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本论文工作的主要目的是研究适合高温器件使用的丝焊互连体系。本文选用Pd丝和与其相匹配的焊盘材料，如Au/Ti、Pd/Ti等宋取代常用的Au/Al丝焊体系，应用于Si、SiO2/Si和Al2O3等常用衬底材料上，并将所选体系在高温不同环境气氛下退火，通过原位电阻测试、机械强度测试、扫描电镜（SEM）、俄歇（AES）、二次离子质谱（SIMS）和卢瑟福背散射等微分析手段来研究诸互连系统在＞=300℃时的可靠性及其相关问题。得到如下结论： 1．研究了Pd丝在高温（300℃左右）不同气氛下退火时的电阻变化和机械强度变化情况。结果表明Pd丝的高温物性稳定，适合用于高温焊丝。 2．用原位电阻法研究Pd丝在高温退火时与氮气氛的相互作用情况。首次发现氮会在300℃左右时渗入Pd中并使Pd的电阻增加，拉伸强度改善，且其渗入过程符合一维无限长柱体扩散模型，扩散过程的激活能为1.3ev左右。这一重要发现推翻了已有的氮在1400℃以下不溶于Pd的结论。 3． 研究了所选焊盘材料：Au/Ti、Pd/Ti膜在高温（300℃左右）退火时的稳定性。发现： （1） Au/Ti膜在300℃退火时电阻有很大增加，电阻随退火时间改变的过程基本符合一维有限长平面扩散的模型。在Au层较厚的情形下，在空气中退火时，Ti的氧化并不会导致Ti在Au层中快速扩散；反之，会对Ti在Au层中的扩散有所阻碍。因而，在空气中退火时Ti原子在Au层中的扩散速度反而不如在Ar气中快。此结果推翻了文献中关于Ti的氧化会加速Ti原子在Au层中的扩散的论断。 （2） Pd/Ti膜在300℃ Ar气氛下退火时电阻基本不变，表明Pd、Ti界面的互扩散产物对互扩散有强烈的阻止作用，在空气中退火时电阻的少许增加（3％）则表明可能有部分Ti发生 中国科学院上海冶金所博士学位论文 了氧化。 ①)Pd八i膜在氮气氛下退火时，同Pd丝的实验结果类似：氮将 渗入Pd膜中导致膜的电阻增加，同时渗入的氮还会加速Ti 原子在Pd膜中的扩散。这一结果首次验证了其他学者提出 的推测：不活泼气体氮确实会渗入贵金属Pd层，并提高Ti 原子在Pd层中的扩散速度。 同时，Pd／Ti膜在空气中退火时由于互扩散和氧化导致的电阻变 化较ALI／Ti膜的小，这结果表明将Pd／Ti膜用做高温丝焊的焊盘 其可靠性比用 All／T i膜更高。 4．对所选的互连系统的焊接参数进行了优化。结果表明采用优化的 参数可实现Pd丝在所选的金属焊盘上的可靠焊接，其拉断强度 符合标准的要求。而强度值分布的分散性小，符合高可靠性丝焊 工艺的要求。高温退火后虽然其强度的平均值下降，结果分散， 但仍能符合高可靠性丝焊工艺的要求。 5．研究了所选材料体系在更高的温度下失效的机理。研究结果表 明： ＊)在更高的温度怕 400℃以上)下退火时，多层膜间的互 扩散对丝焊工艺在高温下的可靠性起着关键的作用。例 如，Ti膜厚度若偏小，则可能会造成金属膜与衬底间脱开 导致系统失效。 （）同时，发现了一种丝焊互连系统在高温下失效的新模式： 当温度高于其共晶点时，An／Si膜间易互扩散生成低温共 晶液相，An－St液相在表面张力的作用下向焊盘上的金属 导线迁移，从而导致焊点失效。而m。层可以阻挡这种互 扩散，因而a。用衬底具有更好的高温可靠性。