DE102017216453B4 - Kontaktanordnung mit einem Halbleiter und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Kontaktanordnung (28) mit einem Halbleiter (1), insbesondere einen integrierten Schaltkreis bildenden Halbleiterchip, wobei der Halbleiter (1) einen elektrischen Anschluss (2, 3) aufweist, welcher durch einen Oberflächenbereich des Halbleiters (1) gebildet ist, und der Halbleiter (1) vollständig in wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht (7, 24) eingebettet ist, wobei die Kontaktanordnung (28) eine Antikorrosionsschicht (6) aufweist, welche ausgebildet ist, den Halbleiter (1) an einer Seite des Halbleiters (1), an dem der elektrische Anschluss (2, 3) ausgebildet ist, vollständig außerhalb des elektrischen Anschlusses (2, 3) zu bedecken, wobei die elektrisch isolierende Schicht (7, 24) eine Ausnehmung (10, 11) aufweist, welche sich von dem elektrischen Anschluss (2, 3) durch die Antikorrosionsschicht (6) hindurch bis hin zu einer Oberfläche (26) der elektrisch isolierenden Schicht (7, 24) erstreckt und mit einem Metallkörper (15, 16) gefüllt ist, wobei der Metallkörper (15, 16) mit dem elektrischen Anschluss (2, 3) elektrisch verbunden ist,wobei die Antikorrosionsschicht (6) mittels Atomlagenabscheidung erzeugt ist, wobei der Halbleiter (1) strukturiert ist und die Antikorrosionsschicht (6) eine in drei räumlichen Dimensionen ausgebildete Oberflächenstruktur des Halbleiters (1) nachbildet;und wobei die Antikorrosionsschicht (6) mehrschichtig ausgebildet ist,wobei die mehrschichtige Antikorrosionsschicht (6) wenigstens zwei aufeinanderliegende Einzelschichten aufweist,welche jeweils durch wenigstens ein oder eine Auswahl aus den Materialien Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Tantaloxid, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Tantalnitrid, Galliumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid-Nitrid, Aluminiumnitrid gebildet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung, insbesondere Halbleiter-Chip, Single-Chip-Package, System-in-Package oder Leiterplatte sowie ein Verfahren zu deren Ausbildung. Die Kontaktanordnung weist einen Halbleiter, insbesondere einen integrierten schaltkreisbildenden Halbleiter-Chip, auf. Der Halbleiter weist elektrische Anschlüsse auf, welche jeweils durch einen Oberflächenbereich des Halbleiters gebildet sind. Der Halbleiter ist vollständig in wenigstens eine insbesondere elektrisch isolierende Schicht, oder zwischen zwei insbesondere elektrisch isolierende Schichten, insbesondere wenigstens eine Laminatschicht eingebettet.
  • Aus der DE 10 2014 119 360 A1 ist ein Halbleiter mit einer Metallschicht bekannt, welche durch eine mittels Atomlagenabscheidung erzeugte Passivierungsschicht bedeckt werden kann, wobei die Passivierungsschicht gemeinsam mit der Metallschicht in einem anschließenden Schritt strukturiert werden kann.
  • Aus der DE 10 2011 089 927 A1 ist ein Kontaktsystem mit einem Bauelement bekannt, bei dem ein elektrisch leitfähiger Anschluss mit einem mittels thermischen Spritzen und galvanisch erzeugten elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel mit einer elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist.
  • Die Offenlegungsschrift US 2016 / 0 118 333 A1 zeigt eine Anordnung mit einem in einem Verkapselungsmaterial eingebetteten Halbleiterchip. Oberseitige Kontaktanschlüsse des Halbleiters sind mit einer Passivierungsschicht abgedeckt. Durch die Verkapselungsschicht und die Passivierungsschicht sind Bumps mit den Kontaktanschlüssen elektrisch kontaktiert. Die Bumps schließen mit einer Außenoberfläche des Verkapselungsmaterials ab.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 106 299 A1 ist eine Chipanordnung mit einem elektrischen Kontakt und einem diesen bedeckenden Passivierungsmaterial und einem Verkapselungsmaterial bekannt.
  • Aus der Offenlegungsschrift US 2011 / 0 100 967 A1 ist ein Verfahren bekannt, welche bei mehrschichtigen Aufbauten eine optische Analyse in Echtzeit ermöglicht, indem die während eines Laserprozesses des Aufbautes emittierte Strahlung analysiert wird.
  • Die Offenlegungsschrift US 2013/0 288 425 A1 zeigt die Möglichkeit, bei einem Laserbohrprozess durch mehrere Schichten hindurch das Ende einer zu durchbohrenden Schicht mittels einer Analyse beim Bohren emittierten Strahlung festzustellen.
  • Aus der US 2014 / 0 145 319 A1 ist ein Halbleiterchip mit einem den Chip bedeckenden dielektrischen Linermaterial bekannt, das zahlreiche Öffnungen aufweist, durch die ein Zwischenverbindungsmaterial einen Chipkontakt kontaktiert.
  • Aus der Offenlegungsschrift US 2013 / 0 341 678 A1 ist ein Halbleitersubstrat bekannt, auf dem zwei dielektrische Schichten im Bereich eines Gate-Anschlusses ausgebildet sind.
  • Die Offenlegungsschrift WO 2015/ 100 392 A2 offenbart ein Verfahren zur Fertigung einer Solarzelle. Das Verfahren umfasst dabei, dass eine Passivierungsschicht mittels einer Atomlagenabscheidung ausgebildet wird und über diese eine isolierende Backplane-Schicht angeordnet wird. Mittels Laserbohrung werden, bevor die Backplane-Schicht aufgebracht wird, zuerst erste Bohrungen in die Passivierungsschicht eingebracht, welche dann zur Ausbildung von Anschlusskontaktierungen mit einer ersten Metallisierung gefüllt werden. Erst danach werden mittels Laser zweite Bohrungen in die Backplane-Schicht eingebracht, welche dann zur Ausbildung von Anschlusskontaktierung mit einer zweiten Metallisierung gefüllt werden, welche bis zur ersten Metallisierung reicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß weist die Kontaktanordnung eine insbesondere elektrisch isolierende Antikorrosionsschicht auf. Die Antikorrosionsschicht ist ausgebildet, den Halbleiter an einer Seite des Halbleiters, an der die Anschlüsse ausgebildet sind - vollständig außerhalb der Anschlüsse zu bedecken. Die Schicht, insbesondere die wenigstens eine Laminatschicht, weist eine Ausnehmung auf, welche sich von dem Anschluss durch die Antikorrosionsschicht hindurch bis hin zu einer Oberfläche der Schicht erstreckt. Die Ausnehmung ist mit einem elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere Metallkörper gefüllt, wobei der Körper mit dem elektrischen Anschluss, insbesondere mit einer mit dem Anschluss verbundenen Metallschicht elektrisch verbunden ist.
  • Bevorzugt ist die Antikorrosionsschicht elektrisch isolierend ausgebildet. Dadurch kann der Halbleiter vorteilhaft gut vor Feuchtigkeit geschützt sein.
  • Bevorzugt sind die Anschlüsse jeweils mit einer Metallschicht verbunden, die eine äußere Oberfläche des Anschlusses bildet. Die Metallschicht des Anschlusses ist beispielsweise eine Kupferschicht, eine Aluminiumschicht, eine Goldschicht, eine Palladiumschicht eine Legierung umfassend Kupfer und Aluminium, oder eine Schicht umfassend Silizium, Aluminium und Kupfer. Die Metallschicht des Anschlusses weist bevorzugt eine Schichtdicke zwischen zwei und 15 Mikrometer auf.
  • Die Ausnehmung ist mittels Laserstrahlen erzeugt. Auf diese Weise kann der Halbleiter vor dem Einbetten, insbesondere dem Einlaminieren in die bereits erwähnte Laminatschicht, mit der Antikorrosionsschicht beschichtet und mit der Antikorrosionsschicht bevorzugt stoffschlüssig verbunden werden, sodass die Antikorrosionsschicht den Halbleiter an einer Oberfläche, an der die Anschlüsse ausgebildet sind, vollständig, insbesondere vollständig umschließend, abdecken kann. Die Antikorrosionsschicht wird dann nach dem Einlaminieren des Halbleiters im Bereich des Anschlusses mittels der Laserstrahlen gemeinsam mit der Laminatschicht entfernt, woraufhin die Ausnehmung mit einem Metallmaterial unter Ausbildung eines Metallkörpers aufgefüllt wird.
  • Der Metallkörper kann für den Halbleiter nach außen hin einen äußeren elektrischen Anschluss, beispielsweise für einen Kontaktball eines BGA (BGA = Ball-Grid-Array) oder eines LGA (LGA = Land-Grid-Array) als Kontaktanordnung bilden. Der Kontaktball selbst kann als Lotperle oder Lotpaste auf den Metallkörper aufgebracht und mit dem Metallkörper stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet werden. Die Laminatschicht weist bevorzugt wenigstens eine oder mehrere Lagen insbesondere faserverstärkte Epoxidharzschichten auf oder ist durch nur eine insbesondere faserverstärkte Epoxidharzschicht gebildet. Die bevorzugt faserverstärkte Epoxidharzschicht kann durch Heißverpressen wenigstens einer Prepreg-Schicht oder mehrerer Lagen Prepreg-Schicht erzeugt sein.
  • Der Halbleiter ist so vorteilhaft vor äußeren Einflüssen, beispielsweise Medien wie Öl, Wasser oder korrosiven Medien gut geschützt. Weiter vorteilhaft kann ein Halbleiter, insbesondere Halbleiterchip, der einen integrierten Schaltkreis bildet, so aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Die Kontaktanordnung kann beispielsweise eine insbesondere faserverstärkte Leiterplatte, einen Halbleiter-Chip, insbesondere einen integrierten Schaltkreis, ein SCP (SCP = Single-Chip-Package) oder ein SiP (SiP = System in Package) bilden. Die Kontaktanordnung, insbesondere das SCP oder das SiP, kann jeweils als Lotball ausgebildete elektrische Kontakte, insbesondere ein BGA oder LGA aufweisen.
  • Der Laser ist beispielsweise ein Infrarot-Laser oder ein Ultraviolett-Laser. Beispielhaft ist der Laser ein Kohlenmonoxid-Laser oder ein Kohlendioxid-Laser. Der Kohlendioxid-Laser ist beispielsweise ausgebildet, Laserstrahlen im Bereich zwischen 9200 und 10600 Nanometer zu erzeugen. Der Kohlendioxid-Laser kann durch sein breites Frequenzspektrum eine Vielzahl von Materialien für die Antioxidationsschicht entfernen, sodass die Laminatschicht und die Antioxidationsschicht in einem Arbeitsschritt gemeinsam entfernt werden können.
  • Der Laser kann beispielhaft ein Festkörperlaser, insbesondere ein YAG-Laser, beispielsweise ein Neodym-YAG-Laser, ein Holmium-YAG-Laser, ein Erbium-YAG-Laser, ein Neodym-Vanadat-Laser, ein Neodym-Glas-Laser oder ein Erbium-Glas-Laser sein. Der Laser ist beispielsweise ausgebildet, Laserstrahlen im Bereich zwischen 355 Nanometer und 10600 Nanometer zu erzeugen. Beispielhaft kann der Laser Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 355, 914, 1030, 1342, 1062, 1064, 1540, 2100, 2940, 4800 bis 8300, und 9200 bis 10600, jeweils in Nanometern.
  • Somit kann mit den Laserstrahlen sowohl die Antioxidationsschicht als auch die Laminatschicht zum Erzeugen der Ausnehmung entfernt werden.
  • Die Antioxidationsschicht ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Laserstrahlen zu absorbieren.
  • Die Laserstrahlen sind beispielsweise von dem Laser erzeugte gepulste Laserstrahlen oder kontinuierlich erzeugte Laserstrahlen. Der Laser ist beispielsweise ein Pulslaser, insbesondere Kurzpulslaser. Die gepulsten Laserstrahlen können von dem Laser beispielsweise moduliert, insbesondere pulsweitenmoduliert erzeugt werden, und so eine Strahlstärke der Laserstrahlen in Abhängigkeit eines Modulationsgrades geändert werden.
  • Die Ausführungsformen umfassen, dass die Antikorrosionsschicht eine Keramikschicht, bevorzugt eine Metalloxidschicht oder eine Metallnitridschicht, ist. Die Metalloxidschicht ist dabei eine Aluminiumoxidschicht oder eine Siliziumoxidschicht. Weitere Ausführungsformen für eine Antikorrosionsschicht sind eine Schicht umfassend Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Silizium-oxy-nitrid, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Tantalnitrid, Galliumnitrid, Hafniumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Tantaloxid, oder Titandioxid oder eine Kombination der vorgenannten Verbindungen.
  • Die Antikorrosionsschicht ist mittels Atomlagenabscheidung auf dem Halbleiter ausgebildet. Die Antikorrosionsschicht kann so eine besonders feste und mit dem Halbleiter stoffschlüssig verbundene Schutzschicht ausbilden. Allgemein denkbar ist es, dass die Antikorrosionsschicht mittels thermischen Spritzens, insbesondere Plasmaspritzen auf dem Halbleiter erzeugt wird.
  • Die Antikorrosionsschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen fünf Nanometern und 500 Nanometern, bevorzugt zwischen 20 und 150 Nanometern, auf.
  • Die Antikorrosionsschicht ist mehrschichtig ausgebildet, wobei die mehrschichtige Antikorrosionsschicht mehrere, insbesondere wenigstens zwei aufeinanderliegende Einzelschichten umfasst.
  • Die Schichtdicke der Einzelschicht beträgt bevorzugt zwischen 5 und 60 Nanometer, weiter bevorzugt zwischen 10 und 30 Nanometer.
  • Die Antikorrosionsschicht ist mittels eines atomaren oder molekularen Abscheidungsverfahrens, insbesondere maskenlos erzeugt, nämlich mittels ALD (ALD = Atomic-Layer-Deposition), auch Atomlagenabscheidung genannt. Davon abweichend ist allgemein denkbar, dass die Erzeugung durch CVD (CVD = Chemical-Vapor-Deposition erfolgt. Weiter denkbar ist es, dass die Atomlagenabscheidung ein thermisches Abscheideverfahren oder ein Plasma-Abscheideverfahren ist oder eine Kombination der Abscheideverfahren, insbesondere zum Erzeugen der mehrschichtig ausgebildeten Kontaktanordnung. Mittels des ALD-Verfahrens kann die Antikorrosionsschicht vorteilhaft mit einer gleichmäßigen Schichtdicke, bevorzugt pinhole-frei, aufgebracht werden. Die Antikorrosionsschicht kann so eine mittels der Antikorrosionsschicht abgedeckte Topografie, insbesondere eine in drei räumlichen Dimensionen ausgebildete Oberflächenstruktur des Halbleiters nachbilden.
  • Allgemein denkbar ist es, dass die Antikorrosionsschicht mittels insbesondere thermisches Spritzen, beispielsweise Plasmaspritzen, HVOF-Spritzen oder mittels Kaltgasspritzen erzeugt ist. Vorteilhaft kann die insbesondere maskenlose Erzeugung der Antikorrosionsschicht frei von korrosiven Prozessgasen, insbesondere Halogenen, beispielsweise Chlor oder Fluor erfolgen. Vorteilhaft können so auch keine Halogenreste auf dem Halbleiter oder auf elektrischen Anschlüssen des Halbleiters verbleiben, welche später zu Korrosionsfraß oder zu einer Schädigung des Halbleiters führen können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht, insbesondere die Laminatschicht, in welche der Halbleiter eingebettet ist, eine faserverstärkte Epoxidharzschicht oder eine Polymerschicht, insbesondere Tetrafluoretylenschicht. Die Fasern der Epoxidharzschicht sind bevorzugt Glasfasern oder Kohlefasern. Die Laminatschicht ist bevorzugt eine Harzschicht, weiter bevorzugt eine insbesondere faserverstärkte Epoxidharzschicht. Die Laminatschicht kann beispielsweise durch wenigstens eine oder mehrere Schichtlagen gebildet sein. Die Schichtlagen können eine Klebstoffschicht und/oder eine Polymerschicht umfassen. Der Halbleiter kann so besonders aufwandsgünstig in die Schichten, welche eine Leiterplatte oder einen Teil einer Leiterplatte als Kontaktanordnung bilden, eingebettet sein. Weiter vorteilhaft kann der Halbleiter mit den nach außen hin ausgebildeten, durch die Metallkörper gebildeten elektrischen Kontakte mittels Flip-Chip-Montage mit einem weiteren Schaltungsträger reflow-verlötet werden. Vorteilhaft kann der Halbleiter so besonders aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
  • Zur Ausbildung einer solchen Kontaktanordnung kann ein Verfahren angewendet werden, bei welchem in einem Verfahrensschritt an einem Halbleiter, insbesondere einem Halbleiter-Wafer oder einem Halbleiter-Chip, ein elektrischer Anschluss erzeugt wird. In einem weiteren Schritt wird der Halbleiter mit einer Antikorrosionsschicht, insbesondere einer Metalloxidschicht oder einer Oxid-Nitrid-Schicht, beschichtet, sodass die Metallschicht, insbesondere strukturierte Metallschicht, von der Antikorrosionsschicht abgedeckt ist. In einem weiteren Schritt wird der Halbleiter zusammen mit der Antikorrosionsschicht zwischen zwei Schichten, insbesondere Prepreg-Schichten, eingebettet. In einem weiteren Schritt wird durch die Schicht, insbesondere die Prepreg-Schicht, mittels Laserstrahlen eine Ausnehmung gebohrt, wobei die Ausnehmung durch die Antikorrosionsschicht hindurch bis hin zu dem elektrischen Anschluss, der die Metallschicht aufweist, reicht. In einem weiteren Schritt wird die Ausnehmung mit einem Metallkörper ausgefüllt. Der Metallkörper reicht bevorzugt bis hin zu einer Oberfläche der Schicht, insbesondere der faserverstärkten Epoxidharzschicht.
  • Dabei kann der Metallkörper, insbesondere Via-Kontakt, in der Ausnehmung galvanisch, insbesondere in einem Galvanikbad erzeugt werden. Dadurch können vorteilhaft viele Metallkörper in der Kontaktanordnung gemeinsam erzeugt werden.
  • Alternativ wird die Ausnehmung wenigstens teilweise oder vollständig mittels thermischem Spritzen ausgefüllt und so der Metallkörper erzeugt. Dadurch kann auf dem Anschluss im Bereich der Ausnehmung - anders als bei einem ausschließlich galvanischen Erzeugen des Metallkörpers - vorteilhaft wasserfrei und mit gutem elektrischen Kontakt eine Basisschicht zum Ausbilden des Metallkörpers erzeugt werden. Auf der Basisschicht kann ein weiterer Teil des Metallkörpers galvanisch erzeugt werden. Ein solches Verfahren ist in der DE 10 2011 089 927 A1 beschrieben.
  • Das thermische Spritzen ist beispielsweise Plasmaspritzen, insbesondere APS-Plasmaspritzen (APS = Atmospherical-Plasma-Spray), oder Flammspritzen, insbesondere HVOF-Spritzen (HVOF = High-Velocity-Oxy-Fuel), HVSFS (HVSFS = High-Velocity-Suspensed-Flamespray).
  • Das zuvor beschriebene Laserbohren mittels der Laserstrahlen erfolgt von der Schicht bis zu dem Anschluss, insbesondere der Metallschicht des Anschlusses hin unterbrechungsfrei. So kann die Kontaktanordnung, insbesondere ein eingebetteter Halbleiter, vorteilhaft aufwandsgünstig erzeugt werden. Ferner kann in einem beim Laserbohren erzeugten Prozessgas ein Material der Antikorrosionsschicht und/oder des elektrischen Anschlusses erfasst werden. Weiter wird in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses das Laserbohren beendet. Auf diese Weise kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Schicht und die Antikorrosionsschicht durch die Laserstrahlen nur bis hin zu dem elektrischen Anschluss entfernt werden, ohne die Metallschicht des elektrischen Anschlusses selbst zu entfernen oder den Halbleiter zu beschädigen. Das vorbeschriebene Erfassen kann beispielsweise mittels eines Gassensors, insbesondere eines Gaschromatographen, erfolgen.
  • Des Weiteren können bei dem Laserbohren von der Kontaktanordnung reflektierte Laserstrahlen erfasst werden und in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses ein Reflexionsgrad ermittelt und ein den Reflexionsgrad repräsentierendes Reflexionsgrad-Signal - beispielsweise von einem Empfänger für elektromagnetische Strahlen - erzeugt werden. Die Laserstrahlen können in Abhängigkeit des erfassten Reflexionsgrades, insbesondere des Reflexionsgrad-Signals, abgeschaltet werden. Das Abschalten der Laserstrahlen in Abhängigkeit des Reflexionsgrad-Signals kann zusätzlich oder unabhängig von dem Erfassen des Prozessgases erfolgen.
  • Allgemein denkbar ist es, dass mittels Lotmittel ein Lotball oder eine Lotkalotte erzeugt wird, die mit dem mittels thermischem Spritzen und/oder mittels Galvanisieren erzeugten Metallkörper mindestens mittelbar elektrisch verbunden ist.
  • Beispielhaft bildet der Metallkörper ein Via, das den elektrischen Anschluss mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere einer Leiterbahn verbindet. Der Lotball kann auf der Leiterbahn angeordnet und mit der Leiterbahn verbunden, insbesondere verlötet sein. Auf diese Weise kann aufwandsgünstig und prozesssicher ein Halbleiter-Chip, ein SCP oder ein SiP mit elektrisch Anschlüssen in Form eines BGA (BGA = Ball-Grid-Array) oder eines LGA (Land-Grid-Array) erzeugt werden.
  • Der Halbleiter ist bevorzugt durch ein sich flach erstreckendes Plättchen gebildet, welches eine kleinere Dickenabmessung aufweist als einen kleinsten Durchmesser oder eine kleinste Breitenabmessung. Bevorzugt ist das Plättchen in der flachen Erstreckung rechteckig ausgebildet. Der Halbleiter kann so vorteilhaft durch Vereinzeln aus einem Wafer erzeugt werden, und weiter bevorzugt durch Materialabtrag auf einer Seite in seiner Dickenabmessung reduziert werden, im Englischen auch „thinning“ genannt.
  • Die zum Laserbohren eines Objekts denkbare Bohrvorrichtung kann den bereits erwähnten Laser zum Erzeugen von Laserstrahlen umfassen. Die Laserstrahlen sind ausgebildet, in dem Objekt eine Ausnehmung zu erzeugen. Beispielhaft umfasst die Bohrvorrichtung eine Verarbeitungseinheit, insbesondere Mikroprozessor oder Mikrocontroller.
  • Die Bohrvorrichtung umfasst beispielsweise eine Reflexionserfassungsvorrichtung. Die Reflexionserfassungsvorrichtung ist ausgebildet, einen Reflexionsgrad der zu bohrenden Schicht zu erfassen und weist dazu einen Empfänger für die elektromagnetischen Strahlen, insbesondere eine Fotodiode oder eine Photovoltaikzelle auf. Die Reflexionserfassungsvorrichtung ist beispielsweise ausgebildet, von einem zu bohrenden Objekt, insbesondere der elektrisch Schicht und/oder der Antikorrosionsschicht oder der Metallschicht des Anschlusses, reflektierten Laserstrahlen zu erfassen, einen den reflektierten Laserstrahlen entsprechenden Reflexionsgrad zu ermitteln und ein den Reflexionsgrad repräsentierendes Reflexionsgrad-Signal zu erzeugen. Die Bohrvorrichtung, insbesondere die Verarbeitungseinheit, ist ausgebildet, den Laser in Abhängigkeit des Reflexionsgrad-Signals abzuschalten. Beispielhaft ist die Bohrvorrichtung ausgebildet, den Laser im Falle eines Reflexionsgrades abzuschalten, der dem einer Metallschicht, insbesondere einem Glanz der Metallschicht des Anschlusses entspricht. Beispielsweise kann die Bohrvorrichtung den Laser in Abhängigkeit eines während des Bohrens zeitlichen Anstiegs des Reflexionsgrades abschalten, der einen Übergang von der Schicht zur mit der Metallschicht verbundenen Antikorrosionsschicht und weiter zu der glänzenden Metallschicht repräsentiert. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Halbleiters vorteilhaft verhindert werden.
  • Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
    • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen insbesondere strukturierten Halbleiter, der wenigstens auf einer Seite elektrische Anschlüsse aufweist, wobei die Anschlüsse jeweils mit einer Metallschicht verbunden sind, die eine äußere Oberfläche des Anschlusses bildet;
    • 2 zeigt einen Verfahrensschritt zum Erzeugen eines Halbleiterchips aus dem in 1 dargestellten Halbleiter, bei dem auf den Halbleiter wenigstens an der Seite mit den Anschlüssen eine Antikorrosionsschicht aufgebracht wird, die den Halbleiter und die Anschlüsse mit der Metallschicht vollständig abdeckt;
    • 3 zeigt einen Verfahrensschritt, bei dem auf den Halbleiter eine Laminatschicht, insbesondere faserverstärkte Epoxidharzschicht aufgebracht wird;
    • 4 zeigt einen Verfahrensschritt, bei dem mittel Laserstrahlen in der Laminatschicht und der Antioxidationsschicht eine Ausnehmung erzeugt wird, die bis hin zu dem elektrischen Anschluss ausgebildet ist;
    • 5 zeigt den in 4 dargestellten Halbleiter, bei dem die mittels Laserstrahlen erzeugte Ausnehmung mit Metall ausgefüllt wird, wobei der so in der Ausnehmung erzeugte Metallkörper den Anschluss elektrisch kontaktiert;
    • 6 zeigt einen Verfahrensschritt, bei dem auf dem Metallkörper ein Lotball erzeugt wird;
    • 7 zeigt einen Verfahrensschritt, bei dem der Halbleiter als in Laminatschicht eingebetteter integrierter Schaltkreis in Flip-Chip-Montage mit einem Schaltungsträger lötverbunden wird.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiter 1. Der Halbleiter 1 bildet in diesem Ausführungsbeispiel einen integrierten Schaltkreis, welcher Bestandteil eines Wafers sein kann. Der Wafer kann viele miteinander verbundene Halbleiter wie den Halbleiter 1 aufweisen, welche in einem weiteren Schritt nach einem Vereinzeln, beispielsweise durch Sägen, aus dem Wafer erzeugt werden kann.
  • Der Halbleiter 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei elektrische Anschlüsse, nämlich einen elektrischen Anschluss 2 und einen elektrischen Anschluss 3, auf. Die elektrischen Anschlüsse 2 und 3 sind beispielhaft gezeigt, der Halbleiter 1 kann noch weitere elektrische Anschlüsse aufweisen.
  • Der elektrische Anschluss 2 weist eine Metallschicht 4 auf, welche ausgebildet ist, elektrisch kontaktiert zu werden. Der Anschluss 3 weist eine Metallschicht 5 auf, welche ausgebildet ist, elektrisch kontaktiert zu werden. Die Metallschichten 4 und 5 sind jeweils an einer Oberfläche der Anschlüsse 2 und 3 ausgebildet und sind beispielsweise jeweils durch eine Aluminiumschicht, eine Kupferschicht, oder eine Legierung umfassend Aluminium und Kupfer gebildet.
  • Die Metallschichten 4 und 5 sind beispielsweise nach einem Strukturieren einer auf dem Halbleiter 1 gebildeten Metallschicht erzeugt. Das Strukturieren kann beispielsweise durch Maskenabscheidung gebildet sein.
  • 2 zeigt den in 1 bereits dargestellten Halbleiter 1, welcher an einer Seite, an der die Anschlüsse 2 und 3 ausgebildet sind, mit einer Antikorrosionsschicht 6 bedeckt ist. Die Antikorrosionsschicht 6 ist durch wenigstens eine oder eine Kombination aus den folgenden Materialien gebildet:
    • Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Tantaloxid, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Tantalnitrid, Galliumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid-Nitrid, Aluminiumnitrid.
  • 3 zeigt den in 2 bereits dargestellten Halbleiter 1, bei dem in einem folgenden Schritt eine elektrisch isolierende Schicht, nämlich eine Laminatschicht 7 aufgebracht wird, welche ausgebildet ist, die Antikorrosionsschicht 6 vollständig zu bedecken. Der Halbleiter 1 kann so wenigstens von der Seite mit der Antikorrosionsschicht 6, oder vollständig von beiden Seiten umgeben - von der Laminatschicht eingebettet sein. Die Laminatschicht ist beispielsweise durch Epoxidharz, insbesondere faserverstärktes Epoxidharz, gebildet. Das faserverstärkte Epoxidharz ist beispielsweise durch eine Prepreg-Schicht gebildet.
  • 4 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt, bei dem in die Laminatschicht 7 im Bereich der Anschlüsse 2 und 3 mittels Laserstrahlen 8 eine Ausnehmung 10 im Bereich des Anschlusses 3 und eine Ausnehmung 11 im Bereich des Anschlusses 2 erzeugt wird. Die Laminatschicht 7 wird mittels der Laserstrahlen 8 von einer Oberfläche 26 der Laminatschicht 7 beginnend, bis hin zu der Antikorrosionsschicht 6 entfernt, insbesondere weggebrannt und/oder verdampft.
  • Ein beim Entfernen des Teils der Laminatschicht 7 entstehendes Prozessgas 12 kann mittels einer Absaugvorrichtung 13 abgesaugt werden und weiter mittels eines mit der Absaugvorrichtung 13 wirkverbundenen Gassensors 14 erfasst werden. Der Gassensor 14 ist ausgebildet, in dem Prozessgas 12 wenigstens ein Material der Antikorrosionsschicht, beispielsweise Aluminiumoxid, zu erfassen.
  • Der Gassensor 14 kann dazu beispielsweise einen Spektralanalysator aufweisen. Der Spektralanalysator weist beispielsweise eine Gasentladungslampe auf, welche ausgebildet ist, Spektrallinien eines in dem Prozessgas 12 enthaltenen Bestandteils, beispielsweise der verdampften Antikorrosionsschicht 7, zu erfassen und ein das Erfassungsergebnis repräsentierendes Ausgangssignal zu erzeugen.
  • Zusätzlich oder unabhängig von dem Erfassen des Materials der Antikorrosionsschicht 6 in dem Prozessgas 12 kann der Gassensor 14 ausgebildet sein, das Material der Metallschicht 4 und/oder der Metallschicht 5 in dem Prozessgas 12 zu erfassen. Auf diese Weise kann von einer mit dem Gassensor 14 eingangsseitig verbundenen Verarbeitungseinheit 27 ein Steuersignal zum An- oder Abschalten eines die Laserstrahlen 8 erzeugenden Lasers 9 erzeugt werden. Die Verarbeitungseinheit 27 ist beispielsweise durch einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller gebildet. Das in 4 gezeigte Laserbohren mittels der Laserstrahlen 8 kann unabhängig von dem Erfassen und Analysieren des Prozessgases 12 erfolgen.
  • Die Ausnehmung 11 ist von den Laserstrahlen 8 bis hin zur Metallschicht 4 des elektrischen Anschlusses 2 erzeugt worden. In 4 haben die Laserstrahlen 8 die Ausnehmung 10 in der Laminatschicht 7 bis hin zu der Antikorrosionsschicht 6 erzeugt. Die Laserstrahlen 8 können die Ausnehmung 10 durch die Antikorrosionsschicht 6 hindurch weiter bis zu der Metallschicht 5 erweitern, sodass dann eine Ausnehmung 10` gebildet ist, welche durch die Laminatschicht 7 und die Antikorrosionsschicht 6 hindurch bis hin zur Metallschicht 5 reicht.
  • 4 zeigt auch eine Bohrvorrichtung 34 für ein Laserbohren. Die Bohrvorrichtung 34 umfasst dann den Laser 9, die Verarbeitungseinheit 27 und eine Reflexionserfassungsvorrichtung 31. Die Reflexionserfassungsvorrichtung 31 ist ausgebildet, einen Reflexionsgrad der zu bohrenden Schicht zu erfassen. Dazu kann die Reflexionserfassungsvorrichtung 31 einen Empfänger für die elektromagnetischen Strahlen, insbesondere eine Fotodiode oder eine Photovoltaikzelle aufweisen. Die Reflexionserfassungsvorrichtung 31 ist ausgebildet, von einem zu bohrenden Objekt, insbesondere der Laminatschicht 7 und/oder der Antikorrosionsschicht 6 oder der Metallschicht 4 oder 5, reflektierten Laserstrahlen 8' zu erfassen, einen Reflexionsgrad zu ermitteln und ein den Reflexionsgrad repräsentierendes Reflexionsgrad-Signal zu erzeugen. Die Reflexionserfassungsvorrichtung 31 ist ausgangsseitig, insbesondere über eine Verbindungsleitung 32, mit der Verarbeitungseinheit 27 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 27 kann das Reflexionsgrad-Signal über eine Verbindungsleitung 32 empfangen und den Laser 9 in Abhängigkeit des Reflexionsgrad-Signals, und so in Abhängigkeit des ermittelten Reflexionsgrades abschalten, insbesondere im Falle eines Reflexionsgrades, der dem der Metallschicht entspricht. Auf diese Weise kann erfasst werden, ob die
  • Laserstrahlen 8 auf die gut reflektierende Metallschicht des Anschlusses treffen, und ein Weiterbohren durch die Metallschicht hindurch in den Halbleiter verhindert werden.
  • Der Gassensor 14 kann Bestandteil der Bohrvorrichtung 34 sein. Die Verarbeitungseinheit kann dazu über eine Verbindungsleitung 33 mit dem Gassensor 14 verbunden und ausgebildet sein, den Laser 9 in Abhängigkeit des Reflexionssignals und/oder in Abhängigkeit des von dem Gassensor 14 erzeugten Ausgangssignals abschalten oder eine Strahlungsleistung verändern, insbesondere verringern. Beispielsweise kann die Bohrvorrichtung 34 ausgebildet sein, die Strahlungsleistung des Lasers 9 in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Gassensors 14 zu steuern und so für zueinander verschiedene Materialien der Schicht verschiedene Strahlungsleistungen erzeugen. Dadurch kann vorteilhaft eine Bohrgeschwindigkeit des Bohrens gesteuert oder geregelt werden.
  • In einem weiteren in 5 gezeigten Schritt werden die Ausnehmungen 10 und 11 mittels eines Metalls aufgefüllt, sodass in den Ausnehmungen 10` und 11 jeweils ein Metallkörper 15 beziehungsweise ein Metallkörper 16 ausgebildet ist. Der Metallkörper 16 reicht bis hin zu einer Oberfläche der Laminatschicht 7. Der Halbleiter 1 bildet in 5 zusammen mit den jeweils einen Anschluss kontaktierenden Metallkörpern 15 und 16 und der Laminatschicht 7 eine bereits vorab erwähnte Kontaktanordnung 28. Der Metallkörper 15 und der Metallkörper 16 können in dem in 5 gezeigten Schritt galvanisch mittels eines Galvanikbades 17 erzeugt werden. Zusätzlich dazu oder unabhängig davon können die Metallkörper 15 und 16 jeweils wenigstens teilweise mittels einer Plasmaspritzvorrichtung oder mittels einer HVOF-Spritzvorrichtung erzeugt werden.
  • In 6 wird auf die Metallkörper 15 und 16 eine Metallschicht 29 beziehungsweise 30, insbesondere eine Leiterbahn aufgebracht. Die Metallschichten 29 und 30 sind beispielsweise jeweils durch eine Kupferschicht gebildet. In einem folgenden Schritt wird auf die Metallschichten 29 und 30 Lotmittel aufgebracht, beispielsweise wird dort Lotpaste aufgedruckt, welche dann - beispielsweise in einem Reflow-Lötofen - zu einem Lotball 18 auf der Metallschicht 29 beziehungsweise zu einem Lotball 19 auf der Metallschicht 30 verschmelzen kann. Der Halbleiter 1 kann zusätzlich zu der Laminatschicht 7 mittels einer weiteren Laminatschicht 24, von zwei Seiten, und so vollständig in die Laminatschichten 7 und 24 - nach Art eines Sandwichs - eingebettet sein und so eine Kontaktanordnung erzeugt sein. In einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform können zusätzlich zu den Laminatschichten 7 und 24 noch weitere Laminatschichten und/oder elektrisch leitfähige Schichten an der Kontaktanordnung ausgebildet sein. Der Lotball 18 und/oder der Lotball 19 kann anders als in 6 dargestellt auch neben dem Metallkörper auf einer Leiterbahn angeordnet sein.
  • 7 zeigt den in 6 dargestellten Halbleiter, der in einem weiteren Schritt mit einem Schaltungsträger 20 lötverbunden werden kann. Der Halbleiter 1 ist zwischen der Laminatschicht 7 und einer weiteren Laminatschicht 24 eingebettet, und bildet so ein gehäustes IC 25 (IC = Integrated Circuit), welches eine Kontaktanordnung bildet. Das IC 25 wird in Flip-Chip-Montage mit dem Schaltungsträger 20 verlötet. Dazu ist der augeschmolzene Lotball 18' mit einer mit dem Schaltungsträger 20 verbundenen Leiterbahn 21 verlötet und der aufgeschmolzene Lotball 19' mit einer mit dem Schaltungsträger 20 verbundenen Leiterbahn 22 verlötet. Ein sich zwischen dem Halbleiter 1 und dem Schaltungsträger 20 erstreckender Spalt ist mit einem Underfill-Material 23, beispielsweise niedrigviskosem Epoxidharz verfüllt.
  • Der so eingebettete Halbleiter 1, insbesondere Halbleiter-Chip, welcher beispielsweise nach einem Vereinzeln aus einem Wafer - entweder vor dem Aufbringen der Antikorrosionsschicht 6, oder nach dem Aufbringen der Antikorrosionsschicht 6 - durch Vereinzeln erzeugt ist, kann so vor aggressiven Medien wie Öl, Wasser, Säure oder Lauge gut geschützt in die Laminatschichten 7 und 24 eigebettet sein. Vorteilhaft sind in diesem Ausführungsbeispiel nach dem Aufbringen der Antikorrosionsschicht 6, wie in 2 gezeigt, keine weiteren aggressiven Ätzgase, welche Halogene wie Fluor oder Chlor enthalten, mehr mit dem Halbleiter, den Metallschichten oder der Antikorrosionsschicht 6 in Berührung geraten. Die Antikorrosionsschicht 6 ist ausgebildet, die Laserstrahlen 8 zu absorbieren und durch die Laserstrahlen 8 entfernt, insbesondere weggebrannt und/oder verdampft zu werden. Die Laminatschicht 7 ist ausgebildet, durch die Laserstrahlen 8 entfernt, insbesondere verdampft zu werden. Die Laserstrahlen 8 weisen bevorzugt eine Wellenlänge zwischen 9200 und 10600 Nanometer auf. Die Laserstrahlen 8 sind beispielsweise von dem Laser 9, insbesondere einem Kohlendioxid-Laser oder Halbleiterlaser erzeugt und ausgebildet, von der Antikorrosionsschicht 6 und der Laminatschicht 7 absorbiert zu werden. Die Metallschichten 4 und 5 der Anschlüsse 2 und 3 sind jeweils ausgebildet, die Laserstrahlen 8 wenigstens teilweise zu reflektieren, so dass die Metallschichten durch die Laserstrahlen 8 nicht oder nur geringfügig beschädigt werden können.
  • Das Laserbohren, wie in 4 dargestellt, mittels der Laserstrahlen 8, kann - anders als in 4 dargestellt - auch ohne ein Absaugen oder Erfassen des Prozessgases 12 mittels des Gassensors 14 erfolgen. Die Verarbeitungseinheit 27 kann dazu ausgebildet sein, eine Tiefe der Ausnehmung 10 und der Ausnehmung 11 jeweils in Abhängigkeit der folgenden Rechenvorschrift zu ermitteln: z = 2 a P ( ρ ⋅ v ⋅ d ⋅ π ) ⋅ ( L f + c p ( T v − T ) ) ,
    Figure DE102017216453B4_0001
    worin bedeuten
    • z = Bohrtiefe der Ausnehmung 10 oder 11
    • a = Absorptionsgrad der Schicht 7 oder der Antikorrosionsschicht 6
    • P = Leistung der Laserstrahlen
    • ρ = Dichte der Schicht oder der Antikorrosionsschicht
    • v = laterale Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls quer zur Strahlrichtung
    • d = Laserstrahldurchmesser
    • cp = spezifische Wärmekapazität der Schicht
    • Tv = Temperatur an der Schichtoberfläche
    • T = Umgebungstemperatur
    • Lf = Spezifische Latenzwärme der Schicht beim Aufschmelzen

Claims (12)

  1. Kontaktanordnung (28) mit einem Halbleiter (1), insbesondere einen integrierten Schaltkreis bildenden Halbleiterchip, wobei der Halbleiter (1) einen elektrischen Anschluss (2, 3) aufweist, welcher durch einen Oberflächenbereich des Halbleiters (1) gebildet ist, und der Halbleiter (1) vollständig in wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht (7, 24) eingebettet ist, wobei die Kontaktanordnung (28) eine Antikorrosionsschicht (6) aufweist, welche ausgebildet ist, den Halbleiter (1) an einer Seite des Halbleiters (1), an dem der elektrische Anschluss (2, 3) ausgebildet ist, vollständig außerhalb des elektrischen Anschlusses (2, 3) zu bedecken, wobei die elektrisch isolierende Schicht (7, 24) eine Ausnehmung (10, 11) aufweist, welche sich von dem elektrischen Anschluss (2, 3) durch die Antikorrosionsschicht (6) hindurch bis hin zu einer Oberfläche (26) der elektrisch isolierenden Schicht (7, 24) erstreckt und mit einem Metallkörper (15, 16) gefüllt ist, wobei der Metallkörper (15, 16) mit dem elektrischen Anschluss (2, 3) elektrisch verbunden ist, wobei die Antikorrosionsschicht (6) mittels Atomlagenabscheidung erzeugt ist, wobei der Halbleiter (1) strukturiert ist und die Antikorrosionsschicht (6) eine in drei räumlichen Dimensionen ausgebildete Oberflächenstruktur des Halbleiters (1) nachbildet; und wobei die Antikorrosionsschicht (6) mehrschichtig ausgebildet ist, wobei die mehrschichtige Antikorrosionsschicht (6) wenigstens zwei aufeinanderliegende Einzelschichten aufweist, welche jeweils durch wenigstens ein oder eine Auswahl aus den Materialien Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Tantaloxid, Aluminiumnitrid, Titannitrid, Tantalnitrid, Galliumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid-Nitrid, Aluminiumnitrid gebildet ist.
  2. Kontaktanordnung (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (7, 24) eine Laminatschicht ist.
  3. Kontaktanordnung (28) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschluss (2, 3) mit einer Metallschicht (29, 30) verbunden ist, die eine äußere Oberfläche des elektrischen Anschlusses (2, 3) bildet.
  4. Kontaktanordnung (28) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (29, 30) des elektrischen Anschlusses (2, 3) eine Kupferschicht, eine Aluminiumschicht, eine Goldschicht, eine Palladiumschicht, eine Legierung umfassend Kupfer und Aluminium, oder eine Schicht umfassend, Silizium, Aluminium und Kupfer ist.
  5. Kontaktanordnung (28) nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (29, 30) des elektrischen Anschlusses (2, 3) eine Schichtdicke zwischen 2 und 15 µm aufweist.
  6. Kontaktanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Einzelschicht innerhalb der Antikorrosionsschicht (6) zwischen 5 und 60 Nanometer, bevorzugt zwischen 10 und 30 Nanometer, beträgt.
  7. Kontaktanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (7, 24) wenigstens eine faserverstärkte Epoxidharzschicht aufweist.
  8. Kontaktanordnung (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antikorrosionsschicht (6) maskenlos erzeugt ist.
  9. Verfahren zum Erzeugen einer Kontaktanordnung (28), insbesondere einer Kontaktanordnung (28) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit nachfolgenden Schritten - Erzeugen eines elektrischen Anschlusses (2, 3, 4, 5) an einem Halbleiter (1); - Überziehen des Halbleiters (1) mit einer Antikorrosionsschicht (6), wobei die Antikorrosionsschicht (6) mehrschichtig aus mindestens zwei aufeinanderliegenden Einzelschichten mittels Atomlagenabscheidung erzeugt wird; - Einbetten des Halbleiters (1) und der Antikorrosionsschicht (6) in eine elektrisch isolierende Laminatschicht (7) oder zwischen zwei Laminatschichten (7, 24); - Laserbohren einer Ausnehmung (10, 11) durch die Laminatschicht (7) und weiter durch die Antikorrosionsschicht (6) hindurch mittels Laserstrahlen (8) bis hin zu dem elektrischen Anschluss (2, 3, 4, 5), wobei das Laserbohren mittels der Laserstrahlen (8) von der Laminatschicht (7) bis zum elektrischen Anschluss (2, 3) unterbrechungsfrei erfolgt; - Ausfüllen der Ausnehmung (10, 11) mit einem Metallkörper, der bis hin zu einer Oberfläche der Laminatschicht (7) reicht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem in einem beim Laserbohren erzeugten Prozessgas (12) das Material der Antikorrosionsschicht (6) und/oder des elektrischen Anschlusses (4, 5) erfasst wird und in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses das Laserbohren beendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10, 11) mittels thermischen Spritzens und/oder galvanisch ausgefüllt und so der Metallkörper (15, 16) erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, bei dem beim Laserbohren von der Kontaktanordnung reflektierte Laserstrahlen erfasst werden und in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses ein Reflexionsgrad ermittelt wird und in Abhängigkeit des Reflexionsgrades die Laserstrahlen (8) abgeschaltet werden.
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