DE102016203453A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements und Halbleiterbauelement - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements (27). Das vorgeschlagene Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines flächigen Trägers (4) mit einer Oberseite (6) und einer Unterseite (7), wobei der Träger (4) eine durchgehende Aussparung (5) aufweist, die zwischen der Oberseite (6) und der Unterseite (7) verläuft. In einem weiteren Schritt wird eine Halbleiteranordnung (8) bereitgestellt. Die Halbleiteranordnung (8) weist einen Halbleiterchip (10) auf, der an einer Unterseite (11) elektrisch und/oder optisch aktive Bereiche (12) umfasst. Anschließend wird die Halbleiteranordnung (8) in der Aussparung (5) angeordnet, derart dass eine Unterseite (9) der Halbleiteranordnung (8) und die Unterseite (7) des Trägers (4) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Daraufhin wird die Halbleiteranordnung (8) mit einer Vergussmasse (17) so vergossen, dass die Halbleiteranordnung (8) mit dem Träger (4) stoffschlüssig verbunden wird. Die Halbleiteranordnung (8) bildet mit dem Träger (4) und der Vergussmasse (17) ein Halbleitersystem (18). Anschließend wird das Halbleitersystem (18) durch Schleifen von oben so ausgedünnt, dass eine Oberseite (6) des Trägers und eine Oberseite (22) der Halbleiteranordnung (8) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
Description
- Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Anmeldung ein Halbleiterbauelement.
- Bei gängigen Verfahren zur Herstellung elektronischer Bauelemente ist es vorgesehen, zunächst ein Trägermaterial mit einer Aussparung herzustellen. Anschließend wird das Trägermaterial mit einer Unterseite auf einer Klebefolie angeordnet und ein aus einem Halbleiterwafer herausgetrennter Halbeiterchip wird in der Aussparung auf der Klebefolie angeordnet. Der Halbleiterwafer weist an seiner Unterseite typischerweise elektrisch aktive Bereiche auf. Der Halbleiterchip wird anschließend in eine Vergussmasse eingegossen, so dass der Halbleiterchip mit dem Trägermaterial verbunden und in der Aussparung fixiert ist. Daraufhin wird die Klebefolie abgelöst und es wird mittels Dünnschichttechnologie eine Umverdrahtungslage auf der Unterseite des Trägers und einer Unterseite des Halbleiterchips hergestellt. Die Umverdrahtungslage weist Leiterbahnen auf und stellt einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen den elektrisch aktiven Bereichen des Halbeiterchips und gegebenenfalls auf der Umverdrahtungslage vorgesehenen Anschlussstellen zur Verbindung des Halbleiterchips mit weiteren Bauelementen her. Die Anschlussstellen, wie beispielsweise Kontaktpads, Lötkontakte oder Steckerkontakte, können hierbei über eine Fläche der Umverdrahtungslage verteilt sein, die deutlich größer ist als eine Fläche des Halbleiterchips.
- Das oben beschriebene Herstellungsverfahren eignet sich insbesondere, wenn der Halbleiterchip lediglich an seiner Unterseite zu kontaktierende elektrische aktive Bereiche aufweist. Ungeeignet ist das Verfahren jedoch, wenn Halbleiterchips Verwendung finden sollen, die einer elektrischen Kontaktierung an ihrer Oberseite oder beispielsweise einer optischen Ein- oder Auskopplung bedürfen. Ein weiteres Problem, welches bei einer Verwendung derart hergestellter elektronischer Bauelemente häufig auftritt, ist eine unzureichende Abfuhr einer vom Halbeiterchip im Betrieb erzeugten Wärme.
- Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements vorzuschlagen, durch das die oben genannten Nachteile bekannter Verfahren vermindert beziehungsweise ausgeräumt werden. Außerdem liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Halbleiterbauelement vorzuschlagen.
- Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein elektronisches Bauelement mit den Merkmalen eines nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
- Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements umfasst ein Bereitstellen eines flächigen Trägers mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei der Träger eine durchgehende Aussparung aufweist, die zwischen der Oberseite und der Unterseite verläuft. In einem weiteren Schritt wird eine Halbleiteranordnung bereitgestellt. Die Halbleiteranordnung weist einen Halbleiterchip auf, der an einer Unterseite elektrisch und/oder optisch aktive Bereiche umfasst. Anschließend wird die Halbleiteranordnung in der Aussparung angeordnet, derart dass eine Unterseite der Halbleiteranordnung und die Unterseite des Trägers in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Daraufhin wird die Halbleiteranordnung mit einer Vergussmasse so vergossen, dass die Halbleiteranordnung mit dem Träger stoffschlüssig verbunden wird. Die Halbleiteranordnung bildet mit dem Träger und der Vergussmasse ein Halbleitersystem. Anschließend wird das Halbleitersystem durch Schleifen von oben so ausgedünnt, dass eine Oberseite des Trägers und eine Oberseite der Halbleiteranordnung in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
- Das Verfahren eignet sich zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das den flächigen Träger mit der Oberseite und der Unterseite umfasst, wobei der Träger die durchgehende Aussparung aufweist, die zwischen der Oberseite und der Unterseite verläuft. Das Halbleiterbauelementumfasst ferner die Halbleiteranordnung mit dem Halbleiterchip, der an der Unterseite die elektrisch und/oder optisch aktiven Bereiche umfasst, und die Vergussmasse, durch die die Halbleiteranordnung mit dem Träger stoffschlüssig verbunden ist. Die Unterseite der Halbleiteranordnung und die Unterseite des Trägers verlaufen in einer gemeinsamen Ebene und die Oberseite des Trägers und die Oberseite der Halbleiteranordnung verlaufen ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene. In typischen Ausführungen bildet die Unterseite des Halbleiterchips die Unterseite der Halbleiteranordnung. Typischerweise ist die Oberseite und/oder die Unterseite des Halbleitersystems also planar beziehungsweise eben.
- Das Halbleiterbauelement kann beispielsweise ein elektronisches Bauelement und/oder ein optisches Bauelement sein. Die elektrisch und/oder optisch aktiven Bereiche weisen beispielsweise photonisch integrierte Schaltungen (PIC), integrierte elektronische Schaltungen; diskrete elektronische Halbleiterbauelemente wie beispielsweise Dioden oder Transistoren (zum Beispiel GaN- oder SiC-basiert, insbesondere Bipolartransistoren mit isolierten Gate-Elektroden); optoelektronische Bauelemente wie Laserdioden, Photodioden oder Imagesensoren; und/oder photonische Bauelemente (beispielsweise Silizium-basiert).
- Im Unterschied zu dem eingangs beschriebenen bekannten Verfahren ist die Oberseite der Halbleiteranordnung bei einer Verwendung des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens zugänglich. Es kann in manchen Ausführungen auch vorgesehen sein, dass eine Oberseite des Halbleiterchips nach dem Ausdünnen zugänglich ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine Ein- oder Auskopplung von optischen Signalen über die Oberseite des Halbleiterchips erfolgen, was eine Vielzahl optoelektronischer oder photonischer Anwendungen ermöglicht. In typischen Ausführungen erfolgt eine Ein- und Auskopplung von optischen Signalen über die Unterseite des Halbleiterchips. Für eine optische Auskopplung auf der Oberseite beziehungsweise auf der Unterseite kann das Halbleiterbauelement auf der Ober- beziehungsweise Unterseite des Halbleitersystems beispielsweise optische Wellenleiter, beispielsweise Polymer-Wellenleiter, aufweisen. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass der Halbleiterchip ebenfalls optische Wellenleiter aufweist, die evaneszent oder adiabatisch optisch an die Wellenleiter auf der Ober- beziehungsweise Unterseite des Halbleitersystems gekoppelt sind.
- In typischen Ausführungen wird eine Höhe der Halbleiteranordnung infolge des Materialabtrags beim Ausdünnen des Halbleitersystems um mindestens 10 µm, vorzugsweise mindestens 50 µm, und/oder höchstens 500 µm, vorzugsweise höchstens 200 µm, verringert.
- In weiteren Ausführungen kann es vorgesehen sein, dass die Oberseite der Halbleiteranordnung nach dem Ausdünnen des Halbleitersystems zumindest bereichsweise durch einen wärmeleitfähigen Kontakt mit einem Kühlkörper verbunden wird. Bei dem Kühlkörper kann es sich beispielsweise um einen metallischen oder einen keramischen Wärmespreizer handeln. Indem das Halbleitersystem so ausgedünnt wird, dass eine Oberseite des Trägers und eine Oberseite der Halbleiteranordnung in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, kann der Kühlkörper auf einfache Weise sowohl mit der Oberseite der Halbleiteranordnung als auch mit der Oberseite des Trägers wärmeleitend verbunden werden. Hierdurch kann eine besonders effiziente Wärmeabfuhr von dem Halbleiterchip über die Oberseite der Halbleiteranordnung und die Oberseite des Trägers erreicht werden.
- Es kann auch vorgesehen sein, dass die Oberseite der Halbleiteranordnung nach dem Ausdünnen des Halbleitersystems zumindest bereichsweise mit einem elektrisch leitfähigen Kontakt verbunden wird, der mit einer Oberseite des Halbleiterchips zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig verbunden wird. Somit eignet sich das vorgeschlagene Verfahren insbesondere für Halbleiterbauelemente mit Halbleiterchips, insbesondere vertikal aufgebauten Halbleiterchips, die eine Rückseitenkontaktierung an ihrer Oberseite benötigen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Dioden oder Feldeffekttransistoren mit Substratkontaktierungen handeln. Indem das Halbleitersystem so ausgedünnt wird, dass eine Oberseite des Trägers und eine Oberseite der Halbleiteranordnung in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, können hierbei bekannte Verfahren zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Kontaktes Verwendung finden, die sich insbesondere für planare Geometrien eignen, wie beispielsweise eine Dünnfilmtechnologie zur Herstellung eines löt- oder sinterfähigen Rückseitenkontakts oder einer Umverdrahtungslage.
- Damit, dass die Oberseiten der Halbleiteranordnung und des Trägers in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, ist gemeint, dass eine Ebene, die durch die meisten Punkte auf der Oberseite der Halbleiteranordnung verläuft, im Wesentlichen nicht gegenüber einer Ebene, die durch die meisten Punkte auf der Oberseite des Trägers verläuft, verkippt ist und außerdem gegenüber dieser Ebene keinen Versatz aufweist. In einer maximal verkippten Richtung schließen die entsprechenden Ebenen typischerweise einen Winkel von höchstens 5 Grad, vorzugsweise höchstens 2 Grad, ein. Ein Versatz der Ebenen beträgt im Bereich der Halbleiteranordnung höchstens 10 µm, vorzugsweise höchstens 5 µm, besonders vorzugsweise höchstens 2 µm. Analog gilt dies für die Unterseiten der Halbleiteranordnung und des Trägers.
- Typischerweise sind die Oberseiten und Unterseiten des Trägers und der Halbleiteranordnung nicht vollständig planar. Es existiert aber typischerweise eine gemeinsame Ebene, zu der mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, von auf der Oberseite des Trägers und auf der Oberseite der Halbleiteranordnung befindlichen Punkten einen senkrecht zur gemeinsamen Ebene gemessenen Abstand von höchstens 5 µm, vorzugsweise höchstens 2 µm, besonders vorzugsweise höchstens 1 µm, aufweisen. Analog gilt dies für die Unterseiten der Halbleiteranordnung und des Trägers.
- In typischen Ausführungen ist zwischen der Halbleiteranordnung und dem Träger ein Spalt ausgebildet. Die Aussparung im Träger ist in der Regel so ausgebildet, dass sich ein möglichst kleiner Spalt mit einer maximalen Spaltbreite von höchstens 200 µm, vorzugsweise höchstens 100 µm, ergibt. Der Spalt ist nach dem Vergießen der Halbleiteranordnung zumindest bereichsweise mit Vergussmasse gefüllt. Die Vergussmasse weist nach dem Ausdünnen des Halbleitersystems typischerweise ebenfalls eine Oberseite auf, die mit den Oberseiten des Trägers und der Halbleiteranordnung in einer gemeinsamen Ebene verläuft. Die Vergussmasse kann beispielsweise Polyimid und/oder Kunstharz und/oder Benzocyclobuten aufweisen.
- Das Halbleitersystem kann durch Materialabtrag von dem Träger und von der Halbleiteranordnung ausgedünnt werden. In dieser typischen Ausführung wird sowohl in den Träger als auch in die Hableiteranordnung von oben hineingeschliffen. Durch ein gemeinsames Schleifen der Halbleiteranordnung und des Trägers kann eine planare Oberseite des Halbleitersystems gefertigt werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Oberseite der Halbleiteranordnung durch ein Substrat des Halbleiterchips gebildet wird und dass der Halbleiterchip durch Materialabtrag von dem Substrat ausgedünnt wird. Insbesondere wenn der Halbleiterchip auf seiner Oberseite keine empfindlichen elektrisch und/oder optisch aktiven Bereiche aufweist, deren mögliche Zerstörung durch das Schleifen unerwünscht wäre, eignet sich diese Ausführung, um auf einfache Weise zu erreichen, dass die Oberseite des Trägers und die Oberseite der Halbleiteranordnung in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
- Es kann in anderen Ausführungen vorgesehen sein, dass die Halbleiteranordnung an einer Oberseite eine Opferschicht aufweist, die beim Schleifen ausgedünnt wird. Durch Verwendung der Opferschicht kann das Ausdünnen der Halbleiteranordnung durchgeführt werden, ohne dass in den Halbleiterchip hineingeschliffen werden muss. Die Verwendung einer Opferschicht eignet sich insbesondere dann, wenn die Oberseite des Halbleiterchips elektrisch aktiv ist und/oder der Halbleiterchips an seiner Oberseite einen Rückseitenkontakt aufweist. Darüber hinaus kann insbesondere bei Halbleiterchips, die umweltbelastende Materialien, wie beispielsweise GaAs umfassen, verhindert werden, dass beim Schleifen umweltbelastender Abfall oder toxischer Schleifstaub produziert werden, welche insbesondere eine potentielle Gesundheitsgefährdung für Personen darstellen.
- Die Opferschicht kann metallisches, keramisches oder halbleitendes Material aufweisen. Insbesondere Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit eignen sich für die Opferschicht, da die Opferschicht in diesem Fall eine effiziente Wärmeabfuhr von dem Halbleiterchip gewährleisten kann. Darüber hinaus kann in gewissen Ausführungen eine elektrische Leitfähigkeit der Opferschicht erwünscht sein, beispielsweise damit die Opferschicht zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips verwendet werden kann. Metallische Opferschichten zeichnen sich beispielsweise durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine ebenfalls hohe elektrischen Leitfähigkeit aus.
- Die Opferschicht kann beispielsweise auf einer Oberseite des Halbleiterchips abgeschieden werden. Hierbei können gängige Verfahren wie beispielsweise eine galvanische Abscheidung, ein Aufdampfen oder ein Sputterverfahren angewendet werden. Hierbei eignen sich das Aufdampfen und das Sputterverfahren typischerweise für geringe Dicken der Opferschicht von etwa 1 µm und weniger. Bei größeren Dicken eignet sich die galvanische Abscheidung. Durch ein Abscheiden der Opferschicht kann in der Regel eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Halbleiterchip und der Opferschicht erreicht werden.
- Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Opferschicht auf einer Oberseite des Halbleiterchips befestigt wird. Zum Befestigen der Opferschicht auf der Oberseite des Halbleiterchips können verschiedene bekannte Chipbonding-Verfahren wie beispielsweise Löten, Transient Liquid Phase Bonding, Thermokompressionsbonden, Ultraschallverschweißen, Sintern oder Kleben angewendet werden. Gegenüber dem Abscheiden der Opferschicht eignet sich das Befestigen insbesondere, wenn relativ dicke Opferschichten auf einfache Weise bereitgestellt werden sollen.
- Durch das Schleifen in die Opferschicht beziehungsweise in den Hableiterchip können sehr glatte Oberseiten des Halbleitersystems im Vergleich zu alternativen Lösungen erzeugt werden. Eine alternative Lösung könnte beispielsweise vorsehen, zum Erzeugen einer planaren Oberseite eines Halbleitersystems anstatt des Schleifens eine Opferschicht auf den Halbleiterchip aufzubringen, die aufgrund ihrer Dicke einen bündigen Abschluss der Halbeiteranordnung mit der Oberseite des Trägers erzeugt. In diesem Fall wäre die Oberseite des Halbleitersystems jedoch beispielsweise aufgrund von Schrägschnitten der Halbleiterwafer weniger planar als im Fall einer Verwendung des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens.
- In einigen Ausführungen wird vor dem Vergießen ein Hilfsträger bereitgestellt, auf dem der Träger angeordnet wird. Die Halbleiteranordnung kann in der Aussparung des Trägers auf dem Hilfsträger angeordnet werden. Hierbei kann beispielsweise zuerst die Halbleiteranordnung oder zuerst der Träger auf dem Hilfsträger angeordnet werden. Der Träger zeichnet sich durch eine im Wesentlichen planare Oberseite aus. Somit lässt sich auf einfache Weise erreichen, dass die Unterseite der Halbleiteranordnung und die Unterseite des Trägers in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Der Hilfsträger kann beispielsweise als Glasträger ausgeführt sein. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass der Hilfsträger an einer Oberseite eine Klebefolie oder einen Klebefilm aufweist, auf der die Halbleiteranordnung und der Träger vor dem Vergießen angeordnet und durch die die Halbleiteranordnung und der Träger vor dem Vergießen fixiert werden.
- Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine weitere Halbleiteranordnung bereitgestellt wird, die in der Aussparung angeordnet und in die Vergussmasse vergossen wird. Die weitere Halbleiteranordnung kann alle der hier in Hinblick auf die Halbleiteranordnung beschriebenen Merkmale aufweisen. Hierbei können die Hableiteranordnung und die weitere Halbleiteranordnung beispielsweise identische oder unterschiedliche Höhen aufweisen und/oder identische oder unterschiedliche Materialien umfassen.
- Das Bereitstellen des Trägers umfasst typischerweise den Schritt des Einbringens der Aussparung in den Träger. Das Einbringen der Aussparung kann beispielsweise mittels Trockenätzen oder Laserschneiden erfolgen.
- Der Träger weist typischerweise ein metallisches oder halbleitendes Material, insbesondere Silizium, auf. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Träger dasselbe Material wie der Halbleiterchip und/oder die gegebenenfalls vorgesehene Opferschicht aufweist. Daraus resultierende gleiche oder zumindest ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägers und des Halbleiterchips und/oder der Opferschicht können mechanische Spannungen innerhalb des Halbleiterbauelements infolge einer Erwärmung oder Abkühlung reduzieren sowie eine damit gegebenenfalls einhergehende Schädigung des Halbleiterbauelements vermindern. In anderen Ausführungen kann der Träger beispielsweise Keramik oder Glas umfassen.
- In einem weiteren Schritt kann eine Umverdrahtungslage auf einer Unterseite des Halbleitersystems hergestellt werden, wobei die Umverdrahtungslage Leiterbahnen umfasst, die mit den elektrisch und/oder optisch aktiven Bereichen des Halbleiterchips zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig verbunden werden.
- Allgemein können die hier in Bezug auf die Oberseite oder Unterseite des Halbleitersystems beschriebenen Maßnahmen zur elektrischen und/oder thermischen Kontaktierung in analoger Weise auch auf der Unterseite beziehungsweise Oberseite des Halbleitersystems vorgenommen werden.
- Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Abbildungen beschrieben. Es zeigen
-
1 –6 schematische Querschnitte während aufeinanderfolgender Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements, -
7 eine Aufsicht auf ein in6 dargestelltes Halbleitersystem, -
8 und9 schematische Ansichten während weiterer Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements und -
10 –13 schematische Ansichten von Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungen. - In
1 bis6 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements illustriert. Wie1 zeigt, wird bei diesem Verfahren zunächst ein Hilfsträger1 bereitgestellt, dessen Oberseite2 mit einem Klebefilm3 versehen ist. Der Klebefilm3 kann beispielsweise auf die Oberseite2 des Hilfsträgers1 geschleudert werden. Der Hilfsträger1 kann beispielsweise als Glasträger ausgebildet sein. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein flächiger Träger4 , beispielsweise ein Silizium-Wafer, auf dem Klebefilm3 angeordnet. - Wie in
2 dargestellt ist, weist der Träger4 eine Aussparung5 auf, die zwischen einer Oberseite6 des Trägers4 und einer Unterseite7 des Trägers4 verläuft. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser und den folgenden Abbildungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Aussparung5 kann zuvor mittels gängiger Verfahren, beispielsweise durch Trockenätzen oder Laserschneiden, in den Träger4 eingebracht werden. Anschließend wird eine Halbleiteranordnung8 bereitgestellt. - Die Halbleiteranordnung
8 wird wie in3 dargestellt auf dem Klebefilm3 und in der Aussparung5 des Trägers4 angeordnet, so dass die Halbleiteranordnung8 seitlich von dem Träger4 umgeben ist. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass die Halbleiteranordnung8 eine geringere Höhe aufweist als der Träger4 , so dass der Träger4 die Halbleiteranordnung8 nach dem Anordnen der Hableiteranordnung8 in der Aussparung5 überragt, wie in3 dargestellt ist. In anderen Ausführungen kann es aber auch vorgesehen sein, dass die Hableiteranordnung8 nach dem Anordnen den Träger4 überragt. - Die Hableiteranordnung
8 weist an ihrer Unterseite9 einen Halbleiterchip10 auf, der an seiner Unterseite11 elektrisch und/oder optisch aktive Bereiche12 , im Folgenden als aktive Bereiche bezeichnet, umfasst. An seiner Oberseite13 kann der Hableiterchip10 beispielsweise ein Chipsubstrat14 aufweisen, welches elektrisch leitfähig oder isolierend beziehungsweise semi-isolierend ausgebildet sein kann. Der Halbleiterchip10 kann beispielsweise integrierte Schaltkreise und/oder photonisch integrierte Schaltungen umfassen. In den aktiven Bereichen12 des Halbleiterchips10 können beispielsweise Metallisierungen zur elektrischen Kontaktierung der integrierten Schaltkreise und/oder der photonisch integrierten Schaltungen vorgesehen sein. - Zusätzlich umfasst die Halbleiteranordnung
8 eine Opferschicht15 , die auf die Oberseite13 des Halbleiterchips10 , beispielsweise mittels Ultraschallverschweißen, gebondet wurde. Es kann in anderen Ausführungen vorgesehen sein, dass die Opferschicht15 auf dem Halbleiterchip10 beispielsweise galvanisch abgeschieden wird. Die Opferschicht15 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Des Weiteren weist eine Grenzfläche zwischen der Opferschicht15 und der Oberseite13 des Halbleiterchips10 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Opferschicht15 kann beispielsweise ein Metall aufweisen oder vollständig aus einem Metall gebildet sein. Zwischen der Halbleiteranordnung8 und dem Träger4 ist ein Spalt16 ausgebildet. - In einem weiteren Schritt wird die Hableiteranordnung
8 mit einer Vergussmasse17 , beispielsweise mit Kunstharz, vergossen, wie in4 dargestellt ist. Bei dem Vergießen wird der Spalt16 mit der Vergussmasse17 ausgefüllt. Außerdem bedeckt die Vergussmasse17 nach dem Vergießen die Halbleiteranordnung8 . In weiteren Ausführungen bedeckt die Vergussmasse17 nach dem Vergießen zusätzlich zu der Halbleiteranordnung8 auch die Oberseite6 des Trägers4 . Das Vergießen kann beispielsweise bei erhöhter Temperatur oder erhöhtem Druck erfolgen. Durch das Vergießen wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Vergussmasse17 und der Halbleiteranordnung8 sowie zwischen der Vergussmasse17 und dem Träger4 erzeugt. Der Träger4 , die Vergussmasse17 und die Halbleiteranordnung8 bilden nach dem Vergießen ein Halbleitersystem18 . - In einem weiteren Schritt wird das Halbleitersystem
18 von oben in einer in5 schematisch dargestellten Richtung19 abgetragen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierbei zunächst Material sowohl von dem Träger4 als auch der Vergussmasse17 abgetragen. Bei größerer Schleiftiefe wird zusätzlich Material von der Halbleiteranordnung8 abgetragen, so dass die Opferschicht15 wie in5 dargestellt ausgedünnt wird. Wenn die Halbleiteranordnung8 , wie in anderen Ausführungen vorgesehen, eine größere Höhe aufweist als der Träger4 , dann wird beim Schleifen Material von der Halbleiteranordnung8 abgetragen bevor Material vom Träger4 abgetragen wird. - Nach dem Schleifen weist das Halbleitersystem
18 eine plane, beziehungsweise glatte Oberseite20 auf. Die Oberseite20 des Halbleitersystems18 wird bereichsweise gebildet durch eine geschliffene Oberseite21 des Trägers4 , eine geschliffene Oberseite22 der Hableiteranordnung8 sowie durch eine geschliffene Oberseite23 der Vergussmasse17 . Die Oberseite22 der Halbleiteranordnung8 wird gebildet durch eine geschliffene Oberseite24 der Opferschicht15 . Die genannten geschliffenen Oberseiten21 ,22 ,23 ,24 verlaufen in einer gemeinsamen Ebene. - In einem nächsten Schritt werden der Hilfsträger
1 und der Klebefilm3 wie in6 gezeigt von dem Halbleitersystem18 abgelöst, was beispielsweise durch Laserablation durchgeführt werden kann, indem der Klebefilm3 durch den Hilfsträger1 hindurch mit einem Laser bestrahlt wird. Eine Unterseite25 des Halbleitersystems18 wird bereichsweise gebildet durch die Unterseite7 des Trägers4 , die Unterseite9 der Hableiteranordnung8 sowie durch eine Unterseite26 der Vergussmasse17 . Dadurch dass der Träger4 und die Halbleiteranordnung8 auf dem Klebefilm3 angeordnet und auf dieser mit der Vergussmasse17 vergossen wurden, verlaufen die genannten Unterseiten7 ,9 ,26 in einer gemeinsamen Ebene. -
7 zeigt eine Aufsicht auf die Oberseite20 des Halbleitersystems18 . Die Oberseite21 des Trägers4 umgibt die Oberseite22 der Hableiteranordnung8 . Zwischen der Oberseite21 des Trägers4 und der Oberseite22 der Hableiteranordnung8 ist der Spalt16 ausgebildet, der durch die Vergussmasse17 ausgefüllt wird. - Eine Abwandlung des Verfahrens ist in den Fign.
8 und9 dargestellt. Dieses abgewandelte Verfahren unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Verfahren darin, dass die Hableiteranordnung8 keine Opferschicht15 aufweist. Vor dem Schleifen des Halbleitersystems18 , bei dem der Träger4 , die Vergussmasse17 und der Halbleiterchip10 von oben ausgedünnt werden, bildet die Oberseite13 des Halbleiterchips10 die Oberseite22 der Halbleiteranordnung8 , wie in8 dargestellt ist.9 zeigt das Halbleitersystem18 nach dem Schleifen. Hierbei bildet die nun abgeschliffene Oberseite13 des Halbleiterchips10 weiterhin die Oberseite22 der abgeschliffenen Halbleiteranordnung8 und gleichzeitig einen Bereich der Oberseite20 des Halbleitersystems18 . - Zur Herstellung eines fertiggestellten Halbleiterbauelements können in weiteren Schritten thermische oder elektrische Kontakte auf der Oberseite
20 und/oder auf der Unterseite25 des Halbleitersystems18 erzeugt werden. - Ein gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement
27 zeigt10 . Dieses umfasst einen Träger4 mit zwei Aussparungen5 , in denen jeweils eine Halbleiteranordnung8 angeordnet ist. Der Träger4 ist in dem vorliegenden Beispiel als Silizium-Rahmen ausgeführt. Die zwei Halbleiteranordnungen8 umfassen jeweils einen Halbleiterchip10 , beispielsweise einen Galliumnitrid-Chip, und eine Opferschicht15 , wobei die Opferschichten15 auf einer Oberseite13 eines jeweiligen der Halbleiterchips10 angeordnet sind und mit diesem thermisch leitfähig verbunden sind. Die Opferschichten15 können beispielsweise als Metallsockel ausgeführt sein, die jeweils auf einen der Halbeiterchips10 gebondet sind. Die Halbleiterchips10 weisen jeweils an ihren Unterseiten11 aktive Bereiche12 auf. - Die Hableiteranordnungen
8 sind in eine Vergussmasse17 eingegossen, die Spalte16 zwischen dem Träger4 und den Halbleiteranordnungen8 ausfüllt und den Träger4 stoffschlüssig mit den Halbleiteranordnungen8 verbindet. Unterseiten9 und Oberseiten22 der Hableiteranordnungen8 verlaufen in einer gemeinsamen Ebene mit Unterseiten7 und Oberseiten21 des Trägers4 . - Die Halbleiteranordnungen
8 , die Vergussmasse17 und der Träger4 bilden ein Halbleitersystem18 , welches eine Oberseite20 und eine Unterseite25 aufweist. Zur Abfuhr von durch die Halbleiteranordnungen8 erzeugter Betriebswärme ist auf der Oberseite20 des Hableitersystems18 ein Kühlkörper28 , beispielsweise ein Wärmespreizer aus einer Aluminiumnitrid-Keramik, angeordnet. Der Kühlkörper28 kann beispielsweise weiterhin mit einem Luftkühler, einem Wasserkühler oder einem Metallgehäuse wärmeleitfähig verbunden sein. Der Kühlkörper28 ist mit den Oberseiten22 der Halbleiteranordnungen8 und mit der Oberseite21 des Trägers4 durch einen thermisch leitfähigen Kontakt verbunden. Durch die planare Oberseite20 des Halbeitersystems18 kann eine große Nähe zwischen dem flächigen Kühlkörper28 und den Oberseiten22 ,21 der Halbleiteranordnungen8 und des Trägers4 und somit ein effizienter Wärmeübergang zwischen dem Hableitersystem18 und dem Kühlkörper28 erreicht werden. Der thermisch leitfähige Kontakt kann beispielsweise zusätzlich über ein Thermal-Interface-Material, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, verbessert werden. - Auf der Unterseite
25 des Halbleitersystems18 ist eine Umverdrahtungslage29 angeordnet. Die Umverdrahtungslage29 dient einer räumlichen Umverteilung von elektrischen Kontaktierungen zu den Halbleiterchips10 und umfasst dafür elektrisch leitfähige Leiterbahnen30 und elektrisch isolierende Bereiche31 . Die Leiterbahnen30 verbinden die elektrisch aktiven Bereiche12 untereinander und/oder mit weiteren gegebenenfalls an der Umverdrahtungslage29 vorgesehenen Anschlussstellen wie beispielsweise Kontaktpads oder Lotkugeln. - Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements
27‘ ist in11 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Unterseite25 des Halbleitersystems18 mit einer Umverdrahtungslage29 versehen, die mit Leiterbahnen in Form einer strukturierten Metallisierung versehen aufweist. Durch die Umverdrahtungslage29 werden die nicht dargestellte aktive Bereiche der Hableiterchips10 kontaktiert. Bei dem dargestellten Bauelement27‘ kann es sich beispielsweise um ein Hochfrequenz-Modul handeln. Zusätzlich kann das Halbleiterbauelement27‘ weitere Bauelemente wie beispielsweise Verstärker zum Betrieb einer Sendeantenne umfassen. Die weiteren Bauelemente können beispielsweise als Teil der Umverdrahtungslage29 ausgeführt oder in den Träger4 eingebettet sein. Die Umverdrahtungslage29 wird typischerweise mittels Dünnfilmtechnik hergestellt und kann beispielsweise impedanzkontrollierte Leiterbahnen, Mikrostreifenleitungen oder Koplanarleitungen umfassen. Die Oberseite20 des Halbleitersystems18 eignet sich wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel für eine Anbindung an einen Kühlkörper. -
12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Halbleiterbauelements27‘‘ . Dieses Halbleiterbauelement27‘‘ weist im Gegensatz zu dem in11 dargestellten Halbleiterbauelement27‘ einen Kühlkörper28 auf, der mit der Oberseite20 des Hableitersystems18 wärmeleitfähig verbunden ist. Darüber hinaus ist ein zweiter Kühlkörper32 an der Unterseite25 des Halbleitersystems18 und an einer Unterseite der Umverdrahtungslage29 angeordnet, so dass eine effiziente Wärmeabfuhr von dem Halbleitersystem18 über dessen Oberseite20 und über dessen Unterseite25 erfolgen kann. Somit eignet sich dieses Ausführungsbeispiel insbesondere für Bauelemente der Leistungselektronik, beispielsweise zum Schalten oder Konvertieren von hohen Spannungen oder Strömen. Die Halbleiterchips10 können beispielsweise silizium-, siliziumcarbid- oder galliumnitridbasiert sein und weisen typischerweise einen oder mehrere Transistoren und/oder Dioden auf. Außerdem weist der Träger4 einen elektrisch leitfähigen Durchkontakt33 auf, der zwischen der Oberseite6 des Trägers4 und der Unterseite7 des Trägers4 verläuft. Leiterbahnen der Umverdrahtungslage29 sind elektrisch leitfähig mit dem Durchkontakt33 verbunden. Auf der Oberseite6 des Trägers4 ist ferner ein mit dem Durchkontakt33 elektrisch leitfähig verbundenes Kontaktpad34 vorgesehen. - In
13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements27‘‘‘ dargestellt. Dieses Halbleiterbauelement27‘‘‘ unterscheidet sich von den davor beschriebenen Halbleiterbauelementen27 ,27‘ ,27‘‘ dadurch, dass es neben der Umverdrahtungslage29 eine zweite Umverdrahtungslage34 aufweist, die auf der Oberseite20 des Halbleitersystems18 angeordnet ist und dessen Leiterbahnen elektrisch leitfähig mit den Opferschichten15 verbunden sind. Die Halbleiterchips10 weisen jeweils ein Chipsubstrat14 auf, das elektrisch leitfähig ausgeführt ist. Die Opferschichten15 sind ebenfalls elektrisch leitfähig ausgeführt und sind mit den Chipsubstraten14 elektrisch leitfähig verbunden. Dadurch wird eine beidseitige elektrische Kontaktierung der Hableiterchips10 erreicht. Die dargestellte Ausführungsform eignet sich somit für Halbleiterbauelement, deren Betrieb unter anderem eine substratseitige elektrische Kontaktierung eines Halbleiterchips voraussetzt. In typischen Ausführungen werden hierbei jeweils ein elektrischer Kontakt mit jedem der Chipsubstrate14 und mehrere elektrische Kontakte mit den nicht dargestellten aktiven Bereichen an jeder der Unterseiten11 der Halbleiterchips10 hergestellt. Die Unterseiten11 der Halbleiterchips10 sind trotz einer bereichsweisen Kontaktierung durch die Umverdrahtungslage29 von einer Unterseite des Halbleiterbauelements27‘‘‘ weitgehend frei zugänglich. Daher eignet sich diese Unterseite des Halbleiterbauelements27‘‘‘ beispielsweise für eine Auskopplung oder eine Einkopplung elektromagnetischer Strahlung aus den Hableiterchips10 beziehungsweise in die Halbleiterchips10 . Die Halbleiterchips10 können beispielsweise als Leuchtdioden, als oberflächenemittierende Laserdioden oder als Photodetektoren ausgeführt sein. Zusätzlich kann das Halbleiterbauelement27‘‘‘ an der Unterseite25 des Hableitersystems18 beispielsweise optische Wellenleiter aufweisen. - In den beschriebenen und weiteren Ausführungsbeispielen können die Opferschichten auf den Halbleiterchips abgeschieden oder an den Halbleiterchips befestigt werden. Typischerweise sind die Opferschichten aus Metall, Keramik oder halbleitendem Material gefertigt. In weiteren Ausführungen kann eine Halbleiteranordnung beispielsweise mehrere Halbeiterchips und eine Opferschicht oder umgekehrt mehrere Opferschichten und einen Halbleiterchip aufweisen. Hierbei sind typischerweise die mehreren Halbleiterchips oder Opferschichten auf derselben Seite der Opferschicht beziehungsweise des Halbleiterchips angeordnet.
- Die Oberseite des Halbleitersystems kann in den beschriebenen und weiteren Ausführungsbeispielen nach dem Schleifen und vor dem Herstellen eines elektrischen oder thermischen Kontaktes auch mit einem feinkörnigen Schleifmittel poliert werden, um eine besonders glatte Oberseite des Halbleitersystems zu erzeugen. Anschließend oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Oberseite des Halbleitersystems in einem weiteren Schritt durch die Herstellung von belotbaren Bereichen auf der Oberseite, beispielsweise durch eine Abscheidung von Cu, Ni/Au, Ti/Pt/Au, auf die elektrische oder thermische Anbindung vorbereitet wird.
- Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung eines Halbeiterbauelements (
27 ) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines flächigen Trägers (4 ) mit einer Oberseite (6 ) und einer Unterseite (7 ), wobei der Träger (4 ) eine durchgehende Aussparung (5 ) aufweist, die zwischen der Oberseite (6 ) und der Unterseite (7 ) verläuft, – Bereitstellen einer Halbleiteranordnung (8 ), die einen Halbleiterchip (10 ) aufweist, wobei der Halbleiterchip (10 ) an einer Unterseite (11 ) elektrisch und/oder optisch aktive Bereiche (12 ) umfasst, – Anordnen der Halbleiteranordnung (8 ) in der Aussparung (5 ), derart dass eine Unterseite (9 ) der Halbleiteranordnung (8 ) und die Unterseite (7 ) des Trägers (4 ) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, – Vergießen der Halbleiteranordnung (8 ) mit einer Vergussmasse (17 ), derart dass die Halbleiteranordnung (8 ) mit dem Träger (4 ) stoffschlüssig verbunden wird, wobei die Halbleiteranordnung (8 ) mit dem Träger (4 ) und der Vergussmasse (17 ) ein Halbleitersystem (18 ) bildet, gekennzeichnet durch den Schritt: – Ausdünnen des Halbleitersystems (18 ) durch Schleifen von oben, derart dass eine Oberseite (6 ) des Trägers (4 ) und eine Oberseite (22 ) der Halbleiteranordnung (8 ) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausdünnen des Halbleitersystems (
18 ) durch Materialabtrag von dem Träger (4 ) und von der Halbleiteranordnung (8 ) erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteranordnung (
8 ) an einer Oberseite (22 ) eine Opferschicht (15 ) aufweist, die beim Schleifen ausgedünnt wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferschicht (
15 ) metallisches oder halbleitendes Material aufweist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Halbleiteranordnung (
8 ) den folgenden Schritt umfasst: – Abscheiden der Opferschicht (15 ) auf einer Oberseite (13 ) des Halbleiterchips (10 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Halbleiteranordnung (
8 ) den folgenden Schritt umfasst: – Befestigen der Opferschicht (15 ) auf einer Oberseite (13 ) des Halbleiterchips (10 ). - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vergießen ein Hilfsträger (
1 ) bereitgestellt wird, auf dem der Träger (4 ) angeordnet wird, wobei die Halbleiteranordnung (8 ) beim Anordnen der Halbleiteranordnung (8 ) in der Aussparung (5 ) des Trägers (4 ) auf dem Hilfsträger (1 ) angeordnet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Halbleiteranordnung (
8 ) bereitgestellt wird, die in der Aussparung (5 ) angeordnet und in die Vergussmasse (17 ) vergossen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
4 ) ein metallisches oder halbleitendes Material, insbesondere Silizium, umfasst. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (
22 ) der Halbleiteranordnung (8 ) nach dem Ausdünnen des Halbleitersystems (18 ) zumindest bereichsweise durch einen wärmeleitfähigen Kontakt mit einem Kühlkörper (28 ) verbunden wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (
22 ) der Halbleiteranordnung (8 ) nach dem Ausdünnen des Halbleitersystems (18 ) zumindest bereichsweise mit einem elektrisch leitfähigen Kontakt verbunden wird, der mit einer Oberseite (13 ) des Halbleiterchips (10 ) zumindest bereichswese elektrisch leitfähig verbunden wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch den Schritt: – Herstellen einer Umverdrahtungslage (
29 ) auf einer Unterseite (25 ) des Halbleitersystems (18 ), wobei die Umverdrahtungslage (29 ) Leiterbahnen (30 ) umfasst, die mit den elektrisch und/oder optisch aktiven Bereichen (12 ) des Halbleiterchips (10 ) zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig verbunden werden. - Halbleiterbauelement (
27 ), hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12. - Halbleiterbauelement (
27 ), umfassend einen flächigen Träger (4 ) mit einer Oberseite (6 ) und einer Unterseite (7 ), wobei der Träger (4 ) eine durchgehende Aussparung (5 ) aufweist, die zwischen der Oberseite (6 ) und der Unterseite (7 ) verläuft, eine Halbleiteranordnung (8 ), die einen Halbleiterchip (10 ) aufweist, wobei der Halbleiterchip (10 ) an einer Unterseite (11 ) elektrisch und/oder optisch aktive Bereiche (12 ) umfasst, und eine Vergussmasse (17 ), durch die die Halbleiteranordnung (8 ) mit dem Träger (4 ) stoffschlüssig verbunden ist, wobei die Unterseite (9 ) der Halbleiteranordnung (8 ) und die Unterseite (7 ) des Trägers (4 ) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (6 ) des Trägers (4 ) und eine Oberseite (22 ) der Halbleiteranordnung (8 ) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. - Halbleiterbauelement (
27 ), nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, von auf der Oberseite (6 ) des Trägers (4 ) und auf der Oberseite (22 ) der Halbleiteranordnung (8 ) befindlichen Punkten einen senkrecht zur gemeinsamen Ebene gemessenen Abstand von der gemeinsamen Ebene von höchstens 5 µm, vorzugsweise höchstens 1 µm, aufweisen.
Priority Applications (4)
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