet. Innerhalb eines Tages wurden die Teile mittels Drahtverbindungen mit Halbleiterchips zusammengesetzt und in Bezug auf ihre Zugfestigkeit geprüft. Die Resultate zeigen, dass die Spitzenzugfestigkeit ,· verglichen mit Teilen, die auf herkömmliche Weise entfettet wurden, von 5 auf 7 S erhöht wurde, während Teile, mit einer Zugfestigkeit von weniger als 6 g ausgeschlossen wurden.

- 5 - . Beispiel II

609820/1015

M0168P-1218

Beispiel II

Eine Lösung wurde durch Auflösen von 16 g Phosphorpentoxyd in 500 ml Isopropylalkohol vorbereitet. Dieser Lösung wurden 28 g Boranhydrid zugesetzt, die sich darin auflösten; die _; Lösung wurde dann mit 1000 ml Isopropylalkohol verdünnt. 100 ml' dieser Lösung wurden dann 0,2 g Kaliumgoldcyanid zu- · gesetzt und in angenähert 10 Minuten gelöst. 100 Dual-in-line-Leitungsrahmen wurden 8 Minuten in die Lösung getaucht und die Lösung dann dekantiert. Die Teile wurden dann schnell 2 bis 5 Sekunden - in reinem Methanol gespült und luftgetrocknet. Anschliessend wurden die .Teile vor dem Zusammenbau drei Wochen gelagert. Nach dem Zusammenbau wurden die Teile in Bezug auf die Zugfestigkeit geprüft, und die Ergebnisse mi't einer ähnlichen Anzahl von Teilen verglichen, die mittels Freon entfettet wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der Maximalwert der Drahtzugfestigkeit von. 5 S für die gewöhnlichen Einheiten auf 8,5 g für die Produkte erhöht wurde, die mit dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt wurden. Das entspricht einer Erhöhung der Festigkeit von 70%· Die niedrigsten Werte bei den nach/errindungsgemässen Verfahren behandelten Teilen lagen immer noch wenigstens 1 g über der maximalen Zugfestigkeit, die mittels des bekannten Verfahrens erzielbar ist.

Obwohl die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen und Beispiele beschrieben wurde, können geeignete Änderungen vorgeno.mmen werden, ohne das Wesen der Erfindung zu verlassen.

'" ' - 6 - Patentansprüche

509820/1015

Claims

M0168P-1218 Patentansprüche

1. Verfahren zum Stabilisieren von Aluminium, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen Aluminiumteile mit anderen Teilen verbunden werden, gekennzeichnet durch den Schritt des Beschichtens des Aluminiums bzw. der Halbleiteranord- . nung mit einer komplexen Lösung, "enthaltend 1 bis 30 g pro Liter Phosphorpentoxyd, 1 bis 60 g pro Liter Boranhydrid, 0,01 bis 10 g pro Liter eines Materials ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gold-, Platin-, Palladium- und Rhodiumsalzen und -oxyden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium bzw. die Halbleitereinrichtung in die komplexe Lösung eingetaucht und dann in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre getrocknet wird.· *

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e i c Ίι η e t, dass die Oberfläche des Aluminiums bzw. dex Halbleiteranordnung mit der komplexen.Lösung bedeckt wird, getrocknet wird und dass die Oberfläche der Anordnung mit konzentriertem Ammoniumhydroxyd gespült wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur beim Trocknen ungefähr 200⁰C beträgt. ·

509820/1015

2A52865

M0168P-1218-

5« ^! Stabilisierungsbeschichtungslösung für Aluminium, gekennzeichnet, im wesentlichen durch:

a) 1 bis 30 g pro Liter Phosphorpentoxyd;

b) 1 biß 60 g pro Liter Boranhydrid; >

c) 0,01 bis 10 g pro Liter eines Materials ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gold-, Palladium-, Platin- und Rhodiumsalzen und -oxyden; und

d) Rest aus einer Lösung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl-, Ithyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl- und Isobutylalkohol, Äthylenglykol und Tetrahydro-Furfurylalkohol.

509820/1015