DE1915148A1 - Verfahren zur Herstellung metallischer Hoecker bei Halbleiteranordnungen od.dgl. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung metallischer Hoecker bei Halbleiteranordnungen od.dgl.Info
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Description
It 1241
Sony Corporation, Tokio/Japan
Verfahren zur Herstellung metallischer Hocker bei Halbleiteranordnungen oder dergleichen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Verbindungsteilen bei Halbleiteranordnungen
oder dergleichen, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung metallischer Hocker bei Halbleiteranordnungen.
In der Technik der Halbleiteranordnungen ist das sogenannte "face-down"-Verbindungsverfahren bekannt, bei
dem Elektroden eines Halbleiterchips, auf dem Halbleitereinheiten oder Halbleiterelemente eines integrierten Halbleiterkreises
vorgesehen sind, elektrisch und mechanisch unmittelbar mit den Anschlußleitungen eines Kopfstückes
oder einer gedruckten Schaltungsplatte verbunden werden. In diesem Falle sind auf den Elektroden des Halbleiterchips
metallische Hocker, wie metallische Kügelchen, Vorsprünge oder dergleichen, die aus lötmittel oder ähnlichem
Material hergestellt sind, vorgesehen, die mit den Anschlußleitungen des Kopfstückes bzw. der gedruckten Schaltungsplatte
elektrisch verbunden werden sollen, wodurch eine sogenannte "flip-tip"-Halbleiteranordnung entsteht.
Bei einem gebräuchlichen Verfahren zur Herstellung solcher metallischer Hocker wird zunächst auf die ganze
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Fläche eines Halbleiterteiles eine Isolierschicht, beispielsweise aus Glas, aufgebracht. Dann wird die Isolierschicht
an ausgewählten Bereichen entfernt, so daß Fenster entstehen. Durch diese Fenster werden dann auf dem
hier freigelegten Halbleiterteil ohmsche Kontaktteile, beispielsweise aus Aluminium, aufgebracht. Die von der
Isolierschicht und den ohmschen Kontaktteilen gebildete, gesamte Fläche wird dann beispielsweise mit Zinn überzogen,
das keine Affinität zur Isolierschicht besitzt. Die so gebildete Struktur wird dann erhitzt, wobei das Zinn
aggregiert. Auf das aggregierte Zinn wird dann Blei selektiv aufgedampft. Bei diesem Verfahren steht jedoch das
Zinn über die Oberfläche des Halbleiterteiles vor, so daß die zum Aufdampfen benutzte Maske nicht in unmittelbaren
Kontakt mit dem Halbleiterteil gebracht werden kann. Dadurch ist es unmöglich, das Blei genau auf das Zinn aufzubringen;
es ist vielmehr unvermeidlich, daß sich das Blei am Fuß der Zinnschicht etwas ausbreitet. Dadurch entsteht
die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Elektroden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung metallischer Hocker in einem
genauen Muster zu schaffen, das die Anwendung einer Maske hoher Genauigkeit entbehrlich macht und für die Massenherstellung
geeignet ist. Die nach diesem Verfahren hergestellten metallischen Hocker sollen mechanisch und elek- '
trisch ausgezeichnete Eigenschaften besitzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Herstellung der ohmschen Kontaktstellen ein Metall,
beispielsweise Zinn, das keine Affinität zur Isolierschicht besitzt, auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterteiles
aufgebracht wird, daß dann ein Metall zur Herstellung der metallischen Hocker selektiv auf das niedergeschlagene
Zinn aufgebracht wird und daß dann die re-
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sultierende Struktur erhitzt wird, wodurch das Zinn aggregiert;
in diesem Falle aggregiert auch übermäßig verteiltes Blei unter Ausnutzung der Oberflächenspannung des durch
Erhitzung geschmolzenen Zinns. Hierdurch werden metallische Hocker gebildet und die aufgezeigten Nachteile vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig.1 die Aufeinanderfolge von Verfahrensschritten des· bekannten Verfahrens;
Fig.2 die Aufeinanderfolge der einzelnen Schritte
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig.1 ist ein bekanntes Verfahren zur Herstellung metallischer Hocker dargestellt. Hierbei wird in einem
Halbleiterchip 1 ein Halbleiterelement mit einer Grenzschicht j ausgebildet. Eine Zone 2, die die Grenzschicht
j bildet, wird elektrisch und mechanisch mit Anschlußleitungen verbunden, die sich beispielsweise auf einem Kopf- .
stück oder auf einer gedruckten Schaltungsplatte befinden. Die Oberfläche des Halbleiterchips 1 wird mit einer Isolierschicht
3 aus Glas oder ähnlichem Material so überzogen, daß sie die Oberfläche der Grenzschicht j abdeckt.
In diesem Falle wird die Isolierschicht 3 auf die Zone 2 durch einen metallischen Hocker aufgebracht; in der Isolierschicht
3 wird auf der Zone 2 ein Fenster 3a ausgebildet, durch das eine Elektrode 4, beispielsweise aus Aluminium,
auf die Zone 2 so aufgedampft wird, daß sich ein ohmscher Kontakt ergibt (Fig.1A). Als Nächstes wird der
Halbleiterchip 1 auf seiner gesamten Oberseite mit einer Metallschicht überzogen, beispielsweise mit einer Zinnschicht
5, die keine Affinität zu der aus Glas bestehenden Isolierschicht 3 besitzt, jedoch eine Affinität zur Elektrode
4 und zu einem schließlich gebildeten metallischen
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Höcker (Fig. 1B) aufweist. Danach wird der Halblei te rcJiip
1 erhitzt, so daß die Zinnschicht 5 schmilzt und auf Grund
ihrer Oberflächenspannung aggregiert. Die Aggregation der Zinnschicht 5 erfolgt,* da sie geringe Affinität zur &lasschdcht,
jedoch große Affinität zur Elektrode 4 besitzt und ihre Oberflächenspannung ihr© Affinität aur Glassehicht
3 übersteigt (vgl. Fig.1G).
Hiernach wird ein metallischer Höcker I9 beispielsweise
aus Blei, auf die aggregierte Zinnschicht 5% die sich
über der Elektrode 4 befindet, durch eine Maske 6 aufgedampft. In der Praxis ist das Material einer Aufdampfquelle
nicht genau, senkrecht auf den Halbleiterchip 1 gerichtet. Da ferner die metallische Maske 6 und der Halbleiterehip
1 nicht vollständig eben sind, liegen sie nicht genau aneinander ans es ist vielmehr dazwischen ein Spalt g vorhanden,
in dem am Fuß des metallischen Höckers T eine überschüssige Metallschicht 7a gebildet wird. Bei dem bekannten
Verfahren kann somit der metallische Höcker nicht mit höher Genauigkeit gefertigt werden; es besteht infolgedessen
die Möglichkeit, daß durch die überschüssige Metallschicht 7a ein Kurzschluß mit benachbarten metallischen Höckern
und Elektroden hervorgerufen wird. Besonders dann, wenn
auf einem gemeinsamen Halbleiterchip eine Jlnsahl von Elementen
ausgebildet werden, wie dies beispielsweise bei integrierten Halbleiterkreisen der Fall ist, bringt das
Vorhandensein solcher überschüssiger Metallschichten am
Fuß des metallischen Höckers die Gefahr mit sich, daß Kurzschlüsse
awischen den Elektroden entstehen und dadurch die Güte der Erzeugnisse beeinträchtigt wird.
An Hand von Fig.2 sei nun ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher erläutert. Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet einen Halbleiterchip mit Halbleiterelementen, die beispielsweise
einzelne Halbleitereinheiten oder einen inte-'
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grierten Halbleiterkreis bilden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
soll auf einer Zone 12, die eine Grenzschicht
J sur benachbarten Zone bildet, ein metallischer Höcker hergestellt werden.
. Zunächst wird auf die Oberseite des Halbleiterchips *
11eine Glasschicht bzw* Slliziumdioxydsohicht aufgebracht
und damit eine Isolierschicht 13 hergestellt» Diese
Schicht 13 wird in eines ausgewählten Bereich beispielsweise
durch Photoäteung entfernt, so daß isa Bereich der Zone
12 ein Fenster 13» gebildet wird, durefe dass eine Elektrode
14 so aufgebracht wird» daß si® in obmsdfcisa Kontakt mit
der Zone 12 kommt (vgl. 7ig.2A). Ist der Halbleiterchip
aus Silizium hergestellt, so wird die Elektrode 14 durch
auf Aufbringung einer Aluminiumsohloht hergestellt, die
tine groSi Affinität su Sllisiu» hetititf zu diesem Zweck
wird die Aluminiumsohieht 14a mit einer fitanechieht 14b
als Zwischenschicht Ubarsoge»} aiii die Schicht 14b wird
eine Sickelschioht Ho aufgebracht» wodurch »loh eine besondere
höh® meefeaniscsh® festigkeit des? Elektrode 14 ergibt.
Dann wird smf die gän£®. öfeereeli« am lalbieiterchips
11, einschließlich wenigstens des Bereich®« auf der Elektrode
14, d@? letztlich ton tines m@talllsch@ii Höcker eingenoiaaan
wirdr ein» M@ tall sohl efrl,- b@ispi«lswels« eine
Zinnschicht 15, 4i@ tia® groS® Affinität zur Elektrode 14
besitzt, in @1m®j? Stärke won eiuigfn Klkrog aufgedampft·
Biss® Mat©rlaXs©!iielit beaitit somit ©la® große Affinität
zur Seiiieht T4os iagegea ein® gering® Affinität sui? leoliersohieht
131 i&r@ Oberfläohexi0p@immng ist gröler alt
ihr® Affinität «isr Sehißht 131 ei® weist sehliefilioh «in«
groSa Affinität eu i*a «nsohllceend gebildeten, metallisches
E8eker auf ffig*21),
BAD ORIGINAL
Erfindungsgemäß erfolgt die Aggregation der Zinnschicht
15 durch Schmelzen nicht unmittelbar nach der Herstellung
dieser Schicht; statt dessen wird eine Metallschicht, die letztlich den metallischen Höcker bildet, auf
die Isolierschicht 15, die über der Isolierschicht 13 liegt, aufgedampft. Eine metallische Maske 16, die Penster
16A entsprechend dem gewünschter Muster metallischer Höcker
aufweist, wird auf den Halbleiterchip 11 aufgesetzt, übt
mit den erwähnten Schichten überzogen ist. Dann wirä ein
metallisches Material, beispielsweise Blei, das !©tätlich
die metallischen Hooker bilden soll, in einer Stärke tob
30 bis 100 Mikron aufgedampft (vgl« das Besugeseiclien. 17*)·
Falls erforderlich, wird auf die Schicht 17» nooii sine metallische
Schicht 18, beispielsweise βάβ Silb®Ts aufgedampft (Fig.20). Auch in diesem falle wird die Vakuuiaauid&mpfquelle
verhältnismäßig nahe an atm Halblelterehip 11
angeordnet, so dafl das aufgedampft® Material der Schielst
17f nicht genau senkrecht zum Chip 11 gerichtet istj @a
besteht ferner ebenso wie zuvor bei fig,1D beschrieben, ein
Spalt Q zwischen der metallischen Masks 16 mnä dass O&ip 11*
Ee wird infolgedessen rund um die Höckerschicht 1?' «int
Schicht 17a1 von Überschuss igen Metall gebildet. Ale läcfcstes
wird der Ealbleitere&ip 11 auf ®in@ !feaapez^tu?« beispielsweise
43O0C erhitstj dl® eberSxalb der Setaflst«isp©3?atur
der Metallschicht 15 liegtf dadurch wird die Schicht 15
geschmolzen·
33a die Metallschicht 15 ®iae geringe Affinität zum Ibolierachicht
13S jedoch ein® greB* Affinität aus· Elektrode
H und au der den metallischen Höcker bildQiiä@u Bohloht 17'
aufweist, aggregiert di® @ehlcät 15 änvuh ihr® Obsrfiäslianspannung
auf der ^.ektrode 14? gleishseitig wirä ©J,a« legierung
erzeugt, die sich aus dem Zinn der -Schicht 15%
dem Blei der Schicht 17' unUL d@m Silber dex Scbloht 18
eammenaetet, wodurch ein looker 1? (Fige2B) ®nt®t®hts
Höcker 17 setst sich aus einer
zusammen, wobei jedoch Silber an der Oberfläche dea Höckers
und Zinn an der Seite der Elektrode 14 vorherrscht» Wenngleich die Schicht 17', wie beschrieben, am Fuß des Höckers
die überschüssige Schicht 17a» aufweist, so wurde doch
festgestellt, daß diese letztere Schicht 17&' durch das
Schmelzen der Metallschicht 15 auf der Elektrode 14 aggregiert, so daß der letztlich entstehende Höcker 1? keine
überschüssige Handschicht besitzt.
Wenn das Zinn der Metallschicht 15 teilweise auf der Isolierschicht Ί3 zurückbleibt, wird vorzugsweise ein Flußmittel,
beispielsweise ein Harz? etwa ein Terpentinharz, als überzug auf die Isolierschicht 13 aufgebracht und der
Chip 11 bis auf etwa 340° C erhitzt» wodurch das zurückgebliebene
Zinn auf dem Hocker 17 aggregiert.
Der so gebildete metallische Hocker 17 wird geschmolzen,
um eine Kontaktverbindung mit der zugehörigen Anschlußleitung eines Kopfstückes oder einer gedruckten Schaltungsplatte herzustellen; hierdurch wird der Halbleiterchip 11
zugleich mechanisch mit dem Kopfstück oder der gedruckten Schaltungsplatte verbunden und der elektrische Anschluß der
Zone 12 hergestellt.
Durch die Erfindung werden somit metallische Hocker in
einem vorgegebenen Muster geschaffen, wobei die Gefahr ausgeschaltet ist, daß diese Hocker mit benachbarten Höckern
oder Elektroden einen Kurzschluß hervorrufen. Die elektrischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit der Elemente
werden hierdurch wesentlich verbessert.
Erfindungsgemäß werden die metallischen Höcker durch
Aggregation der Metallschicht 15 nach Aufdampfen der das Höckermaterial enthaltenden Schicht 17' gebildet; das Aufdampfmuster
braucht infolgedessen nicht so genau zu sein,
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was die Herstellung und Benutzung der Maske erleichtert und damit die Massenherstellung von Halbleiterelementen
vereinfacht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die
Elektrode 14 in einen ohm3chen Kontakt nur mit der Zone
gebracht, die mit anderen Teilen der Schaltung verbunden werden soll. Man kann die Elektrode 14 teilweise über der
Isolierschicht 13 und den metallischen Höcker 17 auf der Elektrode 14 ausbilden· Die Erfindung kann ferner auch dann
zur Anwendung kommen, wenn die Elektrode 14 als Elektrode für innere Verbindungen benutzt wird, um beispielsweise
Schaltungselemente eines integrierten Halbleiterkreises miteinander zu verbinden; Hierbei werden Metallhö'eker auf
der Elektrode für die inneren Verbindungen ausgebildet.
Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit der Herstellung von metallischen Höckern auf einem Halbleiterchip
erläutert! im Rahmen der Erfindung können metallische Hökker jedoch auch auf Leitungsteilen eines Kopfstückes oder
einer gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet werden, mit
denen der Halbleiterchip-elektrisch und mechanisch verbunden
wird.
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Claims (6)
- Patentanspruch«Verfahren zur Herstellung metallischer Höcker bei HalbleIt«ranordnungeη oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, das zunächst eine elektrische Schaltung mit einer Anzahl von Elektroden hergestellt wird, daS auf jede Elektrode in einem ausgewählten Bereich eine Metallschicht aufgebracht wird* die eine große Affinität sis den Elektroden und zu den anschließend gebildeten und eine große Kohäslon besitzenden metallisehen Höckern aufweist, dal dann ein anderes Metall auf die genannte Metallschicht aufgedampft wird und daS schließlich die Metallschichten durch Erhitzung geschmolzen werden, so daS sie in folge ihrer Oberflächenspannung aggregleren,
- 2.) Totfahren zur Herstellung metaHiselier Höcker bei einer Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, dad zunäehst auf eine Oberfläche der Salbleiteranordnung eint Isolierschicht aufgebracht wird, dad in dieser Isolierschicht an ausgewählten Stellen fenster vorgesehen werden, dmi auf dl» durch die fenster freiliegend« B&lbXeitssmtardaung Elektroden aufgebracht werden, daS daasi auf äi% Elektroden und Üire Umgebung ein erstes !stall aufgetragen wird, das ein« $roS« Afflalt&t »u dta XLektroden, dagegen keine Afflaität xat leollersel&ieh-l beeltat, dafi dann in ausgewählten Streichen auf das erst· Metall ein zweites Metall aufe*$*a$ft wird und d&S schließlich das erste Metall durch 3£r2Utseji geschmolzen wird, so dad es infolge seiner 0%srfl&eliesie$eji&u&eBAD ORIGINAL- ίο -
- 3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metall Zinn 1st.
- 4.) Verfahren nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Metall Blei ist.
- 5.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Metall aus einer Blei- und einer Silberschicht besteht.
- 6.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolierschicht vor der ISrMtsung ein Flußmittel aufgetragen wird.909848/0376
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