DE102012103759A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents
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- H01L2224/13113—Bismuth [Bi] as principal constituent
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- H01L2224/13116—Lead [Pb] as principal constituent
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- H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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- H01L2224/13144—Gold [Au] as principal constituent
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- H01L2224/13163—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
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- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
- H01L2224/81191—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed only on the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/812—Applying energy for connecting
- H01L2224/81201—Compression bonding
- H01L2224/81203—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/81399—Material
- H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/81439—Silver [Ag] as principal constituent
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/81399—Material
- H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/81444—Gold [Au] as principal constituent
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/81399—Material
- H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/81447—Copper [Cu] as principal constituent
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
- H01L2224/81399—Material
- H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/81455—Nickel [Ni] as principal constituent
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- H01L2224/81399—Material
- H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/81463—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/81464—Palladium [Pd] as principal constituent
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/818—Bonding techniques
- H01L2224/81801—Soldering or alloying
- H01L2224/8182—Diffusion bonding
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- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
- H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
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- H01L2224/93—Batch processes
- H01L2224/94—Batch processes at wafer-level, i.e. with connecting carried out on a wafer comprising a plurality of undiced individual devices
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/11—Manufacturing methods
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- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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Abstract
Es werden eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung offenbart. Eine Ausführungsform umfasst das Ausbilden eines Kontakthöckers auf einem Chip, wobei der Kontakthöcker eine Lötmitteloberseite aufweist, Schmelzen der Lötmitteloberseite durch Pressen der Lötmitteloberseite direkt auf eine Kontaktstelle eines Trägersubstrats und Ausbilden eines Kontakts zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf gekapselte (oder gehäuste, engl. packaged) elektronische Komponenten und Verfahren zum Kapseln von elektronischen Komponenten.
- Die Kapselung von elektronischen Komponenten ist im Allgemeinen die Endstufe der Halbleitervorrichtungsherstellung. Die elektronischen Komponenten können in ein individuelles Schutzgehäuse eingebaut werden, mit anderen Komponenten in Hybridmodulen oder Modulen mit mehreren Komponenten montiert werden oder direkt mit einer gedruckten Leiterplatte (PCB) verbunden werden.
- Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung offenbart. Das Verfahren umfasst das Ausbilden eines Kontakthöckers (engl. bump) auf einem Chip (oder Die), wobei der Kontakthöcker eine Lötmitteloberseite aufweist, das Schmelzen der Lötmitteloberseite durch Pressen der Lötmitteloberseite direkt auf eine Kontaktstelle (engl. contact pad) eines Trägersubstrats und das Ausbilden eines Kontakts zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindung offenbart. Die Verbindung umfasst eine Chipkontaktstelle, die auf einem Chip angeordnet ist, und eine Kontaktstelle, die auf einer Trägerstruktur angeordnet ist. Die Verbindung umfasst ferner einen Säulenkontakthöcker (engl. pillar bump), wobei der Säulenkontakthöcker auf der Chipkontaktstelle ausgebildet ist, und einen Kontakt, wobei der Kontakt den Säulenkontakthöcker mit der Kontaktstelle verbindet, wobei der Kontakt eine erste Legierung und eine zweite Legierung umfasst, wobei die erste Legierung anders ist als die zweite Legierung.
- Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung offenbart. Das Verfahren umfasst das Ausbilden eines Kontakthöckers auf einem Wafer und das Vereinzeln des Wafers, das Ausbilden von mehreren Chips, wobei jeder Chip einen Kontakthöcker aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Anordnen eines Bandes auf den Kontakthöckern, das Umdrehen des Wafers und das Befestigen des Kontakthöckers von einem der Chips an einem Trägersubstrat.
- Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und von deren Vorteilen wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
-
1 einen herkömmlichen Kontakt zeigt; -
2 einen Ausführungsformkontakt zeigt; -
3 Bondkontakte auf einem Wafer zeigt; -
4a einen Wafer auf einem ersten Band zeigt; -
4b ein zweites Band zeigt, das an den Bondkontakten des Wafers befestigt ist; -
4c einen umgedrehten Wafer mit einem entfernten ersten Band zeigt; -
5a die Anordnung eines Chips an einem Trägersubstrat zeigt; -
5b das Bonden zeigt; -
6a eine Ausführungsform eines Kontakts zeigt; -
6b eine Ausführungsform eines Kontakts zeigt; und -
7 eine Ausführungsform einer gekapselten Halbleitervorrichtung ist. - Die Herstellung und Verwendung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen werden nachstehend im Einzelnen erörtert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte schafft, die in einer breiten Vielfalt von spezifischen Zusammenhängen verkörpert sein können. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf Ausführungsformen in einem spezifischen Zusammenhang beschrieben, nämlich einem Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen erläutern lediglich spezifische Arten zur Herstellung und Verwendung der Erfindung und begrenzen das Konzept der Erfindung nicht.
- Eine Flip-Chip-Montage wurde vor etwa 50 Jahren eingeführt und ist eine fest etablierte Technologie. Die Flip-Chip-Montage hat sich seitdem nicht viel geändert. Die Flip-Chip-Montage wird durch Flip-Chip-Bondvorrichtungen, die ein Konzept mit zwei Armen anwenden, durchgeführt. Vereinzelte Chips werden an einem Sägerahmen mit nach oben weisenden Flip-Chip-Kontakthöckern angeordnet. Der erste Handhabungsarm der Flip-Chip-Bondvorrichtung greift den Chip auf und dreht ihn um. Dann übernimmt der zweite Handhabungsarm und taucht die Flip-Chip-Kontakthöcker in einen Behälter ein, der ein Flussmittel enthält. Der zweite Handhabungsarm ordnet den Chip an einem Leiterrahmen (engl. leadframe) bei Umgebungstemperatur an und der Chip befestigt sich am Leiterrahmen aufgrund des Flussmittels. Das Flussmittel löst die Oxide auf den Metalloberflächen auf und wirkt als Sauerstoffbarriere durch Beschichten der Oberflächen, was ihre Oxidation verhindert. Ein Kontakt zwischen dem Chip und dem Leiterrahmen ist noch nicht ausgebildet. Der Leiterrahmen mit dem befestigten Chip wird dann in einen Aufschmelzofen überführt. Der Aufschmelzofen erhitzt die zusammensinkbaren Flip-Chip-Kontakthöcker über eine Schmelztemperatur und eine Verbindung zwischen dem Leiterrahmen und dem Chip wird ausgebildet. Das Flussmittel muss entfernt werden, bevor der Raum zwischen dem Leiterrahmen und dem Chip mit einer Formverbindung (oder Vergussmasse, engl. molding compound) gefüllt wird.
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1 zeigt eine herkömmliche Verbindung100 zwischen einem Chip110 und einem Leiterrahmen120 . Wie aus1 zu sehen ist, ist die Kupfersäule130 mit dem Leiterrahmen120 durch einen Lötkontakt140 verbunden, der im Wesentlichen aus Zinn (Sn) besteht. Die herkömmliche Verbindung100 wird durch den im vorangehenden Absatz beschriebenen Flip-Chip-Montageprozess ausgebildet. - Diffusionsbonden ist ein Prozess zum Montieren von Chips mit einer leitfähigen Metallrückseite an Leiterrahmen. Eine Chipbondvorrichtung greift die Chips vom Sägerahmen auf, wobei die aktive Seite nach oben weist und die Metallrückseite nach unten weist. Die ganze Rückseite des Chips wird auf einem erhitzten Leiterrahmen angeordnet, wodurch sie an den Leiterrahmen gebondet wird.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen einen Höckerkontakt. Der Höckerkontakt kann ein Säulenkontakthöcker aus Kupfer (Cu) sein. Der Höckerkontakt kann eine binäre oder ternäre Legierung umfassen. Der Höckerkontakt kann einen Schichtstapel aus binären und/oder ternären Legierungen umfassen. Das Lötmaterial kann im Wesentlichen verbraucht und in diese Legierungen transformiert werden.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Chip und einem Trägersubstrat. Ein Höckerkontakt, der mit dem Chip verbunden ist, kann auf dem erhitzen Trägersubstrat angeordnet werden. Ein oberer Abschnitt des Höckerkontakts schmilzt und kann binäre und/oder ternäre Legierungen bilden. Der geschmolzene obere Abschnitt des Höckerkontakts bildet einen zuverlässigen Kontakt zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Ein Wafer kann auf einer ersten Folie angeordnet werden, wobei Höckerkontakte nach oben weisen. Eine zweite Folie kann auf den Höckerkontakten angeordnet werden. Der Wafer kann umgedreht werden, so dass die Höckerkontakte nach unten weisen, und die erste Folie kann entfernt werden. Ein geschnittener Chip des Wafers kann auf einem Trägersubstrat angeordnet werden, wobei die Höckerkontakte nach unten weisen. Der Chip kann auf dem Trägersubstrat in einer einzigen Armbewegung einer Chipbondvorrichtung angeordnet werden.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Prozessen. Die Geschwindigkeit zum Anordnen der Chips auf dem Trägersubstrat kann von etwa 2500 Einheiten pro Stunde (UPH) auf mehr als etwa 6000 UPH erhöht werden. Überdies kann eine Höhe eines ausgebildeten Kontakts zwischen einem Trägersubstrat und einem Chip relativ zu herkömmlichen Vorrichtungen verringert werden. Die Höhe der Verbindung kann beispielsweise etwa 55 µm (Mikrometer) bis etwa 65 µm (Mikrometer) sein. Vorteilhafterweise kann der elektrische Pfad zwischen dem Substrat und dem Chip kürzer sein als bei herkömmlichen Vorrichtungen.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung200 . Die Halbleitervorrichtung umfasst einen Chip320 und Kontaktstellen410 eines Trägersubstrats. Der Chip320 ist mit den Kontaktstellen410 über Verbindungen450 verbunden. Die Verbindungen450 können einen Kontakthöcker und mindestens eine Schicht aus binären oder ternären Legierungen umfassen. Die Halbleitervorrichtung200 kann gemäß dem in den folgenden Absätzen beschriebenen Herstellungsprozess hergestellt werden. -
3 zeigt Kontakthöcker310 auf einem Wafer300 . Die Kontakthöcker310 können auf einer ersten Seite302 des Wafers300 ausgebildet sein. Die erste Seite302 liegt entgegengesetzt zu einer zweiten Seite304 (in4a gezeigt) des Wafers. Die erste Seite302 kann eine aktive Seite sein und die zweite Seite304 kann eine Rückseite des Wafers sein oder umgekehrt. Alternativ können die Kontakthöcker310 auf einer beliebigen Seite des Wafers300 hergestellt sein. Ein Kontakthöcker310 kann eine leitfähige Säule312 umfassen. Die leitfähige Säule312 kann Kupfer (Cu), Gold (Au) oder dergleichen sein. Der Kontakthöcker310 kann ferner eine optionale Zwischenschicht314 umfassen. Die optionale Zwischenschicht314 kann über der leitfähigen Säule312 angeordnet sein und kann ein leitfähiges Material wie z. B. Nickel (Ni), Palladium (Pd), Tantalnitrid (TaN) oder dergleichen umfassen. Der Kontakthöcker310 kann ferner eine obere Schicht oder eine Lötmitteloberseite316 umfassen. Die obere Schicht316 kann über der optionalen Zwischenschicht314 ausgebildet sein. Die obere Schicht316 kann rund sein oder kann Kanten umfassen. Die Kontakthöcker310 können andere Formen als eine Säulenform umfassen. - Die obere Schicht
316 kann ein aufschmelzbares Lötmittel umfassen. Das aufschmelzbare Lötmittel kann ein Material auf Bleibasis oder ein bleifreies Material sein. Das aufschmelzbare Lötmittel kann Materialien wie z. B. Zinn (Sn), Blei (Pb), Antimon (Sb), Wismut (Bi), Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder Kombinationen davon umfassen. In einer Ausführungsform besteht das aufschmelzbare Lötmittel im Wesentlichen aus Zinn (Sn) oder Silber/Zinn (SnAg). - Der Kontakthöcker
310 kann durch Ausbilden eines Photoresists über dem Wafer300 ausgebildet werden. Öffnungen können im Photoresist ausgebildet werden und die Öffnungen können verwendet werden, um die Kontaktsäulen312 , die optionale Zwischenschicht314 und die obere Schicht316 des Kontakthöckers310 auszubilden. Nach dem Ausbilden des Kontakthöckers310 wird der restliche Abschnitt des Photoresists entfernt. Frei stehende Kontakthöcker310 können über dem Wafer300 verbleiben, wie in3 gezeigt ist. Die Kontakthöcker310 können derart angeordnet sein, dass jeder Chipschaltkreis oder Chip, der vom Wafer300 vereinzelt werden soll, mindestens einen Kontakthöcker310 umfasst. - Nach dem Ausbilden der Kontakthöcker
310 auf dem Wafer300 kann der Wafer300 geschnitten werden. Das Schneiden des Wafers300 kann durch Anordnen des Wafers300 auf einer ersten Folie oder einem Zertrennband (engl. dicing tape)350 , wie in4a gezeigt, ausgeführt werden. Ein Zertrennband350 kann ein flexibler Kunststofffilm sein, der aus PVC-, Polyolefinoder Polyethylen-Trägermaterial mit einem Klebstoff zum Halten der Chips an der Stelle besteht. Das Zertrennband350 ist in einer Vielfalt von Dicken von etwa 75 µm (Mikrometer) bis etwa 350 µm (Mikrometer), mit einer Vielfalt von Haftfestigkeiten, für verschiedene Chipgrößen und -materialien ausgelegt erhältlich. Das Zertrennband350 kann ein UV-Band sein, in dem die Klebstoffbindung durch Belichtung mit UV-Licht nach dem Zertrennen aufgebrochen oder verringert wird, was den Klebstoff während des Schneidens stark hält, während es eine saubere und leichte Entfernung nach dem Schneiden ermöglicht. In einem anderen Beispiel wird die Bindung durch eine Wärmebehandlung aufgebrochen. Das Zertrennband350 kann den Chip nach dem Schneidvorgang an der Stelle halten. Der Wafer300 wird durch mechanisches Sägen oder durch Laserschneiden oder Plasmazertrennen geschnitten. Der geschnittene Wafer300 , der die Chips320 auf einem Zertrennband350 bildet, ist in4a gezeigt. - Nach dem Schneiden des Wafers
300 in Chips320 , kann eine zweite Folie360 auf dem ganzen Wafer300 angeordnet werden. Die zweite Folie360 kann auf den Kontakthöckern310 der aktiven Seite302 des Wafers300 angeordnet werden.4b zeigt den Wafer300 zwischen den zwei Folien350 ,360 angeordnet, wobei die Kontakthöcker310 nach oben weisen. Dann kann der Wafer300 umgedreht werden, so dass die Bondkontakte310 und die aktive Seite302 nach unten weisen können. Der Wafer300 kann manuell, automatisch oder eine Kombination beider von ihnen umgedreht werden. In einer Ausführungsform kann der Wafer300 zuerst umgedreht und dann an die zweite Folie360 geklebt werden. - Das Zertrennband
350 kann dann beispielsweise durch Abziehen vom Wafer300 entfernt werden. Die zweite Folie360 kann an den Bondkontakten310 mit einer stärkeren Haftfestigkeit als die erste Folie350 an der Rückseite304 der Chips320 des Wafers300 befestigt werden. Folglich können die Chips320 an der zweiten Folie360 kleben, während die erste Folie350 abgezogen wird. In einer Ausführungsform sind die erste Folie350 und die zweite Folie360 ein unterschiedlicher Typ von Folien. Eine Folie kann beispielsweise ein reguläres Zertrennband sein und die andere Folie kann ein UV-Band sein. - In einer Ausführungsform kann das Zertrennband
350 entfernt werden, bevor der Wafer300 umgedreht wird. - In einem mechanischen Vorgang kann die Chipbondvorrichtung
380 , wie in4c gezeigt, die Chips320 von der zweiten Folie360 aufgreifen. Mit der aktiven Seite302 nach unten und der Rückseite304 nach oben kann die Chipbondvorrichtung380 den Chip320 in einem schnellen Vorgang vom Wafer300 zu einem Trägersubstrat bewegen.4c zeigt, wie ein Chip320 vom Wafer/von der zweiten Folie300 /360 durch eine Chipbondvorrichtung380 entfernt wird. Das Umdrehen des Wafers300 und das Bewegen der Chips320 mit nach unten weisenden Chips320 kann ermöglichen, dass die Chipbondvorrichtung380 mehr als etwa 6000 Einheiten pro Stunde (UPH) im Vergleich zu etwa 2500 Einheiten pro Stunde (UPH) in herkömmlichen Anwendungen verarbeitet. -
5a zeigt einen Chip320 mit drei Kontakthöckern310 , kurz bevor die Kontakthöcker310 an Kontaktstellen410 eines Trägersubstrats400 angeordnet werden. Das Trägersubstrat400 kann beispielsweise ein Leiterrahmen, ein Substrat auf Glaskernbasis oder eine gedruckte Leiterplatte (PCB) sein. Die Kontaktstellen410 und/oder das Trägersubstrat400 können ein leitfähiges Material wie z. B. Nickel (Ni) oder Kupfer (Cu) umfassen. Die Kontaktstellen410 und/oder das Trägersubstrat400 können mit Silber (Ag) oder Gold (Au) in einigen Ausführungsformen plattiert sein und können mit einem Metallschichtstapel wie z. B. Palladium/Gold (Pd/Au) in anderen Ausführungsformen plattiert sein. - Die Kontakthöcker
310 können auf einem erhitzten Trägersubstrat400 angeordnet werden. Das Trägersubstrat400 und die Kontaktstellen410 können auf eine Temperatur von etwa 180 °C bis etwa 350 °C erhitzt werden. Der Chip320 und die Kontakthöcker310 können auf die Kontaktstellen410 durch Aufbringen eines Bonddrucks für eine bestimmte Menge an Zeit gepresst werden. Der Bonddruck kann etwa 5 g/mm2 bis etwa 500 g/mm2 sein. Die Bondzeit kann in Abhängigkeit von der Chipgröße zwischen etwa 10 ms und etwa 1 s liegen. - Beim Pressen der Bondkontakte
310 auf die erhitzten Kontaktstellen410 kann die obere Schicht316 des Bondkontakts310 schmelzen und das Material der leitfähigen Säule312 und/oder das leitfähige Material des Trägersubstrats400 oder der Kontaktstelle410 kann in die schmelzende obere Schicht316 diffundieren. Das Schmelzen und die Diffusion der Materialien können unmittelbar beim Aufbringen des Bonddrucks beginnen. Die obere Schicht316 kann sich in einen Kontakt430 umwandeln, wie in5b gezeigt. Binäre oder ternäre Legierungen können im Kontakt430 ausgebildet werden. Die binären oder ternären Legierungen können eine höhere Schmelztemperatur als das Material der oberen Schicht316 aufweisen. Daher können sich die binären oder ternären Legierungen verfestigen und können einen stabilen und zuverlässigen Kontakt430 zwischen den leitfähigen Säulen312 und den Kontaktstellen410 bilden. Die Diffusion des Materials der leitfähigen Säule312 und des Materials des Trägersubstrats/der Kontaktstelle400 /410 können durch Parameter wie z. B. Trägersubstrattemperatur, Bonddruck und Bondzeit gesteuert werden. Der Prozess kann ohne irgendeine Anwendung oder Verwendung von Flussmittel stattfinden. - Eine Höhe der Verbindung
450 kann beispielsweise etwa 55 µm (Mikrometer) bis etwa 65 µm (Mikrometer), einschließlich einer Höhe des Kontakts430 von etwa 3 µm (Mikrometer) bis etwa 10 µm (Mikrometer), sein. -
6a zeigt eine Ausführungsform einer Verbindung450 . Die Verbindung450 ist mit dem Kontakthöcker310 von3 (jedoch ohne die optionale Zwischenschicht314 ) ausgebildet. Die leitfähige Säule312 ist eine Kupfersäule. Die schmelzende Lötmitteloberseite316 zusammen mit anderen chemischen Elementen bildet den Kontakt430 . Die Kontaktstelle410 ist Nickel (Ni), plattiert mit Silber (Ag). Der Kontakt430 wird durch Pressen des Kontakthöckers310 auf die Kontaktstelle410 ausgebildet. Silber (Ag) von der Silberplattierung (Ag-Plattierung) und Kupfer von der leitfähigen Säule312 diffundieren in die schmelzende Lötmitteloberseite316 , wodurch Legierungen gebildet werden. Eine binäre Zinn/Silber-Legierungsschicht (Sn/Ag-Legierungsschicht)431 ist nahe der Kontaktstelle410 über dem plattierten Silber (Ag)411 ausgebildet. Eine binäre Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht)432 ist unter der oder um die Spitze der Kupfersäule312 und über der binären Zinn/Silber-Legierungsschicht (Sn/Ag-Legierungsschicht)431 ausgebildet. In einer Ausführungsform kann eine ternäre Kupfer/Zinn/Silber-Legierungsschicht (Cu/Sn/Ag-Legierungsschicht) (nicht dargestellt) zwischen der binären Zinn/Silber-Legierungsschicht (Sn/Ag-Legierungsschicht)431 und der binären Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht)432 ausgebildet sein. - Die Silberplattierungsschicht
411 kann etwa 1 µm (Mikrometer) bis etwa 4 µm (Mikrometer) dick sein, die Silber/Zinn-Legierungsschicht (Ag/Sn-Legierungsschicht)431 kann etwa 4 µm (Mikrometer) bis 5 µm (Mikrometer) dick sein und die Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht)432 kann etwa 4 µm (Mikrometer) bis etwa 5 µm (Mikrometer) dick sein. Die Dicke der Legierungsschichten431 ,432 kann vom Temperaturbudget abhängen, z. B. kann die Dicke der Legierungsschichten431 ,432 zunehmen, wenn die Heizzeit zunimmt. -
6b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kontakts430 einer Verbindung450 . Wiederum ist die Verbindung450 mit dem Kontakthöcker310 von3 (jedoch ohne die optionale Zwischenschicht314 ) ausgebildet. Die leitfähige Säule312 ist eine Kupfersäule. Die Kontaktstelle410 ist Nickel (Ni), plattiert mit Gold (Au). Gold (Au) von der Goldplattierung (Au-Plattierung)412 und Kupfer (Cu) von der leitfähigen Säule312 können in die schmelzende Lötmitteloberseite316 diffundieren, wodurch Legierungen gebildet werden. Eine binäre Zinn/Gold-Legierungsschicht (Sn/Au-Legierungsschicht) kann sich nahe der Kontaktstelle410 über dem plattierten Gold (Au)412 bilden. Eine binäre Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht) kann sich unter der oder um die Spitze der Kupfersäule312 und über der binären Zinn/Gold-Legierungsschicht (Sn/Au-Legierungsschicht) bilden. In einer Ausführungsform kann eine ternäre Kupfer/Zinn/Gold-Legierungsschicht (Cu/Sn/Au-Legierungsschicht) zwischen der binären Zinn/Gold-Legierungsschicht (Sn/Au-Legierungsschicht) und der binären Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht) ausgebildet sein. Die Legierungsschichten sind in der Verbindung430 nicht einzeln gezeigt. Die Zinn/Gold-Legierungsschicht (Sn/Au-Legierungsschicht) kann Au5Sn oder AuNiSn2 sein, wenn die Goldplattierung (Au-Plattierung) vollständig aufgebraucht wird und eine Phase mit Ni des Trägersubstrats gebildet wird. - In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Kontakt
430 zwei Kupfer/Zinn-Legierungsschichten (Cu/Sn-Legierungsschichten). Die erste binäre Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht) ist nahe der Kontaktstelle410 des Trägersubstrats400 ausgebildet. Eine zweite binäre Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht) ist unter der und um die Spitze der Kupfersäule312 über der ersten binären Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht) ausgebildet. Die erste binäre Kupfer/Zinn-Legierungsschicht (Cu/Sn-Legierungsschicht) ist durch Kupfer (Cu) aus einer Kupfer-Kontaktstelle (Cu-Kontaktstelle)410 und/oder einem Kupfer-Leiterrahmen (Cu-Leiterrahmen) ausgebildet, die in die schmelzende Lötmitteloberseite316 des Kontakthöckers310 diffundieren. -
7 zeigt eine Ausführungsform einer gekapselten Halbleitervorrichtung. Nachdem die Verbindungen450 ausgebildet wurden, kann der Raum zwischen dem Trägersubstrat400 und dem Chip320 mit einer Formverbindung460 gefüllt werden. Die Formverbindung460 kann ein elektrisch isolierender Klebstoff sein. Der elektrisch isolierende Klebstoff kann beispielsweise ein Epoxidharz oder ein mit Siliziumoxid-Füllstoff gefülltes Epoxidharz sein. Wenn kein Flussmittel verwendet wird, muss der Raum zwischen dem Trägersubstrat400 /der Kontaktstelle410 und dem Chip320 vorteilhafterweise nicht von Flussmittel gereinigt werden, bevor er mit der Formverbindung460 gefüllt wird. Die Vermeidung von Flussmittel vereinfacht und beschleunigt den Herstellungsprozess. - Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Einzelnen beschrieben wurden, können selbstverständlich hier verschiedene Änderungen, Substitutionen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und Konzept der Erfindung abzuweichen.
- Überdies soll das Konzept der vorliegende Anmeldung nicht auf die speziellen Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Materialzusammensetzung, der Mittel, der Verfahren und der Schritte, die in der Beschreibung beschrieben sind, begrenzt sein. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung leicht erkennt, können Prozesse, Maschinen, eine Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die derzeit existieren oder später entwickelt werden sollen, die im Wesentlichen dieselbe Funktion durchführen oder im Wesentlichen dieselben Ergebnisse wie die hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen erreichen, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Folglich sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Konzepts solche Prozesse, solche Maschinen, eine solche Herstellung, solche Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen.
Claims (20)
- Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden eines Kontakthöckers auf einem Chip, wobei der Kontakthöcker eine Lötmitteloberseite aufweist; Schmelzen der Lötmitteloberseite durch Pressen der Lötmitteloberseite direkt auf eine Kontaktstelle eines Trägersubstrats; und Ausbilden eines Kontakts zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat.
- Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Pressen der Lötmitteloberseite auf die Kontaktstelle bei einer Temperatur zwischen etwa 180 °C und 350 °C.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Schneiden eines Wafers in mehrere Chips, Umdrehen des Wafers und Auswählen eines Chips nach dem Ausbilden des Kontakthökkers auf dem Chip.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Anordnen einer Vergussmasse in einem Raum zwischen dem Trägersubstrat und dem Chip nach dem Ausbilden des Kontakts zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat ein Leadframe oder ein Substrat auf Glaskernbasis ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontakt eine Zinn/Silber-Legierung (Sn/Ag-Legierung) und eine Kupfer/Zinn-Legierung (Cu/Sn-Legierung) oder eine Gold/Zinn-Legierung (Au/Sn-Legierung) und eine Kupfer/Zinn-Legierung (Cu/Sn-Legierung) umfasst.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontakthöcker ein Kupfersäulenkontakthöcker ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen dem Chip und dem Trägersubstrat etwa 55 µm (Mikrometer) bis etwa 65 µm (Mikrometer) ist.
- Verbindung, umfassend: eine Chipkontaktstelle, die auf einem Chip angeordnet ist; eine Kontaktstelle, die auf einer Trägerstruktur angeordnet ist; einen Säulenkontakthöcker, wobei der Säulenkontakthöcker auf der Chipkontaktstelle angeordnet ist; und einen Kontakt, wobei der Kontakt den Säulenkontakthöcker mit der Kontaktstelle verbindet, wobei der Kontakt eine erste Legierung und eine zweite Legierung umfasst.
- Verbindung nach Anspruch 9, wobei der Säulenkontakthökker Kupfer (Cu) umfasst, wobei die erste Legierung Kupfer/Zinn (Cu/Sn) ist und wobei die zweite Legierung Zinn/Silber (Sn/Ag) ist.
- Verbindung nach Anspruch 9, wobei der Säulenkontakthökker Kupfer (Cu) umfasst, wobei die erste Legierung Kupfer/Zinn (Cu/Sn) ist und wobei die zweite Legierung Zinn/Gold (Sn/Au) ist.
- Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden von Kontakthöckern auf einem Wafer; Vereinzeln des Wafers unter Ausbildung von mehreren Chips, wobei jeder Chip einen Kontakthöcker aufweist; Anordnen eines Bandes auf den Kontakthöckern; Umdrehen des Wafers; Befestigen des Kontakthöckers von einem der Chips an einem Trägersubstrat.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Befestigen des Kontakthöckers von einem der Chips am Trägersubstrat ein Pressen des Kontakthöckers auf ein erhitztes Trägersubstrat umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend ein Befestigen einer ersten Seite des Wafers an einer Sägefolie vor dem Vereinzeln des Wafers.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Anordnen des Bandes auf den Kontakthöckern ein Befestigen der Kontakthöcker, die auf einer zweiten Seite des Wafers angeordnet sind, am Band umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Entfernen der Sägefolie vom Wafer nach dem Umdrehen des Wafers.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Band auf den Kontakthöckern angeordnet wird, nachdem der Wafer umgedreht ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, ferner umfassend ein Aufgreifen des einen der Chips, wobei der Kontakthöcker nach unten weist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Trägersubstrat einen Leiterrahmen oder ein Substrat auf Glaskernbasis umfasst.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, ferner umfassend ein Füllen eines Raums zwischen dem einen der Chips und dem Trägersubstrat mit einer Vergussmasse.
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
US13/097,851 | 2011-04-29 | ||
US13/097,851 US20120273935A1 (en) | 2011-04-29 | 2011-04-29 | Semiconductor Device and Method of Making a Semiconductor Device |
Publications (2)
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