DE102008039939A1 - Integriertes Schaltungsbauelement mit einer aus der Gasphase abgeschiedenen Isolationsschicht - Google Patents
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Abstract
Ein integriertes Schaltungsbauelement enthält ein Halbleiterbauelement mit einer integrierten Schaltung. Eine aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht ist auf dem Halbleiterbauelement abgeschieden, und eine Leitung ist über der aus der Gasphase abgeschiedenen Isolationsschicht angeordnet.
Description
- Allgemeiner Stand der Technik
- Halbleiterbauelemente wie etwa integrierte Schaltungsbausteine (IC) enthalten in der Regel ein oder mehrere auf einem Systemträger oder Träger angeordnete Halbleiterbauelemente. Das Halbleiterbauelement wird in der Regel durch ein adhäsives Die-Attach-Material oder durch Löten an dem Systemträger angebracht, und Bonddrähte werden an Bondpads auf den Halbleiterbauelementen und Zuleitungsfingern auf dem Träger angebracht, um elektrische Zwischenverbindungen zwischen den verschiedenen Halbleiterbauelementen und/oder zwischen einem Halbleiterbauelement und dem Träger bereitzustellen. Das Bauelement wird dann in einem Kunststoffgehäuse gekapselt, um beispielsweise für Schutz zu sorgen und ein Gehäuse bereitzustellen, von dem aus sich die Zuleitungen erstrecken.
- Bei solchen Halbleiterbausteinen, insbesondere Leistungshalbleiterkomponenten, ist es wünschenswert, eine hohe Stromlastführungskapazität bereitzustellen. Dazu erfordern einige Lösungen zum Bereitstellen der gewünschten Verbindungsdichte oder Stromkapazität eine Isolationsschicht, um einen elektrischen Kontakt zwischen den leitenden Verbindungen und dem Halbleiterbauelement/dem Träger zu vermeiden.
- Aus diesem und anderen Gründen besteht ein Bedarf an der vorliegenden Erfindung.
- Kurze Darstellung der Erfindung
- Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthält ein integriertes Schaltungsbauelement ein Halbleiterbauelement mit einer integrierten Schaltung. Eine aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht wird auf dem Halbleiterbauelement abgeschieden, und eine Leitung wird über der aus der Gasphase abgeschiedenen Isolationsschicht abgeschieden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ausführungsformen der Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verstehen. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
-
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Draufsicht auf ein integriertes Schaltungsbauelement gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vom Konzept her veranschaulicht. -
2 –6 sind Seitenansichten, die verschiedene Aspekte eines integrierten Schaltungsbauelements gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vom Konzept her veranschaulichen. -
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Draufsicht auf ein Mehrfachchipmodul gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vom Konzept her veranschaulicht. - Ausführliche Beschreibung
- In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite", „Unterseite", „Vorderseite", „Rückseite", „vorderer", „hinterer" und so weiter unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, daß andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
-
1 ist eine schematische Draufsicht, die ein integriertes Schaltungsbauelement gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vom Konzept her darstellt. Das beispielhafte integrierte Schaltungsbauelement100 enthält ein Schaltungsbauelement oder einen Chip110 , der an einem Systemträger oder Träger112 angebracht ist. Eine Isolationsschicht114 ist über dem Chip110 abgeschieden, und eine leitende Schicht, die Leitungen116 enthält, ist über der Isolationsschicht114 abgeschieden, um elektrische Zwischenverbindungen zwischen dem Chip110 und dem Träger112 bereitzustellen. Beispielsweise enthält die leitende Schicht116 bei bestimmten Ausführungsformen im allgemeinen flache Kupferstreifen, die den Chip110 mit Source- und Gateanschlüssen120 ,122 zusammenschaltet. - Wie in
1 dargestellt, sind die planaren leitenden Verbindungen116 zu den Sourceanschlüssen120 relativ breit (100 μm oder mehr bei Ausfuhrungsbeispielen), um die gewünschte Strom- und Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen. Die Verbindung zu dem Gateanschluß122 in der dargestellten Ausführungsform ist dünner, was kleinere seitliche Strukturen gestattet. - Gemäß Aspekten der Erfindung wird die Isolationsschicht
114 aus der Gasphase abgeschieden. Eine Gasphasenabscheidung anstelle einer Folientechnologie sorgt unter anderem für eine verbesserte Haftung der Isolationsschicht114 auf dem Chip110 und dem Träger112 . Das Aufbringen der Isolationsschicht aus der Gasphase kann zudem eine bessere Oberflächenbenetzung, eine höhere Oberflächenreaktivität und gute Anpassung an die Oberflächentopographie unter der Isolationsschicht114 bereitstellen. Noch weiter weist die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht114 eine hohe thermische Stabilität auf und übt auf das Bauelement eine relativ kleine thermisch-mechanische Beanspruchung aus, da der Prozeß bei bestimmten Implementierungen bei Umgebungstemperatur stattfinden kann. - Die
2 –6 veranschaulichen Seitenansichten von Abschnitten des integrierten Schaltungsbauelements100 vom Konzept her in Blockdiagrammform. In2 ist das Halbleiterbauelement110 an dem Systemträger112 angebracht, der einen Sourceabschnitt120 und einen Drainabschnitt122 , die durch einen Spalt124 getrennt sind, enthält. Bei Ausführungsbeispielen ist das Halbleiterbauelement110 auf herkömmliche Weise wie etwa durch adhäsives Die-Attach-Material oder Band, Löten und so weiter, angebracht. In3 ist der Spalt124 zwischen der Sourceelektrode120 und der Drainelektrode122 mit einem isolierenden Material126 gefüllt, um Kurzschlüsse zwischen der Sourceelektrode120 und der Drainelektrode122 zu verhindern. Das isolierende Material126 füllt den Spalt124 permanent oder vorübergehend, um den Prozeß des Aufbringens einer Isolationsschicht zu erleichtern. -
4 veranschaulicht die über dem Chip110 und dem Systemträger112 abgeschiedene Isolationsschicht114 . In der Regel würden Materialien wie etwa Epoxid, Polyamid oder Silikon für die Isolationsschicht verwendet und würden in der flüssigen Phase beispielsweise durch einen Aufschleuderprozeß aufgebracht werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Isolationsschicht114 in der Gasphase abgeschieden, beispielsweise durch eine chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD – Chemical Vapor Deposition). Bei Ausführungsbeispielen variiert die Dicke der Isolationsschicht114 von etwa 1–100 μm, 20–50 μm dick bei bestimmten Ausführungsformen. - Bei einer Ausführungsform ist die Isolationsschicht
114 ein Plasmapolymer, und insbesondere ist das Plasmapolymer ein Parylen wie etwa Parylen C, Parylen N oder Parylen D. Parylene eignen sich besonders gut als Isolationsmaterialien. Sie besitzen eine hohe elektrische Isolationsfestigkeit. Außerdem nimmt Parylen nur sehr wenig Feuchtigkeit auf und ist vergleichsweise elastisch, so daß es thermomechanische Beanspruchungen zwischen dem Halbleiterbauelement110 und benachbarten Schichten abpuffern kann. Außerdem weisen Parylene oftmals niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten von unter 50 ppm/K, eine hohe thermische Stabilität und eine hohe chemische Beständigkeit auf. - Insbesondere liefert Parylen C eine nützliche Kombination aus chemischen und physikalischen Eigenschaften plus eine sehr niedrige Permeabilität für Feuchtigkeit, Chemikalien und andere korrodierende Gase. Parylen C besitzt einen Schmelzpunkt von 290°C. Parylen N liefert eine hohe Durchschlagsfestigkeit und eine Dielektrizitätskonstante, die mit Frequenzänderungen nicht variiert. Parylen N weist einen Schmelzpunkt von 420°C auf. Parylen D behält seine physikalische Festigkeit und seine elektrischen Eigenschaften bei höheren Temperaturen bei. Parylen D besitzt einen Schmelzpunkt von 380°C.
- Bei einer anderen Ausführungsform beinhaltet die Isolationsschicht
114 eine Schicht vom amorphen anorganischen oder keramischen Kohlenstofftyp. Die Schicht vom amorphen anorganischen oder keramischen Kohlenstofftyp weist eine extrem hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE – Coefficient of Thermal Expansion) von etwa 2–3 ppm/K auf, was sehr nahe an dem CTE-Wert von Silizium von etwa 2,5 ppm/K liegt. Außerdem besitzt die Schicht vom amorphen anorganischen oder keramischen Kohlenstofftyp eine Temperaturstabilität bis zu 450–500°C. -
5 veranschaulicht das Bauelement100 , wobei die Isolationsschicht114 etwa durch photolithographische Prozesse, Ätzen, Laserabtragung und so weiter ausgebildet ist. In6 ist das Bauelement100 so dargestellt, daß es die auf der Isolationsschicht114 abgeschiedene leitende Schicht116 enthält, wodurch Zwischenverbindungen zwischen dem Chip110 und der Peripherie des Systemträgers112 bereitgestellt werden. Das Bauelement kann dann beispielsweise durch einen beliebigen geeigneten Formprozeß gekapselt werden, was zu der Kapselung oder dem Gehäuse130 führt. - Der oben offenbarte Prozeß eignet sich auch für das Kontaktieren von mehreren Halbleiterbauelementen in einem Mehrfachchipmodul. Bei einem derartigen Mehrfachchipmodul können die Zwischenverbindungen zwischen den Halbleiterkomponenten auf die gleiche Weise und zur gleichen Zeit wie die Verbindungen von den Halbleiterbauelementen zu der Peripherie des Trägers hergestellt werden.
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Mehrfachchipmodul200 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Das Mehrfachchipmodul200 enthält auf einem Träger112 angeordnete Halbleiterbauelemente. Eine aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht114 ist über den Halbleiterbauelementen und dem Träger112 abge schieden, und das Mehrfachchipmodul200 ist von einer Kapselung130 umgeben. - Die Halbleiterbauelemente enthalten auf dem Träger
112 montierte erste und zweite Leistungstransistoren210 ,212 . Ein Logikbauelement214 ist auf dem Leistungstransistor210 montiert. Alternativ kann das Logikbauelement214 entlang den Leistungstransistoren210 ,212 angeordnet sein, wenn der Platz dies gestattet. Die Leistungstransistoren210 ,212 sind in einer Halbbrückenkonfiguration angeordnet, wobei die Drainverbindung220 des oberen Bauelements212 durch auf der Isolationsschicht114 abgeschiedene Leitungen116 mit der Sourceelektrode222 des unteren Bauelements210 verbunden ist. Das Logikbauelement ist angeschlossen, um die Leistungstransistoren210 ,212 über ihre Gatekontakte224 zu steuern. Leitende Verbindungen116 befinden sich weiterhin zwischen verschiedenen Anschlüssen der Halbleiterbauelemente und Kontakten230 , die sich an der Peripherie des Bausteins200 befinden, wobei sich die Isolationsschicht114 zwischen den Chips/dem Träger und den abgeschiedenen leitenden Verbindungen116 befindet. Die gezeigte Konfiguration kann durch den Zusatz von weiteren Halbleiterkomponenten sowie passiven Elementen, zum Beispiel, erweitert werden. - Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, daß eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon beschränkt werden.
Claims (21)
- Integriertes Schaltungsbauelement, umfassend: ein Halbleiterbauelement, das eine integrierte Schaltung enthält; eine auf dem Halbleiterbauelement angeordnete, aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht und eine über der aus der Gasphase abgeschiedenen Isolationsschicht angeordnete Leitung.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei die Leitung elektrisch mit dem Halbleiterbauelement verbunden ist.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauelement an einem Träger angebracht ist.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 3, wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht sich auf dem Halbleiterbauelement und dem Träger befindet.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht ein Plasmapolymer enthält.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht Parylen enthält.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht eine amorphe anorganische Schicht enthält.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolati onsschicht eine keramische Kohlenstoffschicht enthält.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht etwa 1–100 μm dick ist.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, weiterhin umfassend mehrere Halbleiterbauelemente, wobei die Leitung mit den Halbleiterbauelementen verbunden ist und wobei die aus der Gasphase abgeschiedene Isolationsschicht auf den mehreren Halbleiterbauelementen abgeschieden ist.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 1, wobei das integrierte Schaltungsbauelement in einem Gehäuse gekapselt ist.
- Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltungsbauelements, umfassend: Bereitstellen eines Trägers; Anbringen eines Halbleiterbauelements mit einer integrierten Schaltung an dem Träger und Aufbringen einer Isolationsschicht über dem Halbleiterbauelement und dem Träger durch eine Gasphasenabscheidung.
- Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend das Abscheiden von Leitungen auf der Isolationsschicht, um das Halbleiterbauelement mit dem Träger zu verbinden.
- Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Anbringen mehrerer Halbleiterbauelemente an dem Träger und Abscheiden der Leitungen auf der Isolationsschicht, um die Halbleiterbauelemente zusammenzuschalten.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Aufbringen einer Isolationsschicht über dem Halbleiterbauelement und dem Träger durch eine Gasphasenabscheidung eine chemische Abscheidung aus der Dampfphase beinhaltet.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Abscheiden von Leitungen auf die Isolationsschicht einen photolithographischen Prozeß beinhaltet.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Abscheiden von Leitungen auf die Isolationsschicht Ätzen beinhaltet.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Abscheiden von Leitungen auf die Isolationsschicht eine Laserabtragung beinhaltet.
- Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend das Kapseln des Bauelements.
- Integriertes Schaltungsbauelement, umfassend: einen Träger; ein Halbleiterbauelement mit einer integrierten Schaltung, auf dem Träger montiert; erste Mittel zum Bereitstellen von leitenden Verbindungen zwischen dem Träger und dem Halbleiterbauelement; auf dem Halbleiterbauelement angeordnete zweite Mittel zum Isolieren des Halbleiterbauelements von dem ersten Mittel.
- Integriertes Schaltungsbauelement nach Anspruch 20, weiterhin umfassend mehrere Halbleiterbauelemente, wobei das erste Mittel die Halbleiterbauelemente zusammenschaltet.
Applications Claiming Priority (2)
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US11/854,877 | 2007-09-13 | ||
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Publications (2)
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