DE1812158A1 - Verfahren zum Einbetten von Halbleiterscheiben in dielektrische Schichten - Google Patents

Verfahren zum Einbetten von Halbleiterscheiben in dielektrische Schichten

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Description

"Fxankiurt/Mam-l
paikßfcaße W
5755 General Electric Company, Scheneotady N.Y./USA
Verfahren zum Einbetten von Halbleiterscheiben in dielektrische Schichten
Die Erfindung bezieht siöh auf die Herstellung von integrierten Halbleiterschaltkreisen und insbesondere auf das Verkleben von Halbleiterscheiben mit einem als gemeinsamer Träger dienenden Substrat. Unter Halbleiterscheiben sind hier alle Arten von miniaturisierten elektronischen Bauelementen in gepackter oder quasigepackter Form wie beispielsweise monolithische Scheiben, Strahlführungselemente (beam lead devices), Hybridbauelemente usw. zu verstehen, die an einem einzigen Substrat befestigt und dann elektrisch miteinander verbunden werden können.
Halbleiterscheiben werden heute im allgemeinen unter Verwendung eines dünnen Films aus Klebematerial an das Substrat geklebt. In diesem Fall ist die Kontaktfläche der Halbleiterscheibe, d.h. die Halbleiteroberfläche, an der die Kontakte angebracht sind, um die Dicke der Halbleiterscheibe von der Substratoberfläche beabstandet. Zum Verbinden der Kontakte mit auf dem Substrat ausgebildeten Leitungsmustern werden im allgemeinen dünne Drähte verwendet. Wenn nun eine Halbleiterscheibe am Substrat befestigt würde, indem sie derart in eine thermoplastische dielektrische Bindemittelschicht eingebettet wird, daß ihre Oberfläche mit der Bindemittelechicht bündig' abschließt, dann könnten die Halbleiterscheiben und das Leitungsmuster durch koplanare Kontaktstreifen verbunden werden, die aus auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht .aufgedampften Metallfilmen bestehen. Um sicherzustellen, daß
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das Aufbringen der Metallfilme einfach :ist, die Metallfilme fest an der dielektrischen Schicht haften und betriebssichere koplanare Kontaktstreifen an die Halbleiterscheibe angeschlossen sind, muß erstens die Oberfläche überall gleich™ fb'rmig glatt sein und zweitens die eingebettete Halbleiterscheibe überall mit der Oberfläche bündig abschließen. Mittels der bekannten Verfahren k'umien diese beiden Be- , dingungen nicht ausreichend erfüllt werden. *
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Einbetten von Halbleiterscheiben in eine dielektrische Bindemittelschicht vorzuschlagen, durch das erreicht wird, daß die Halbleiterscheibe mit der Oberfläche der dielektrischen Schicht unter Einhaltung von Toleranzen in der Größenordnung von einem Mikron bündig absehließt und die Oberfläche überall gleichförmig glatt ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das Verfahren zum Einbetten von Halbleiterscheiben in eine dielektrische Schicht erfindungsgemäß darin, daß die Halbleiterscheibe auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht und über die Oberfläche der dielektrischen Schicht und die Halbleiterscheibe eine dünne Metallfolie gelegt wird$ daß anschließend die Halbleiterscheibe unter Verwendung einer mit einer ebenen, glatten Oberfläche auf die Metallfolie gelegten Andrückplatte unter Druck in die Schicht gepreßt wird9 bis die Oberfläche der Halbleiterseheibe mit der Oberfläche der Schicht bündig abschließt, und daß anschließend die Metallfolie weggeätzt wird *
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Bindemittel ein fluoriertes ithylen/Propylen (FEP-Teflon) verwendet, das zum Einbetten der Halbleiterscheiben unter einem Druck von 7 bis 70 kg/cm (100 - 1000 psi) auf 300 - 35O0O erhitzt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß es mit einfachen Mitteln und außerdem sehr genau durchführbar ist. An das durch Druck und Wärme gekennzeichnete Verfahren braucht sich, wenn die Halbleiterscheibe erst einmal eingebettet ist, kein mechanischer Schleifprozess zum Glätten der Oberfläche der dielektrischen Schicht anzuschließen. Außerdem wird durch das gleiche Verfahren die Halbleiter:- scheibe mit dem Substrat verklebt.
Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschrei- % bung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
Die Pig. 1 zeigt in auseinandergezogener Anordnung verschiedene Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einbetten von Halbleiterscheiben in eine dielektrische Bindemittelschicht.
Die Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer in eine Bindemittelschicht eingebetteten Halbleiterscheibe vor dem λ abschließenden Ätzschritt.
Die Pig. 3 ist die perspektivische Ansicht einer in die BindemittäLschicht eingebetteten Halbleiterscheibe nach dem abschließenden Ätzschritt.
Die Pig. 1 zeigt eine Anzahl von Verfahrensschritten zur Einbettung einer Halbleiterscheibe 1 in eine Binderaittelschicht 2. Die Einbettung soll so vorgenommen werden, daß die obere Oberfläche der Halbleiterscheibe und insbesondere die Kontakte 3 bündig mit der Oberfläche 4 der Bindemittelschicht abschließen und daß die gesamte Oberfläche der Bindemittel-
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schiGht gleichförmig glatt ist. In Fig. 1 sind die notwendigen Verfahrensschritte lediglich schematisch dargestellt, d.h. bei der praktischen Durchführung des Verfahrene können die verschiedenen .Verfahrenssohrltte je nach Zweckmäßigkeit an einer oder an verschiedenen Stationen vorgenommen werden.
Ein nachgiebiges elastisches Kiesen 5<» das beispielsweise aus Siliconkautschuk besteht, wird zwischen eine Bodenplatte 6 gelegt. Ein dielektrisches Substrat 7, das mit der Bindemittelschicht überzogen ist, auf welcher die Halbleiterscheibe liegt, wird dann auf das Kissen gelegt. Bei dem beschriebenen Aueführungsbeiepiel wird als Bindemittel PEP-Teflon verwendet. Die speziellen Eigenschaften des Bindemittelmaterials sind jedoch für das Herstellungsverfahren nicht entscheidend, d.h., es können auch andere thermoplastische Bindemittel verwendet werden.
Die Halbleiterscheibe 1 liegt zunächst lediglich auf der Oberfläche der Bindemittelschicht 2 auf. Sie kann vor dem Einbetten dadurch in der richtigen Lage gehalten werden, daß die Bindemittelschicht 2 erwärmt wird, bis die Halbleiterscheibe an der Oberfläche $· leicht anklebt. Außerdem könnte in die Bindemittelschicht von der Oberfläche 4 her ein Hohlraum eingearbeitet sein, dessen Abmessungen denen. der Halbleiterscheibe entsprechen, wodurch das Festlegen der richtigen Lage der Halbleiterscheibe noch unterstützt würde.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Bindemittelschicht 2 etwa 0,05 mm (2 mil) und die der Halbleiterscheibe einige Mikron bis etwa 1/100 mm (1/2 mil) weniger. Die Bindemittelschicht kann vorher mit dem Substrat 7 auf übliche Weise verklebt sein. Durch den üblichen Fabrikationsprozess weist die Oberfläche 4 der Bindemittelschicht normalerweise eine gewisse Rauhigkeit oder Unebenheit auf. Außerdem kann auf der Oberfläche
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dee Substrats 7 eine Art Reliefmuster auegebildet sein, das beispielsweise ein Teil des Leitungemusters der zur Halbleiterscheibe gehörigen peripheren Schaltkreise (in Fig. 1 durch das Bezugszeichen θ gekennzeichnet) let und zu einer entsprechenden Unebenheit der Oberfläche 4 führt. Diese Unebenheit der Oberfläche 4 sowie die Eigenschaft der Oberfläche, sich beim Einbetten der Halbleiterscheibe um diese herum zu erheben, müssen durch den Einbettungsprozess beseitigt werden. Außerdem muß bei der Einbettung die Kontaktflache der Halbleiterscheibe koplaner zur Oberfläche 4 ange- M ordnet werden, und zwar innerhalb einer Toleranz, die kleiner
ο als die Dicke der Kontakte, d.h. kleiner als einige 1000 A
bis einige Mikron ist.
Beim nächsten Verfahrensschritt wird eine dünne Metallfolie 9, beispielsweise eine einige Mikron dicke Aluminium- oder Kupferfolie, über die gesamte Oberfläche 4 sowie die Halbleiterscheibe 1 gelegt. Eine Andrückplatte 10 wird dann auf die Metallfolie 9 gelegt. Vor dem Andrücken der Andrückplatte 10 wird die Bindemittelschicht 2 bis auf den Erweichungspunkt erhitzt, damit sie beim Ausüben eines Drucks anklebt. Die Erwärmung kann auf bekannte Weise beispielsweise dadurch geschehen, daß Heizelemente in der Bodenplatte 6 und der " Andrückplatte 10 mit Spannungsquellen 11 und 12 verbunden werden, wobei die Wärme auf die Bindemittelschicht übertragen wird. In eine Bohrung in der Andrückplatte iet ein Thermoelement 13 zum Anzeigen der Heiztemperatur eingesetzt. Die untere Oberfläche der Andrückplatte 10 ist eben und innerhalb einer Toleranz von einem Mikron außerordentlich fein poliert. Die Andrückplatte wird dann gegen die Metallfolie 9 gedrückt, um die Halbleiterscheibe 1 in die Bindemittelschicht 2 zu pressen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Bindemittelschicht auf eine Temperatur von 300 bis 340 0C erhitzt, während die Andrückplatte 10 mit einem Druck von
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7 bis 70 kg/cm2 (100 bis 1000 psi) niedergedrückt wird. Während des Preßvorgangs wird ein Teil des Drucks durch das nachgiebige Kissen 5 und die Metallfolie 9 absorbiert, so daß ein Zerbrechen der Halbleiterscheibe 1 oder des Substrats 7 verhindert wird.
Durch das Einpressen wird die Halbleiterscheibe 1 in die Bindemittelschicht 2 eingebettet, während die Metallfolie 9 direkt darüber liegt. Die Andrückplatte 10 wird dann entfernt, und das Substrat wird zusammen mit der eingebetteten Halbleiterscheibe 1 und der darüberliegenden Metallfolie von der Bodenplatte abgenommen (Fig. 2). Die Metallfolie 9. wird anschließend unter Verwendung einer selektiv wirkenden Ätzlösimg, beispielsweise einer verdünnten Lösung von Schwefelsäure für Aluminium oder einer Eisen-lIX-Chloridlösung für Kupfer vollständig entfernt« Mach Entfernung der Metallfolie weist die Bindemittelschicht eine völlig glatte Oberfläche auf. Die Halbleiterscheibe ist in die Bindemittelschicht eingebettet, deren Oberfläche mit der Kontaktfläche der Halbleiterscheibe gemäß Pig* 5 bündig abschließt.
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Claims (3)

-7-Patentansprüche
1. Verfahren zum Einbetten einer Halbleiterscheibe in eine dielektrisohe Schicht, dadurch gekennzeio line t, daß die Halbleiterscheibe auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht und über die Oberfläche der dielektrischen Schicht und die Halbleiterscheibe eine dünne Metallfolie1 gelegt wird, daß anschließend die Halbleiterscheibe unter Verwendung einer mit einer ebenen, glatten Oberfläche auf die Metallfolie gelegten Andrückplatte unter Druck in die Schicht ^ gepreßt wird, bis die Oberfläche der Halbleiterscheibe mit der Oberfläche der Schicht bündig abschließt, und daß anschließend die Metallfolie weggeätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines thermoplastischen Materials für die dielektrische Schicht diese vor dem Einpressen der Halbleiterscheibe erwärmt und vor dem Ätzschritt abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die dielektri- sehe Schicht auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht ist, ™ das Substrat vor der Erwärmung auf eine mit einem Kissen überzogene Bodenplatte aufgelegt wird.
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