DE10011368A1

DE10011368A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10011368A1
Application number: DE10011368A
Authority: DE
Inventors: Tomoko Takizawa; Masanori Takeuchi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2000-12-07
Also published as: SG84573A1; JP2000260894A; JP3287328B2; US6486553B1; KR20000076801A; US20020000651A1; KR100367314B1

Abstract

Es wird ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, das folgendes enthält: einen Halbleiterchip (1), eine Verdrahtung (2), die eine elektrische Verbindung mit dem Halbleiterchip (1) herstellt und Kupfer (Cu) enthält, eine Lötkugel (11), die die Verdrahtung (2) kontaktiert und den Zinn (Sn) enthält, und eine aus Kupfer-Zinn(Cu-Sn)-Legierung hergestellte Schicht (21), die zwischen der Verdrahtung (2) und der Lötkugel (11) geschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) eine Dicke aufweist, die größer oder gleich ungefähr 1,87 Mikrometer ist. Die Kupfer-Zinn-Legierungsschicht stärkt die Verbindung zwischen der Verdrahtung und der Lötkugel (11) und stellt somit eine Reduzierung beim Auftreten von Bruch und/oder Reißen in der Verdrahtung und der Lötkugel (11) sicher. Infolgedessen wäre es möglich zu vermeiden, daß die Lötkugel (11) aufgrund von Bruch und Reißen von der Verdrahtung getrennt wird. Dementsprechend kann die Ausbeute bei der Herstellung des Halbleiterbauelements erhöht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung und insbesondere zur Erhö hung der Herstellungsausbeute eines Halbleiterbauelements.

Als Reaktion auf die Anforderung an ein elektronisches Bau element, höhere Leistungen zu erzielen, kleiner und leich ter zu sein und mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten zu können, sind viele neue Halbleiterbauelemente entwickelt worden. So wird beispielsweise ein elektronisches Bauele ment durch höhere Integration eines Halbleiterchips kleiner und leichter gebildet, um auf diese Weise ein kleineres und leichteres Halbleiterbauelement herzustellen.

Fig. 1A bis 1C veranschaulichen ein herkömmliches Halb leiterbauelement. Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht ei nes herkömmlichen Halbleiterbauelements, Fig. 1B ist eine vergrößerte Ansicht einer Verbindung zwischen einer Ver drahtungslage und einer Lötkugel, und Fig. 1C ist eine Querschnittsansicht, die veranschaulicht, daß das in Fig. 1A gezeigte Halbleiterbauelement mit einer Schaltungsplatte elektrisch verbunden ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1A umfaßt das herkömmliche Halb leiterbauelement einen Halbleiterchip 1, ein Filmsubstrat 3, eine das Filmsubstrat 3 an den Halbleiterchip 1 klebende Polyimid-Klebstoffschicht 31, einen Resist 32, mit dem die Verdrahtungslage 2 bedeckt ist und der mit einem Lötauge 7 gebildet ist, das eine an einer Oberfläche davon gebildete Ausnehmung ist, eine auf dem Filmsubstrat 3 gebildete Ver drahtungslage 2, eine an der Verdrahtungslage 2 in dem Lötauge 7 angebrachte Lötkugel 101, eine Goldschicht 8 (Au), mit der die Verdrahtungslage 2 in dem Lötauge 7 be deckt ist, ein Metall 5, das in ein sowohl durch das Film substrat 3 als auch die Polyimid-Klebstoffschicht 31 gebil detes Durchgangsloch 4 gefüllt ist, und eine Goldschicht 6 (Au), mit der das Metall 5 an einer oberen Fläche davon be deckt ist.

Die Verdrahtungslage 2 steht in elektrischer Verbindung mit dem Halbleiterchip 1 und enthält Kupfer (Cu). Die Lötkugel 101 enthält Zinn (Sn). Obwohl Fig. 114 die auf der Verdrah tungslage 2 gebildete Goldschicht 8 explizit veranschau licht, wird in Betracht gezogen, daß die Goldschicht 8 in einem Heizschritt, wie beispielsweise einem nach Fertig stellung des Halbleiterbauelements durchzuführenden Tempe raturdurchlauftest, in die Lötkugel 101 diffundiert wird, weshalb weiter in Betracht gezogen wird, daß die Gold schicht 8 nach dem Durchführen eines derartigen Heiz schritts nicht auf der Verdrahtungslage 2 existiert.

Wie in Fig. 1C dargestellt, ist das in Fig. 1A darge stellte Halbleiterbauelement durch die Lötkugel 101 elek trisch mit einer Schaltungsplatte 34 verbunden.

Fig. 2A ist eine vergrößerte Ansicht der Verdrahtungslage 2 und der Lötkugel 101, wobei die Lötkugel 101 aus eutekti schem Sn-Pb-Lot besteht, das 63% Zinn 82 und 37% Blei 83 enthält. Fig. 2B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Grenze zwischen der Verdrahtungslage 2 und der Lötku gel 101. Wie in Fig. 2B dargestellt, ist zwischen der Ver drahtungslage 2 und der Lötkugel 101 eine Cu-Sn-Legierungs schicht 81 mit einer Dicke von 1,75 Mikrometer bis 2,0 Mi krometer geschichtet.

Ein Verfahren zur Herstellung des herkömmlichen Halbleiter bauelements, das in Fig. 1A bis 1C veranschaulicht ist, wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 3A bis 3H und 4A bis 4H erläutert. Fig. 3A bis 3H sind teilweise Quer schnittsansichten des in Fig. 1A dargestellten Halbleiter bauelements.

Zunächst wird, wie in Fig. 3A dargestellt, die Kupfer ent haltende Verdrahtungslage 2 auf einer oberen Fläche des Filmsubstrats 3 gebildet, und die Klebstoffschicht 31 wird auf einer unteren Fläche des Filmsubstrats 3 gebildet. Das Filmsubstrat 3 weist eine Dicke von 12 Mikrometer auf, die Verdrahtungslage 2 weist eine Dicke von 18 Mikrometer auf und die Klebstoffschicht 31 weist eine Dicke von 10 Mikro meter auf. Das Filmsubstrat 3 besteht aus einem Material mit einer Beständigkeit gegenüber einer Temperatur von 250 Grad Celsius oder darüber, wie beispielsweise Polyimid. Die Klebstoffschicht 31 besteht aus Polyimid.

Dann wird, wie in Fig. 3B dargestellt, die Verdrahtungsla ge 2 zu einer vorbestimmten Struktur strukturiert.

Dann werden, wie in Fig. 3C dargestellt, sowohl die struk turierte Verdrahtungslage 2 als auch das Filmsubstrat 3 mit dem Resist 32 bedeckt.

Dann wird, wie in Fig. 3D dargestellt, beispielsweise mit Hilfe einer Laserstrahlkanone durch die Klebstoffschicht 31 und die Verdrahtungslage 2 das Durchgangsloch 4 gebildet.

Dann wird, wie in Fig. 3E dargestellt, das Durchgangsloch 4 mit dem Metall 5, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, gefüllt.

Dann wird, wie in Fig. 3F dargestellt, das Metall 5 an ei ner oberen Fläche mit der Goldschicht 6 bedeckt.

Dann wird, wie in Fig. 3G dargestellt, der Resist 32 mit dem Lötauge 7 über der Verdrahtungslage 2 gebildet. In spä teren Schritten wird die Lötkugel 101 an der Verdrahtungs lage 2 in dem Lötauge 7 angebracht.

Dann wird, wie in Fig. 3H dargestellt, das Lötauge 7 mit der dünnen Goldschicht 8 bedeckt.

Somit wird ein Bandsubstrat 93 vervollständigt, das aus dem Filmsubstrat 3 mit der auf der oberen Fläche gebildeten Verdrahtungslage 2 besteht. Obwohl Fig. 3A bis 3H nur ein Lötauge 7 darstellen, sei angemerkt, daß das Filmsub strat 3 in Form einer Folie vorliegt und das Filmsubstrat 3 mit mehreren Lötaugen 7 gebildet ist, in denen jeweils die Lötkugel 101 in späteren Schritten angebracht werden muß.

Ein Verfahren zum Anbringen von Lötkugeln auf der Verdrah tungslage 2 wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4H erläutert.

Zunächst wird, wie in Fig. 4A dargestellt, das Bandsub strat 93, das aus den in Fig. 3A bis 3H dargestellten Schritten resultierte, so plaziert, daß die Goldschicht 6 nach oben zeigt. Der Einfachheit halber ist die Goldschicht 6 in Fig. 4A nicht dargestellt.

Dann werden, wie in Fig. 4B dargestellt, an das Bandsub strat 93 an seinen entgegengesetzten Enden Versteifungen 41 angeklebt. Die Versteifungen 41 bestehen beispielsweise aus Kupfer oder rostfreiem Stahl. Mit den Versteifungen 41 wird das Bandsubstrat 93 fixiert, wenn der Halbleiterchip 1 auf dem Bandsubstrat 93 angebracht wird.

Dann wird, wie in Fig. 4C dargestellt, der Halbleiterchip 1, umgeben von den Versteifungen 41, auf dem Bandsubstrat 93 angebracht. Dann wird die Goldschicht 6 über einen nicht dargestellten Bonddraht elektrisch mit einer Elektrode 12 des Halbleiterchips 1 verbunden. Die Verbindung wird mit Hilfe eines Bondwerkzeugs, eines Heizgeräts und eines Ul traschallwellengenerators (nicht dargestellt) bewerkstel ligt.

Dann wird, wie in Fig. 4D dargestellt, Harz 42 zwischen dem Bandsubstrat 93 und dem Halbleiterchip 1 aufgetragen und dann gehärtet, um auf diese Weise eine Verbindung zwi schen dem Bandsubstrat 93 und dem Halbleiterchip 1 zu ver stärken. Das Harz 42 besteht beispielsweise aus flüssigem Epoxidharz.

Dann wird, wie in Fig. 4E dargestellt, ein Produkt, das aus dem in Fig. 4D dargestellten Schritt resultiert, zum Zweck des Schutzes des Halbleiterchips 1 mit einer Abdec kung 43 bedeckt. Dann wird die Abdeckung 43 unter atmosphä rischem Druck abgedichtet. Die Abdeckung 43 ist beispiels weise aus Cu, Al oder SiC hergestellt.

Auf eine untere Fläche der Abdeckung 43 wird elektrisch leitender Klebstoff 44, wie beispielsweise Ag-Paste oder Cu-Paste, aufgetragen. Der Klebstoff 44 wird erhitzt und somit gehärtet, wenn die Abdeckung 43 abgedichtet wird.

Dann werden, wie in Fig. 4F dargestellt, die Lötkugeln 101 an einen Positionierer 45 angezogen, und danach werden die Lötkugeln 101 auf den über der Verdrahtungslage 2 gebilde ten Lötaugen 7 angebracht. Danach wird ein nicht darge stelltes Flußmittel über die Lötkugeln 101 und die Lötaugen 7 aufgetragen. Dann wird bewirkt, daß die Lötkugeln 101 aufschmelzen, um auf diese Weise die Lötkugeln 101 physisch mit den Lötaugen 7 zu verbinden. Dann wird das Flußmittel ausgewaschen.

Auf diese Weise wird ein Produkt, wie es in Fig. 4G darge stellt ist, vervollständigt. Das Produkt wird dann einem Temperaturdurchlauftest unterzogen, um die Leistung und den Widerstand gegenüber Schäden zu prüfen.

Dann wird, wie in Fig. 4H dargestellt, bewirkt, daß die Lötkugeln 101 aufschmelzen, um auf diese Weise die Lötku geln 101 physikalisch mit der Schaltungsplatte 34 zu ver binden. Auf diese Weise wird ein Halbleiterbauelement als Endprodukt vervollständigt.

Das in den Fig. 1A bis 1C dargestellte herkömmliche Halbleiterbauelement ist jedoch mit dem folgenden Problem behaftet.

Wie oben erwähnt, ist ein Halbleiterchip sehr stark inte griert, um der Anforderung an die Herstellung eines Halb leiterbauelements hinsichtlich kleinerer Größe und kleine rem Gewicht zu genügen. Bei einem stärker integrierten Halbleiterchip muß pro Flächeneinheit eines Halbleiterchips eine größere Anzahl von Stiften gebildet werden, was zu ei nem geringeren Abstand zwischen benachbarten Stiften führt. Wenn die Anzahl der Stifte ansteigt, steigt auch die Anzahl der äußeren Anschlüsse, das heißt mit einem Halbleiterchip zu verbindenden Lötkugeln, was zu einem geringeren Abstand zwischen benachbarten Lötkugeln führt.

Wenn der Abstand zwischen benachbarten Lötkugeln abnimmt, nimmt im allgemeinen auch die Kontaktfläche, über die eine Lötkugel mit einer Verdrahtungslage verbunden ist, ab. In folgedessen wird die Verbindungsfestigkeit zwischen einer Lötkugel und einer Verdrahtungslage reduziert.

Wie oben erläutert, ist bei dem in Fig. 1A bis 1C darge stellten herkömmlichen Halbleiterbauelement, da die Kon taktfläche, über die die Lötkugel 101 die Verdrahtungslage 2 kontaktiert, relativ klein ist, die Verbindungsfestigkeit zwischen der Lötkugel 101 und der Verdrahtungslage 2 ent sprechend klein. Dementsprechend neigt eine Verbindung, an der die Lötkugel 101 mit der Verdrahtungslage 2 verbunden ist, zum Brechen oder zum Reißen, was zu einer Trennung der Lötkugel 101 von der Verdrahtungslage 2 führt. Dies führt zu einer Verschlechterung der Ausbeute bei der Herstellung des Halbleiterbauelements.

Angesichts des obenerwähnten Problems besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Halbleiterbauelement bereitzustellen, das in der Lage ist, die Trennung einer Lötkugel von einer Verdrahtungslage zu verhindern, und wei terhin darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halblei terbauelements bereitzustellen, das in der Läge ist, selbi ges zu tun.

Um das obenerwähnte Problem zu lösen, hatten die Erfinder die Erhöhung der Festigkeit an einer Verbindung zwischen einer Lötkugel und einer Verdrahtungslage untersucht. Als Ergebnis der Langzeituntersuchung hatten die Erfinder her ausgefunden, daß es möglich wäre, die Festigkeit durch Bil den einer Kupfer-Zinn-Legierungsschicht zwischen einer Löt kugel und einer Verdrahtungslage zu erhöhen, um auf diese Weise das Auftreten von Bruch und Reißen an einer Verbin dung zwischen einer Lötkugel und einer Verdrahtungslage zu verhindern. Die Erfinder hatten weiterhin herausgefunden, daß es möglich wäre, eine Kupfer-Zinn-Legierungsschicht zu bilden, indem eine auf einer Verdrahtungslage angebrachte Lötkugel in einer inaktiven oder reduzierenden Gasatmosphä re für einen vorbestimmten Zeitraum bei einer Temperatur, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel ist, gehalten wird.

Spezifisch wird unter einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, das fol gendes enthält: (a) einen Halbleiterchip, (b) eine Verdrah tung, die eine elektrische Verbindung mit dem Halbleiter chip herstellt und Kupfer (Cu) enthält, (c) eine Lötkugel, die die Verdrahtung kontaktiert und Zinn (Sn) enthält, und (d) eine aus Kupfer-Zinn-(Cu-Sn)-Legierung hergestellte Schicht, die zwischen der Verdrahtung und der Lötkugel ge schichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Cu-Sn-Legie rungsschicht eine Dicke aufweist, die größer oder gleich ungefähr 1,87 Mikrometer ist.

Falls die Kupfer-Zinn-Legierungsschicht eine Dicke unter 1,87 Mikrometer hätte, wäre es unmöglich, die Festigkeit an einer Verbindung zwischen einer Lötkugel und einer Verdrah tungslage ausreichend zu erhöhen, was dazu führen würde, daß die Verbindung in einem Heizschritt, wie beispielsweise einem Temperaturdurchlauftest, brechen oder reißen könnte, wobei dann eine Lötkugel von einer Verdrahtungslage ge trennt wird.

Es wäre jedoch möglich, die Festigkeit an einer Verbindung zwischen einer Lötkugel und einer Verdrahtungslage durch Bilden der obenerwähnten Kupfer-Zinn-Legierungsschicht mit einer Dicke größer oder gleich ungefähr 1,87 Mikrometer zwischen der Lötkugel und der Verdrahtungslage zu erhöhen. Infolgedessen wäre es möglich, das Auftreten von Bruch oder Reißen an der Verbindung zu verhindern oder zu reduzieren, wodurch sichergestellt wird, daß die Lötkugel nicht von der Verdrahtungslage getrennt wird. Somit erhöht die vorliegen de Erfindung die Festigkeit an der Verbindung und erhöht infolgedessen die Ausbeute bei der Herstellung eines Halb leiterbauelements.

Unter einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfin dung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter bauelements bereitgestellt, das folgende Schritte enthält: (a) Bilden einer Verdrahtung, die Kupfer (Cu) enthält, auf einem Substrat, (b) Anbringen einer Lötkugel, die Zinn (Sn) enthält, auf der Verdrahtung und (c) Halten eines aus dem Schritt (b) resultierenden Produkts in inaktiver Gasatmo sphäre oder in reduzierender Gasatmosphäre bei einer Tempe ratur größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel.

Gemäß dem obenerwähnten Verfahren wird in der Lötkugel ent haltenes Zinn flüssig in die Kupfer enthaltende Verdrah tungslage diffundiert, was dazu führt, daß zwischen der Lötkugel und der Verdrahtungslage eine Kupfer-Zinn-Legie rungsschicht mit einer Dicke gebildet wird, die ausreicht, um zu verhindern, daß die Lötkugel von der Verdrahtungslage getrennt wird. Die auf diese Weise gebildete Kupfer-Zinn- Legierungsschicht erhöht die Festigkeit einer Verbindung zwischen der Lötkugel und der Verdrahtungslage und stellt auf diese Weise sicher, daß die Verbindung nicht bricht oder reißt. Somit erhöht die vorliegende Erfindung die Fe stigkeit an der Verbindung und erhöht infolgedessen die Ausbeute bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements.

Das aus dem Schritt (b) resultierende Produkt wird einen vorbestimmten Zeitraum lang, der ausreicht, die Festigkeit einer Verbindung zwischen der Lötkugel und der Verdrah tungslage zu erhöhen, in einer inaktiven oder reduzierenden Gasatmosphäre gehalten.

Beispielsweise wird das Produkt eine Stunde lang oder län ger in einer inaktiven oder reduzierenden Gasatmosphäre ge halten.

Fig. 1A ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Halbleiterbauelements.

Fig. 1B ist eine vergrößerte Ansicht einer Verbindung zwi schen einer Verdrahtungslage und einer Lötkugel.

Fig. 1C ist eine Querschnittsansicht, die veranschaulicht, daß das in Fig. 1A dargestellte Halbleiterbauele ment mit einer Schaltungsplatte elektrisch verbun den ist.

Fig. 2A ist eine vergrößerte Ansicht einer Lötkugel in dem in Fig. 1A dargestellten Halbleiterbauelement.

Fig. 2B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Ver bindung zwischen einer Verdrahtungslage und einer Lötkugel in dem in Fig. 2A dargestellten Halblei terbauelement.

Fig. 3A bis 3H sind Querschnittsansichten eines Halblei terbauelements, die jeweils entsprechende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 1A dargestellten herkömmlichen Halbleiterbauelements darstellen.

Fig. 4A bis 4H sind Querschnittsansichten eines Halblei terbauelements, die jeweils entsprechende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 1A dargestellten herkömmlichen Halbleiterbauelements darstellen.

Fig. 5A ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbau elements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5B ist eine vergrößerte Ansicht einer Verbindung zwi schen einer Verdrahtungslage und einer Lötkugel.

Fig. 5C ist eine Querschnittsansicht, die darstellt, daß das in Fig. 5A dargestellte Halbleiterbauelement mit einer Schaltungsplatte elektrisch verbunden ist.

Fig. 6A ist eine vergrößerte Ansicht einer Lötkugel in dem in Fig. 5A dargestellten Halbleiterbauelement.

Fig. 6B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Ver bindung zwischen einer Verdrahtungslage und einer Lötkugel in dem in Fig. 6A dargestellten Halblei terbauelement.

Fig. 7A bis 7G sind Querschnittsansichten eines Halblei terbauelements, die jeweils entsprechende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 5A dargestellten Halbleiterbauelements darstellen.

Fig. 8A bis 8I sind Querschnittsansichten eines Halblei terbauelements, die jeweils entsprechende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 5A dargestellten Halbleiterbauelements darstellen.

Fig. 9 ist ein Graph, der die Scherfestigkeit einer Ver bindung zwischen einer Lötkugel und einer Verdrah tungslage zeigt.

Fig. 10 stellt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Messen der Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen ei ner Lötkugel und einer Verdrahtungslage dar.

Fig. 1A bis 1C stellen ein Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Wie in Fig. 1A dargestellt, umfaßt das Halbleiterbauele ment einen Halbleiterchip 1, ein Filmsubstrat 3, eine das Filmsubstrat 3 an den Halbleiterchip 1 klebende Polyimid- Klebstoffschicht 31, einen Resist 32, mit dem die Verdrah tungslage 2 bedeckt ist und der mit einem Lötauge 7 gebil det ist, das eine an einer Oberfläche davon gebildete Aus nehmung ist, eine auf dem Filmsubstrat 3 gebildete Verdrah tungslage 2, eine an der Verdrahtungslage 2 in dem Lötauge 7 angebrachte Lötkugel 101, eine Schicht 21 (siehe Fig. 1B) aus Kupfer-Zinn-Legierung, die zwischen der Lötkugel 101 und der Verdrahtungslage 2 geschichtet ist, ein Metall 5, das in ein sowohl durch das Filmsubstrat 3 als auch die Polyimid-Klebstoffschicht 31 gebildetes Durchgangsloch 4 gefüllt ist, und eine Goldschicht 6 (Au), mit der das Me tall 5 an einer oberen Fläche davon bedeckt ist.

Die Verdrahtungslage 2 steht in elektrischer Verbindung mit dem Halbleiterchip 1 und enthält Kupfer (Cu). Die Lötkugel 101 enthält Zinn (Sn).

Bei dem Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungs form ist das Durchgangsloch 4 unmittelbar über einer Elek trode 12 des Halbleiterchips 1 gebildet. Die Lötkugel 101 ist mit der Elektrode 12 durch das in das Durchgangsloch 4 gefüllte Metall 5 elektrisch verbunden. Es ist nicht immer notwendig, daß sich die Lötkugel 101 unmittelbar über der Elektrode 12 befindet.

Wie in Fig. 5C dargestellt, enthält das Halbleiterbauele ment gemäß der ersten Ausführungsform weiterhin eine elek trisch mit der Lötkugel 11 verbundene Schaltungsplatte 34.

Fig. 6A ist eine vergrößerte Ansicht der Verdrahtungslage 2 und der Lötkugel 11, wobei die Lötkugel 11 aus eutekti schem Sn-Pb-Lot besteht, das 65% Zinn 22 und 35% Blei ent hält. Fig. 6B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Grenze zwischen der Verdrahtungslage 2 und der Lötkugel 11.

Wie in Fig. 6B dargestellt, ist zwischen der Verdrahtungs lage 2 und der Lötkugel 11 der Cu-Sn-Legierungsfilm 21 mit einer Dicke von 3 Mikrometer bis 4 Mikrometer geschichtet.

Die Lötkugel 11 enthält vorwiegend Zinn (Sn). Obwohl die zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 ge schichtete Schicht 21 bei der ersten Ausführungsform aus einer Cu-Sn-Legierung besteht, kann die Schicht 21 aus ei ner Sn-Pb-Legierung oder einer Sn-Ag-Legierung bestehen. Als Alternative kann die Schicht 21 Pb-frei sein. Bei spielsweise kann die Schicht 21 aus einer Sn-An-Legierung, einer Sn-Bi-Legierung, einer Sn-Ni-Legierung, einer Sn-Cd- Legierung, einer Sn-S-Legierung, einer Sn-As-Legierung oder einer Sn-Zn-Legierung bestehen.

Wie oben erwähnt, ist bei der ersten Ausführungsform die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 geschichtet. Die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 ermöglicht es, das Auftreten von Bruch und Reißen durch die Lötkugel 11 und die Verdrahtungslage 2 zu verhindern, wodurch verhindert wird, daß die Lötkugel 11 aufgrund von Bruch und/oder Reißen durch die Lötkugel 11 und die Ver drahtungslage 2 von der Verdrahtungslage 2 getrennt wird. Infolgedessen wäre es möglich, die Ausbeute bei der Her stellung des Halbleiterbauelements zu erhöhen.

Die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 weist eine Dicke von bevor zugt 1,87 Mikrometer oder darüber auf, besonders bevorzugt von 2 Mikrometer oder darüber und ganz besonders bevorzugt von 3 Mikrometer oder darüber.

Wenn die Lötkugel 11 außer Zinn (Sn) andere Materialien enthält, dann liegen diese Materialien im allgemeinen in der Form von Agglomeraten vor. Da diese Agglomerate größer sind, wird die Lötkugel 11 mit größerer Wahrscheinlichkeit verformt, und somit treten Bruch und Reißen mit größerer Wahrscheinlichkeit an einer Verbindung zwischen der Lötku gel 11 und der Verdrahtungslage 2 auf. Folglich müssen die Agglomerate in einer kleineren Größe in der Lötkugel 11 verteilt sein.

Wenn die Lötkugel 11 beispielsweise sowohl Blei (Pb) 23 als auch Zinn (Sn) 22 enthält, wie in Fig. 6A und 6B darge stellt, wird bevorzugt, daß das Blei 23 in der Lötkugel 11 in Form kleiner Agglomerate verteilt ist.

Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements ge mäß der ersten Ausführungsform, das in Fig. 5A bis 5C veranschaulicht ist, wird unten unter Bezugnahme auf Fig. 7A bis 7G und 8A bis 8I erläutert.

Zunächst wird, wie in Fig. 7A dargestellt, die Kupfer ent haltende Verdrahtungslage 2 auf einer oberen Fläche des Filmsubstrats 3 gebildet, und die Klebstoffschicht 31 wird auf einer unteren Fläche des Filmsubstrats 3 gebildet. Das Filmsubstrat 3 weist eine Dicke von 12 Mikrometer auf, die Verdrahtungslage 2 weist eine Dicke von 18 Mikrometer auf und die Klebstoffschicht 31 weist eine Dicke von 10 Mikro meter auf. Das Filmsubstrat 3 besteht aus einem Material mit einem Widerstand gegenüber einer Temperatur von 250 Grad Celsius oder darüber, wie beispielsweise Polyimid. Die Klebstoffschicht 31 besteht aus Polyimid.

Dann wird, wie in Fig. 7B wie dargestellt, die Verdrah tungslage 2 zu einer vorbestimmten Struktur strukturiert.

Dann werden, wie in Fig. 7C dargestellt, sowohl die struk turierte Verdrahtungslage 2 als auch das Filmsubstrat 3 mit dem Resist 32 bedeckt.

Dann wird, wie in Fig. 7D dargestellt, beispielsweise mit Hilfe einer Laserstrahlkanone, durch die Klebstoffschicht 31 und die Verdrahtungslage 2 das Durchgangsloch 4 gebil det.

Dann wird, wie in Fig. 7E dargestellt, das Durchgangsloch 4 mit dem Metall 5, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, gefüllt.

Dann wird, wie in Fig. 7F dargestellt, das Metall 5 an ei ner oberen Fläche mit der Goldschicht 6 bedeckt.

Dann wird, wie in Fig. 7G dargestellt, der Resist 32 mit dem Lötauge 7 über der Verdrahtungslage 2 gebildet. In spä teren Schritten wird die Lötkugel 11 an der Verdrahtungsla ge 2 in dem Lötauge 7 angebracht.

Somit wird ein Bandsubstrat 33 vervollständigt, das aus dem Filmsubstrat 3 mit auf der oberen Fläche gebildeter Ver drahtungslage 2 besteht. Obwohl Fig. 7A bis 7G nur ein Lötauge 7 darstellen, sei angemerkt, daß das Filmsubstrat 3 in Form einer Folie vorliegt und das Filmsubstrat 3 mit mehreren Lötaugen 7 gebildet ist, in denen jeweils die Löt kugel 11 in späteren Schritten angebracht werden muß.

Ein Verfahren zum Anbringen der Lötkugeln 11 auf der Ver drahtungslage 2 wird unten unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8I erläutert.

Zunächst wird, wie in Fig. 8A dargestellt, das Bandsub strat 33, das aus den in Fig. 7A bis 7G dargestellten Schritten resultierte, so plaziert, daß die Goldschicht 6 nach oben zeigt. Der Einfachheit halber ist die Goldschicht 6 in Fig. 8A nicht dargestellt.

Dann werden, wie in Fig. 8B dargestellt, an das Bandsub strat 33 an seinen entgegengesetzten Enden Versteifungen 41 angeklebt. Die Versteifungen 41 bestehen beispielsweise aus Kupfer oder rostfreiem Stahl.

Dann wird, wie in Fig. 8C dargestellt, der Halbleiterchip 1 auf dem Bandsubstrat 93 angebracht, umgeben von den Ver steifungen 41. Dann wird die Goldschicht 6 über einen nicht dargestellten Bonddraht elektrisch mit der Elektrode 12 des Halbleiterchips 1 verbunden. Die Verbindung wird mit Hilfe eines Bondwerkzeugs, eines Heizgeräts und eines Ultra schallwellengenerators (nicht dargestellt) bewerkstelligt.

Dann wird, wie in Fig. 8D dargestellt, Harz 42 zwischen dem Bandsubstrat 33 und dem Halbleiterchip 1 aufgetragen und dann gehärtet, um auf diese Weise die Verbindung zwi schen dem Bandsubstrat 33 und dem Halbleiterchip 1 zu ver stärken. Das Harz 42 besteht beispielsweise aus flüssigem Epoxidharz.

Dann wird, wie in Fig. 8E dargestellt, ein Produkt, das aus dem in Fig. 8D dargestellten Schritt resultierte, zum Zweck des Schutzes des Halbleiterchips 1 mit einer Abdec kung 43 bedeckt. Dann wird die Abdeckung 43 unter atmosphä rischem Druck abgedichtet. Die Abdeckung 43 ist beispiels weise aus Cu, Al oder SiC hergestellt.

Dann werden, wie in Fig. 8F dargestellt, die Lötkugeln 11 an einen Positionierer 45 angezogen, und danach werden die Lötkugeln 11 auf den über der Verdrahtungslage 2 gebildeten Lötaugen 7 angebracht. Danach wird ein nicht dargestelltes Flußmittel über den Lötkugeln 11 und den Lötaugen 7 aufge tragen. Dann wird bewirkt, daß die Lötkugeln 11 aufschmel zen, um auf diese Weise die Lötkugeln 11 mit den Lötaugen 7 physikalisch zu verbinden. Dann wird das Flußmittel ausge waschen.

Auf diese Weise wird ein derartiges Produkt, wie in Fig. 8G dargestellt, vervollständigt. Das auf diese Weise erhal tene Produkt wird, wie in Fig. 8H dargestellt, über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise eine Stunde lang, in einer inaktiven oder reduzierenden Gasatmosphäre bei einer Temperatur gehalten, die größer oder gleich dem Schmelz punkt der Lötkugel 11 ist.

Das resultierende Produkt wird dann einem Temperaturdurch lauftest unterzogen, um die Leistung und den Widerstand ge genüber Beschädigungen zu prüfen.

Dann wird, wie in Fig. 8I dargestellt, bewirkt, daß die Lötkugeln 11 aufschmelzen, um auf diese Weise die Lötkugeln 11 physisch mit der Schaltungsplatte 34 zu verbinden. Auf diese Weise wird ein Halbleiterbauelement als Endprodukt vervollständigt.

Wie oben erwähnt, werden, indem das in Fig. 8G dargestell te Produkt über einen vorbestimmten Zeitraum in einer inak tiven oder reduzierenden Gasatmosphäre bei einer Temperatur gehalten wird, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist, in der Lötkugel 11 enthaltenes Zinn und in der Verdrahtungslage 2 enthaltenes Kupfer mit einander ge koppelt, um auf diese Weise zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 zu bilden.

Hierbei gibt eine inaktive Gasatmosphäre eine Atmosphäre aus einem Gas an, das weder mit der Lötkugel 11 noch der Verdrahtungslage 2 reagiert, wie beispielsweise N₂, Ar, He und Ne, alleine oder zusammen. Eine reduzierende Gasatmo sphäre gibt eine Atmosphäre aus reduzierendem Gas an, wie beispielsweise CO oder H₂.

Indem das in Fig. 8G dargestellte Produkt über einen vor bestimmten Zeitraum in einer inaktiven oder reduzierenden Gasatmosphäre bei einer Temperatur gehalten wird, die grö ßer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist, wird in der Lötkugel 11 enthaltenes Zinn flüssig in die Kupfer matrix in der Verdrahtungslage 2 diffundiert, was dazu führt, daß zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungsla ge 2 die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 mit eine Dicke gebildet wird, die ausreicht, um eine Trennung der Lötkugel 11 von der Verdrahtungslage 2 zu verhindern. Somit könnte eine Verbindung zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungsla ge 2 eine erhöhte Festigkeit aufweisen, was sicherstellt, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Verbindung bricht und reißt, gering ist. Infolgedessen wäre es möglich, die Anzahl fehlerhafter Halbleiterbauelemente, bei denen die Lötkugel 11 bricht oder reißt, zu reduzieren und somit die Ausbeute bei der Herstellung des Halbleiterbauelements zu erhöhen.

Bei der ersten Ausführungsform wird im Unterschied zu dem in Fig. 1A dargestellten herkömmlichen Halbleiterbauele ment auf der Verdrahtungslage 2 in dem Lötauge 7 keine dünne Goldschicht gebildet. Die Bildung der dünnen Gold schicht auf der Verdrahtungslage würde jedoch verhindern, daß die Verdrahtungslage 2 oxidiert, und die Bildung der Cu-Sn-Legierungsschicht 21 erleichtern. Somit kann selbst bei der ersten Ausführungsform eine dünne Goldschicht, wie beispielsweise die in Fig. 1A und 1C dargestellte Gold schicht 8, auf der Verdrahtungslage 2 abgeschieden werden.

Beispiel 1

Im folgenden wird ein erstes Beispiel des Halbleiterbauele ments gemäß der obenerwähnten Ausführungsform, in Fig. 5A bis 5C dargestellt, erläutert. In Beispiel 1 besteht die Lötkugel 11 aus eutektischem Sn-Pb-Lot und enthält 63% Sn und 37% Pb. Fig. 6A ist eine vergrößerte Ansicht der Löt kugel 11, und Fig. 6B ist eine teilweise vergrößerte An sicht der Lötkugel 11, der Cu-Sn-Legierungsschicht 21 und der Verdrahtungslage 2.

Wie in Fig. 6B dargestellt, wird die Cu-Sn-Legierungs schicht 21 zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungsla ge 2 gebildet. Die Cu-Sn-Legierungsschichten 21 in dem Halbleiterbauelement gemäß der obenerwähnten Ausführungs form weisen eine Dicke im Bereich von 1,87 Mikrometer bis 4,0 Mikrometer auf. Die meisten der Cu-Sn-Legierungsschich ten 21 weisen eine Dicke im Bereich von 3,0 Mikrometer bis 4,0 Mikrometer auf.

Im Gegensatz dazu weisen die meisten der Cu-Sn-Legierungs schichten 21 in dem in Fig. 2A und 2B dargestellten her kömmlichen Halbleiterbauelement eine Dicke im Bereich von 1,0 Mikrometer bis 1,5 Mikrometer auf. Dies zeigt an, daß die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 bei der obenerwähnten Aus führungsform dicker ist als in dem herkömmlichen Halblei terbauelement.

Die Cu-Sn-Legierungsschicht 21 muß somit mindestens eine Dicke gleich 1,87 Mikrometer aufweisen, um zu verhindern, daß die Lötkugel 11 von der Verdrahtungslage 2 getrennt wird. Wie aus einem Vergleich zwischen dem herkömmlichen Halbleiterbauelement und der obenerwähnten Ausführungsform hervorgeht, kann die Cu-Sn-Schicht 21 mit einer Dicke grö ßer oder gleich 1,87 Mikrometer die Festigkeit einer Ver bindung der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 erhöhen, was zu einer Reduktion des Auftretens von Bruch und/oder Reißen der Verbindung führt. Dies stellt eine höhere Aus beute bei der Herstellung des Halbleiterbauelements sicher.

Wie bereits oben erwähnt, wenn die Lötkugel 11 außer Zinn (Sn) andere Materialien enthält, liegen diese Materialien im allgemeinen in Form von Agglomeraten vor. Die in Fig. 6A und 6B dargestellte Lötkugel 11 enthält Blei in Form von Agglomeraten. Da diese Bleiagglomerate 23 größer sind, ist die Lötkugel 11 mit größerer Wahrscheinlichkeit verformt, und somit treten Bruch und Reißen mit größerer Wahrschein lichkeit an einer Verbindung zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 auf. Folglich müssen die Bleiagglo merate 23 in einer kleineren Größe in der Lötkugel 11 ver teilt sein.

Die in Fig. 6A und 6B dargestellte Lötkugel 11 enthält die Bleiagglomerate 23 mit einer Dichte von 20 × 10⁴ mm^-3 oder größer. Im Gegensatz dazu enthält die in den Fig. 2A und 2B dargestellte Lötkugel 101 in dem herkömmlichen Halblei terbauelement die Bleiagglomerate 83 mit einer Dichte von 15 × 10⁴ mm^-3. Es versteht sich somit, daß die Lötkugel 11 in dem Halbleiterbauelement gemäß der obenerwähnten Ausfüh rungsform die Bleiagglomerate 23 mit einer größeren Dichte enthält als die des herkömmlichen Halbleiterbauelements. Das heißt, die Bleiagglomerate 23 sind weiter gestreut als die Bleiagglomerate 83 in der Lötkugel 101 in dem herkömm lichen Halbleiterbauelement.

Die Bleiagglomerate 23 in der in Fig. 6A und 6B darge stellten Lötkugel 11 weisen eine Querschnittsfläche im Be reich von 1 bis 10 Quadratmikrometer auf. Im Gegensatz dazu weisen die Bleiagglomerate 83 in der in Fig. 2A und 2B dargestellten Lötkugel 101 eine Querschnittsfläche im Be reich von 10 bis 30 Quadratmikrometer auf. Es versteht sich somit, daß die Lötkugel 11 in dem Halbleiterbauelement ge mäß der obenerwähnten Ausführungsform die Bleiagglomerate 23 in einer kleineren Größe als die des herkömmlichen Halb leiterbauelements enthält.

Wie oben erwähnt enthält die Lötkugel 11 in Beispiel 1 die Bleiagglomerate 23 mit einer größeren Dichte und mit einer geringeren Größe als diejenigen der herkömmlichen Lötkugel 101. Infolgedessen ist es unwahrscheinlich, daß die Lötku gel 11 in Beispiel 1 verformt wird, und es wäre möglich, das Auftreten von Bruch und/oder Reißen an der Verbindung zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 zu ver hindern. Somit kann ein Halbleiterbauelement mit einer hö heren Herstellungsausbeute hergestellt werden.

Beispiel 2

In Beispiel 2 besteht die Lötkugel 11 aus eutektischem Sn- Pb-Lot und enthält 63% Sn und 37% Pb, ähnlich wie bei Bei spiel 1. In Beispiel 2 wurde das Halbleiterbauelement, das aus den in Fig. 7A bis 7G und 8A bis 8G dargestellten Schritten resultiert, in N₂-Gasatmosphäre bei einer Tempe ratur gehalten, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist, und dann wurde die Schaltungsplatte 34 mit der Lötkugel 11 verbunden. Danach wurde die Scherfestigkeit an der Verbindung zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrah tungslage 2 gemessen.

Das Ergebnis der Messung ist in Fig. 9 gezeigt, in der die Ordinatenachse die Scherfestigkeit in der Einheit Pond (P) und die Abszissenachse einen Zeitraum in der Einheit Stun den angibt, während dem das Halbleiterbauelement in N₂- Gasatmosphäre bei einer Temperatur gehalten wird, die grö ßer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist.

In Fig. 9 gibt ein ○ eine Scherfestigkeit der Verbindung an, die gemessen wird, wenn die Lötkugel 11 bei 240 Grad Celsius gehalten wird, was höher ist als der Schmelzpunkt von eutektischem Cu-Sn-Lot, 183 Grad Celsius, und ⚫ gibt als Referenz eine Scherfestigkeit der Verbindung an, die gemessen wird, wenn die Lötkugel 11 bei 150 Grad Celsius gehalten wird, was niedriger ist als der Schmelzpunkt von eutektischem Cu-Sn-Lot, 183 Grad Celsius.

Die Scherfestigkeit der Verbindung wurde mit Hilfe einer in Fig. 10 dargestellten Vorrichtung gemessen. Die darge stellte Vorrichtung enthält ein Meßwerkzeug 61, durch das die Lötkugel 11 an der Verbindung zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 in einer mit einem Pfeil A ange gebenen Richtung geschert wird, das heißt in einer Rich tung, die im wesentlichen parallel zu der Verbindung ver läuft. Die Scherfestigkeit der Verbindung wurde gemessen, wenn die Lötkugel 11 mit Hilfe der Vorrichtung geschert wurde.

In Beispiel 2 ist die Lötkugel 11 so ausgelegt, daß sie ei nen Durchmesser von 0,5 mm aufweist, der Abstand zwischen benachbarten Lötkugeln 11 beträgt 0,8 mm und das Lötauge 7 weist einen Durchmesser von 0,4 mm auf. Wie aus Fig. 9 of fensichtlich ist, wird die Scherfestigkeit in dem Fall er höht, in dem das Halbleiterbauelement bei einer Temperatur gehalten wird, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist, als in einem Fall, in dem das Halbleiter bauelement bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 gehalten wird. Der Grund dafür wird darin gese hen, daß in der Lötkugel 11 enthaltenes Zinn flüssig in die Kupfer enthaltende Verdrahtungslage 2 diffundiert wird, in dem das Halbleiterbauelement bei einer Temperatur gehalten wird, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist, und infolgedessen wird zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 eine Cu-Sn-Legierungsschicht gebil det.

Gemäß dem Versuch, den die Erfinder durchgeführt hatten, kann die Scherfestigkeit der Verbindung zwischen der Lötku gel 11 und der Verdrahtungslage 2 um 680 Pond und darüber erhöht werden, indem das Halbleiterbauelement eine Stunde lang oder länger bei einer Temperatur gehalten wird, die größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel 11 ist. Es wäre somit möglich, daß die Verbindung eine Festigkeit auf weist, die ausreicht, um zu verhindern, daß die Lötkugel 11 von der Verdrahtungslage 2 getrennt wird.

Wie in den Fig. 6A und 6B dargestellt, enthält die Löt kugel 11 Blei 23 in Form von Agglomeraten. Das heißt, die Lötkugel 11 enthält Cu, Sn und Pb. Tabelle 1 zeigt die Wär meausdehnungskoeffizienten und Dichten von sowohl den Be standteilen Cu, Sn und Pb, die in der Lötkugel 11 enthalten sind, als auch der Cu-Sn-Legierung aus der die Schicht 21 besteht.

Tabelle 1

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) ist in der Einheit ppm angegeben, und die Dichte ist in der Einheit g/cm³ an gegeben.

Je größer die Bleiagglomerate 23 sind, um so wahrscheinli cher ist es, daß die Lötkugeln 11 verformt werden und somit an der Verbindung zwischen ihnen und der Verdrahtungslage 2 brechen oder reißen. Somit müssen die Bleiagglomerate 23 so klein wie möglich sein, um Entstehung von Verformung in den Lötkugeln 11 zu verhindern.

Angesichts von Tabelle 1 weist Pb einen größeren Wärmeaus dehnungskoeffizienten als Cu, Sn und Cu-Sn-Legierung auf, und außerdem weist Pb eine größere Dichte als Cu und Sn auf. Wenn das Halbleiterbauelement einem Temperaturdurch lauftest unterzogen wird, der bei einer Temperatur ausge führt werden muß, die unter dem Schmelzpunkt der Lötkugeln 11 liegt, expandieren die Bleiagglomerate 23 dementspre chend in einem größeren Ausmaß als Cu, Sn und Cu-Sn-Legie rung und infolgedessen würden sich die Bleiagglomerate 23 stärker verformen als Cu, Sn und Cu-Sn-Legierung. Somit wird in der Lötkugel 11 mit um so größerer Wahrscheinlich keit eine Verformung erzeugt, je größer die Bleiagglomerate 23 sind, und mit um so größerer Wahrscheinlichkeit brechen oder reißen darüber hinaus die Lötkugeln 11 an der Verbin dung.

Im Gegensatz dazu werden in Beispiel 2 die Lötkugeln 11 bei einer Temperatur gehalten, die größer oder gleich ihrem Schmelzpunkt ist, und infolgedessen wird die Kristallstruk tur der Lötkugel 11 so verändert, daß die Bleiagglomerate 23 kleiner und weiter gestreut sind als die Bleiagglomerate 83, die in der herkömmlichen Lötkugel 101 (Fig. 2A und 2B) enthalten sind.

Wie oben erwähnt, gemäß Beispiel 2, da die Bleiagglomerate 23 eine geringere Größe als die in der herkömmlichen Löt kugel 101 enthaltenen Bleiagglomerate 83 aufweisen, würden die Bleiagglomerate 23 eine Verformung zu einem geringeren Grad aufweisen, und außerdem, da die Bleiagglomerate 23 weiter gestreut sind als die in der herkömmlichen Lötkugel 101 enthaltenen Bleiagglomerate 83, könnte die durch die Bleiagglomerate 23 bewirkte Verformung gestreut werden. In folgedessen könnte die Verbindung zwischen der Lötkugel 11 und der Verdrahtungslage 2 eine erhöhte Festigkeit aufwei sen.

Obwohl die Lötkugel 11 in Beispiel 2 aus eutektischem Sn- Pb-Lot besteht, ist das Material, aus dem die Lötkugel 11 besteht, nicht darauf zu beschränken. Es sei denn, daß die Lötkugel 11 Zinn (Sn) enthält, kann die Lötkugel 11 andere Elemente enthalten. So kann die Lötkugel 11 beispielsweise aus Sn-Ag-Legierung, Sn-Zn-Legierung, Sn-Cd-Legierung, Sn-Ni-Legierung, Sn-S-Legierung, Sn-As-Legierung oder Sn- Bi-Legierung bestehen.

Claims

1. Halbleiterbauelement, das folgendes umfaßt:

a) einen Halbleiterchip (1),
b) eine Verdrahtung (2), die eine elektrische Verbin dung mit dem Halbleiterchip (1) herstellt und Kupfer (Cu) enthält,
c) eine Lötkugel (11), die die Verdrahtung (2) kon taktiert und Zinn (Sn) enthält; und
d) eine aus Kupfer-Zinn-(Cu-Sn)-Legierung herge stellte Schicht (21), die zwischen die Verdrahtung (2) und der Lötkugel (11) geschichtet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) eine Dicke aufweist, die größer oder gleich ungefähr 1, 87 Mikro meter ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes umfaßt:

a) ein Filmsubstrat (3), das die Verdrahtung (2) an der entgegengesetzten Seite der Lötkugel (11) kontaktiert, wobei das Filmsubstrat (3) mit einem Durchgangsloch (4) ge bildet ist, das bis zu der Verdrahtung (2) reicht;
b) einen elektrischen Leiter (5), mit dem das Durch gangsloch (4) gefüllt ist; und
c) eine Goldschicht (6), mit der der elektrische Lei ter (5) an der entgegengesetzten Seite der Verdrahtung (2) bedeckt ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kupfer-Zinn-(Cu-Sn)-Legierungsschicht (21) eine Dicke aufweist, die größer oder gleich 2 Mikrometer ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem die Kup fer-Zinn-(Cu-Sn)-Legierungsschicht (21) eine Dicke auf weist, die größer oder gleich 3 Mikrometer ist.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Lötkugel (11) darin gestreute Agglomerate (23) enthält, wobei die Agglomerate aus einem anderen Material als Zinn bestehen.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem die Ag glomerate (23) aus Blei (Pb) bestehen und wobei die Bleiag glomerate (23) mit einer Dichte von 20 × 10⁴ mm^-3 oder dar über gestreut sind.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem die Ag glomerate (23) aus Blei (Pb) bestehen und wobei die Bleiag glomerate (23) im Durchschnitt eine Querschnittsfläche von 10 Quadratmikrometer oder weniger aufweisen.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, das wei terhin eine Schaltungsplatte (34) umfaßt, die eine elektri sche Verbindung mit der Lötkugel (11) herstellt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das folgende Schritte umfaßt:

a) Bilden einer Verdrahtung (2), die Kupfer (Cu) ent hält, auf einem Substrat (3);
b) Anbringen einer Lötkugel (11), die Zinn (Sn) ent hält, auf der Verdrahtung (2); und
c) Halten eines aus dem Schritt (b) resultierenden Produkts in inaktiver Gasatmosphäre oder in reduzierender Gasatmosphäre bei einer Temperatur größer oder gleich dem Schmelzpunkt der Lötkugel (11).

10. Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin folgende Schritte umfaßt:

a) Bedecken der Verdrahtung (2) mit einem Resist (32) mit einer Ausnehmung (7), durch die die Verdrahtung (2) er scheint;
b) Bilden eines Durchgangslochs (4) durch das Sub strat (3) derart, daß das Durchgangsloch (4) die Verdrah tung (2) erreicht;
c) Füllen des elektrischen Leiters (5) in das Durch gangsloch (4);
d) Bedecken des elektrischen Leiters (5) mit einer Goldschicht (6); und
e) Verbinden des Substrats (3) mit einem Halbleiter chip (1),

wobei die Schritte (d) bis (h) nach dem Schritt (a) durchgeführt werden, aber vor dem Schritt (c).

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das aus Schritt (b) resultierende Produkt eine Stunde lang oder länger in der inaktiven Gasatmosphäre oder in der reduzie renden Gasatmosphäre gehalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, weiterhin mit dem Schritt des Bildens einer Goldschicht (6) auf der Verdrah tung (2) vor dem Anbringen der Lötkugel (11) auf der Ver drahtung (2).