Способ изготовления гибридной интегральной схемы

(51) 5 Н 01127 12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации но патентам и товарным знакам(7) Институт точной механики и вычислительнойтехники им.САлебедева РАН(73) Институт точной механики и вычислительнойтехники им.САПебедева РАН(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ(57) Сущность изобретения: при установке кристаллов в соответствии с топологией на промежуточныйноситель их погружают в расплав эвтектическогосостава с отделением промежуточного носителяпосле затвердевания расплава и формированиямногослойной коммутации. 4 ил.Способ изготовления гибридной интегральной схемы,Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении гибридных интегральных схем.Известен способ изготовления гибридной интегральной схемы, заключающийся в установке кристаллов микросхем МС) на внутренней поверхности эластичной пленки и последующем переносе и монтаже кристаллов МС на печатную плату, межсоединение кристаллов .МС с платой осуществляется при помощи пайки,Однако, известный способ не позволяет проконтролировать качество межсоединений; способ установки кристаллов МС при помощи навесных паяных соединений ведет к снижению надежности устройства, кроме того, в данном способе не может бгять достигнута максимальная плотность установки кристаллов МС,Известны способы изготовления гибридных интегральных схем, включающие монтаж кристаллов МС с применением стекла или эпоксидных смол для образования планарной структуры с последующим Формированием многослойной коммутации,Существенными недостатками таких способов является то, что они не позволяют применить фотолитографические способы для качественного формирования тонкопленочных соединений из-за наличия дефектов и зазоров между поверхностью кристаллов и применяемого монтажного состава,Известен способ изготовления гибридной интегральной схемы, выбранный в качестве прототипа, включающий нанесение промежуточного слоя на подложку, нагрев подложки и промежуточного слоя, погружение кристаллов в промежуточный слой, охлаждение подложки и промежуточного слоя, формирование многоуровневой коммутации,Но известный способ обладает рядом существенных недостатков в частности, установка кристаллов на металлическую подложку в окна, полученные экспонированием, не позволяет прецизионно точно смонтировать кристаллы, чтобы осуществить качественное и надежное соединение контактных площадок, имеющих определенный разброс в расположении на кристаллах МС, по отношению к его габаритам, с элементами многослойной коммутации гибридной интегральной схемы. Помимо этого, способ включает ряд технологически сложных операций, например, изготовление предварительно отформироВдн ного диэлектрического покрытия для Выравнивания структуры после установки кристаллов в подложку. Применение зажима из нержавеющей стали для "вдавливания" кристаллов затрудняет контроль заэтим процессом и кроме того, может слу 5 жить причиной их повреждения, при запрессовке кристаллов МС в металлическуюнагретую подложку получается поверхностный рельеф низкого качества из-за наличиязазоров на.границе раздела полупроводни 10 ковый кристалл-металл, эти дефекты структуры, заполненные газом, снижаютнадежность устройства,Известный способ не позволяет использовать кристаллы МС, обычно применяемые15 в полупроводниковой технологии (толщиной 200 мкм) из-за их возможного разрушения,Целью изобретения является повышение прочности,20 Поставленная цель достигается тем, чтов способе изготовления гибридной интег.ральной схемы, включающем нанесениепромежуточного слоя на подложку, нагрев .подложки и промежуточного слоя, погружение кристаллов в промежуточный слой, охлаждение подложки и промежуточногослоя, Формирование многоуровневой коммутации; промежуточный слой наносят изсплава А 1-Ое или Я-Ав, а нагрев осуществ 30 ляют до расплавления сплава, при этом кристаллы перед погружением в расплавразмещают в одной плоскости с помощьювакуумного захвата и погружают в расплаводновременно.35 Сущность изобретения заключается втом, что кристаллы МС предварительно точно устанавливают лицевой поверхностьювверх на промежуточном носителе с вакуумным захватом в полном соответствии с топо 40 логией трассировки коммутации гибриднойинтегральной схемы по реперным знакам,нанесенным на промежуточный кварцевыйноситель, причем этот процесс визуальноконтролируем, т.к, носитель прозрачный,45 Затем кристаллы МС на промежуточномносителе, установленные в точном соответствии с топологией гибридной интегральнойсхемы, погружают в расплав эвтектическогосостава, например, сплав алюминия с гер 50 манием (Т,пл, - 424 С) или сплав кремния сзолотом (Т.пл. - 370) на керамическую подложку, Процесс заполнения зазоров междукристаллами также визуально контролируем через прозрачный носитель под микро 55 скопом. После заполнения зазоров иполучения безрельефной планарной структуры, охлаждают структуру до затвердевания расплава и отделяют промежуточныйноситель. Затем Формируют .ФотолитограФией многослойную коммутацию.В результате погружения кристаллов МС в эвтектический расплав образуется прочное соединение этих элементов между собой и со сплавом, чем достигается высокая механическая прочность многокристальной структуры и надежнрсть ГИС (гибридная интегральная схема). При погружении кристаллов МС в расплав происходит плотное заполнение зазоров между кристаллами, и на стыках кристалл-металл микрорельеф высокого качества за счет приплавления кристаллов, что также новышает надежность устройства.Кристаллы, смонтированные на подложке в застывшем расплаве, находятся в одинаковых условиях для отвода тепла при работе в теплонапряженном режиме. Предлагаемый способ позволяет компоновать микросхемы с максимальной плотностью, когда зазор между кристаллами сравним с их толщиной - 0,4 мм, причем кристаллы могут быть любой формы и толщины,На фиг.1 изображено устройство, поясняющее операцию подготовки промежуточнога носителя к установке кристаллов МС; на фиг.2 - устройство для установки кристаллов МС на промежуточный носитель с вакуумной фиксацией; на фиг.3 - нанесение и нэгревание и ромежуточного слоя подложки и погружение кристаллов на носителе в проводниковый слой.На фиг.4 - гибридная интегральная схема.Устройства содержат вакуумный захват, включающий промежуточный носитель 1 с отверстиями 2, и реперными знаками 3, кварцевое стекло 4, вакуумную рамку 5, штуцера б и 7. Вибролоток 8 с кристаллами 9 МС, координатно-монтажный штырь 10, нагреватель-стол 11, промежуточный слой подложки в виде капли сплава 12, керамический слой подложки, в виде монтажного основания 13.Промежуточный носитель 1 с отверстиями 2 и реперными знаками 3, кварцевое стекло 4 устанавливают на вакуумную рамку 5 и укрепляют при помощи откачки воздуха через вакуумный штуцер 6,Реперные знаки 3 соответствуют контактным площадкам на лицевой грани кристаллов 9 МС и топологии трассировки ГИС. Затем кристаллы 9 МС помещают на вибролоток 8 и поочередно подают на координатно-монтажный штырь 10, который может перемещаться по осям Х, У, и вокруг своей оси, Совмещают контактные площадки на кристалле 9 МС с реперными знаками 3 на промежуточном носителеперемещением координатно-монтажною штыря 10 с кристаллом 9 МС в нужном направлении. Этот 5 10 15 20 25 30 35 40 процесс контролируют визуально через прозрачный промежуточный носитель 1 и кварцевое стекло 4,Устанавливают кристаллы 9 МС на промежуточном носителе 1 с помощью вакуумной фиксации, откачивая воздух через штуцер 7, так устанавливают все кристаллы 9 МС на промежуточный носитель 1,На нагревателе-столе 11 устанавливают монтажное основание 13 с каплей 2 сплава. В качестве сплава используют сплав А- бе эвтектического состава (Т,пл. - 424 С) или В-Аи (Т.пл. - 370 С).Нагревание производят при температуре 435-440 до полного расплавления металлического сплава.Погружают кристаллы 9 МС, укрепленные на промежуточном носителе 1, в расплавленный промежуточный слой.Чтобы избежать резкого изменения температуры расплава при погружении промежуточного носителя 1 с кристаллами 9 МС (вся эта конструкция обладает большой теплоемкостью), его предварительно нагревают.Нэ поверхность промежуточного носителя.1, соприкасающуюся с промежуточным проводниковым слоем, находящимся в расплавленном состоянии, наносят слой углерода, который не смачивается эвтектическим расплавом.Подают на нагреватель-стол 11 вибрацию. Вибрация необходима для разрыва окиснай пленки на расплаве и качественного заполнения зазоров между кристаллами 9 МС.Визуально контролируют плотность заполнения зазоров проводниковым слоем. Охлаждают подложку с кристаллами 9 МС путем отключения нагрева от нагревателястола 11.Отделяют промежуточный носитель 1 от кристаллов 9 МС.Затем на ровной безрельефной поверхности подложки с кристаллами 9 МС формируют элементы многослойной коммутациипо планарной технологии. Таким образом, в предлагаемом способе точная установка кристаллов 9 МС в соответствии с топологией трассировки коммутации предполагает последующее качественное соединение выводов кристаллов9 ЫС с многослойной коммутацией гибридной интегральной схемы, помимо этого, достигается высокая механическая прочностьустройства, предлагаемый способ позволяет получить плэнарную поверхность для нанесения рисунка многослойной коммутации, на границе раздела кристаллметалл образуется прочное бездефектное2003207 моноструктурное соединение; способ позволяет применять кристаллы любой толщи- (56) Патент США М 4766670, кл. Н 05 К 3/34,ны и размера, и компоновать их с 1988.максимальной плотностью, так, что рассто- Патент Великобритании М 1426539, кл.яние между кристаллами сопоставимо с их 5 Н 0127/12, 1974.толщиной 0,4 мм; Формула и зоб рете н и яСПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ, включающий нанесение промежуточного слоя на подложку, нагрев подложки и промежуточного слоя, погружение кристалла в промежуточный слой, охлаждение подложки и промежуточного слоя; формирование мно 10гоуров невой коммутации, отличающийся тем, что, .с целью повышения прочности, промежуточный слой наносят на слой из сплава А - Ое или В - Аа нагрев осуществляют до расплавления сплава, при этом кристаллы перед погружением в расплав размещают в одной плоскости с помощью вакуумного захвата и погружают в расплав одновременно,Семен Ред ректор С.Ю аказ 323 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж; Раушская иаб., 4/ Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101