DE1915148A1

DE1915148A1 - Verfahren zur Herstellung metallischer Hoecker bei Halbleiteranordnungen od.dgl.

Info

Publication number: DE1915148A1
Application number: DE19691915148
Authority: DE
Inventors: Shinichi Hishikawa; Sakan Iwashita; Yoshiyuki Kaneda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-25
Publication date: 1969-11-27
Also published as: DE1915148B2; US3585713A; GB1217293A; DE1915148C3

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 wird_r 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 T4o_s 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®T_s 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 17^f 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 13_S 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? (Fig_e2B) ®nt®t®ht_s 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

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&e

BAD ORIGINAL

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3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metall Zinn 1st.
4.) Verfahren nach Anspruch 3_t 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.

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