DE3787772T2 - Halbleiterchip mit einer Höckerstruktur für automatische Bandmontage. - Google Patents

Halbleiterchip mit einer Höckerstruktur für automatische Bandmontage.

Info

Publication number
DE3787772T2
DE3787772T2 DE87110755T DE3787772T DE3787772T2 DE 3787772 T2 DE3787772 T2 DE 3787772T2 DE 87110755 T DE87110755 T DE 87110755T DE 3787772 T DE3787772 T DE 3787772T DE 3787772 T2 DE3787772 T2 DE 3787772T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
metallic
bonding
aluminum
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE87110755T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3787772D1 (de
Inventor
Harry Randall Bickford
Michael John Brady
Sung Kwon Kang
Paul Andrew Moskowitz
Michael John Palmer
Timothy Clark Reiley
James Gardner Ryan
Erick Gregory Walton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE3787772D1 publication Critical patent/DE3787772D1/de
Publication of DE3787772T2 publication Critical patent/DE3787772T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/86—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using tape automated bonding [TAB]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/50—Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H01L2224/05099—Material
    • H01L2224/051—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/05124—Aluminium [Al] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05666—Titanium [Ti] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/05599—Material
    • H01L2224/056—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/05663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05671—Chromium [Cr] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01012—Magnesium [Mg]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0102—Calcium [Ca]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01022—Titanium [Ti]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01023—Vanadium [V]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01024—Chromium [Cr]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01025—Manganese [Mn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01027—Cobalt [Co]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0103—Zinc [Zn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01046—Palladium [Pd]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01049—Indium [In]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01075—Rhenium [Re]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01327—Intermediate phases, i.e. intermetallics compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/049—Nitrides composed of metals from groups of the periodic table
    • H01L2924/0494—4th Group
    • H01L2924/04941—TiN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12033—Gunn diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Kapselung hochintegrierter elektronischer Schaltkreise und insbesondere Anschlüsse auf Chips in Form von Höckern, die zum Bonden eines Flachleiters angepaßt sind, um den Chip in einem elektronischen System anzuschließen.
  • Eine kostengünstige Kapselung von elektronischen Chips erfordert, daß Chips in großer Anzahl bei niedrigen Kosten gefertigt werden. Das automatische Folienbondverfahren (TAB) ist ein Weg, die Arbeitskosten beim Bonden von Chips in Gehäusen zu reduzieren. Meistens bedingt die TAB-Kapselung die Bereitstellung eines 10-25 um hohen metallischen Höckers, der gewöhnlich aus Gold auf einer blanken I/O-Kontaktfläche aus Aluminium auf der Oberfläche des Chips zusammengesetzt ist. Der Höcker dient als Bondfläche, die sehr hoch über die Oberfläche des Chips hinausragt, dabei stellt er einen Sockel über der umgebenden Isolation bereit und erlaubt Verbindungen zu der darunterliegenden Metallurgie. Der hohe Höcker schützt auch die darunterliegende Kontaktfläche vor Korrosion durch Überdeckung und Isolation vor der Umgebung.
  • Im allgemeinen wurden Goldhöcker oder ihre Äquivalente auf die Chips durch Einrichtungen zum Elektroplattieren oder ähnlich naßchemische Additivverfahren zum Abscheiden von Metallen auf dem Chip aufgebracht. Diese naßchemischen Verfahren erfordern das Eintauchen des gesamten Chipwafers in das Elektroplattierungsbad und setzen den Wafer allen Chemikalien in dem Bad aus. Die Entfernung der üblichen Plattierungselektrode (notwendig für den Plattierungsvorgang) muß weiterhin durch einen anderen naßchemischen Ätzschritt, einem Ionenstrahlätzschritt oder einem gleichwertigen Schritt erreicht werden.
  • Tatsächlich wird in allen Druckschriften und Patenten über Halbleiter-Verbindungstechniken Aluminium zum Bilden ohmscher Kontakte eingesetzt, aber Aluminium wird nicht als Hauptvolumenmaterial der Feststoffhöcker verwendet. Aluminium wird gewöhnlich als ein Dünnfilmmaterial für die Leiterbahnebene genutzt. Ein früher Artikel, Noubel und andere, "Metallurgy Including a Chromium Slicell, IBM Technical Disclosure Bulletin, Seite 769 (Dez. 1968) setzt Aluminium als einen ohmschen Kontakt als eine Selbstverständlichkeit ein. Verbindungen zum Halbleiterchip werden durch einen Dünnfilm-Grenzschichtplan, der ein oder mehrere Dünnfilmschichten umfaßt, typischerweise bis zu 2 um dick, gefolgt durch eine dicke (typisch 20 um oder mehr) Schicht von entweder einem weichen niedrig schmelzenden Metall zum Löten oder Lötmittelrückflußbonden (US-Patentschrift 3,886,585 - unten im einzelnen beschrieben) oder einem Hartmetall zum Thermokompressionsbonden (US-Patentschrift 4,005,472). US-Patentschrift 4,042,954 (unten beschrieben) benutzt einen Dünnfilm aus Aluminium/Chrom als eine zusätzliche leitende, 2 um dicke Schicht unter einem Höcker aus Nickel und Kupfer.
  • Es scheint, daß an Aluminium nicht im Hinblick auf ein Hauptvolumenmaterial für Kontakte gedacht wurde, obwohl es innerhalb der Industrie als ein Dünnfilmmetall für Halbleiterkontakte, für Chipleiterbahnen und sogar, wie in US-Patentschrift 4,042,954, als ein unten liegender Dünnfilm für harte Höcker eingesetzt wird. Anscheinend besteht die Vorstellung, daß Aluminium ungeeignet ist, als ein Sockel für das Thermokompressionsbonden zu dienen. Der gesamte Stand der Technik macht Gebrauch von harten Metallen für Sockel zum Thermokompressionsbonden; US-Patentschrift 4,042,954 setzt Nickel und Kupfer ein; US-Patentschrift 4,005,472 setzt Kupfer ein; Meyer und andere, "Metallurgy of Ti- W/Au/Cu system for TAB assembly", J. Vac. Sci. Technol A 3(3), Seiten 772-776 (May/Juni 1985) und R. F. Unger, C. Burns und J. Kanz "Bumped Tape Automated Bonding (BTAB) Applications" beschreiben elektroplattierte Goldhöcker (Gold ist in plattierter Form ziemlich hart). Aluminium könnte als zu weich für den Einsatz als ein Hauptvolumenmaterial angesehen worden sein. Wir haben nachgewiesen, daß die Weichheit des Aluminiums gute Bonds ermöglicht, während es gleichzeitig die darunterliegende Struktur vor übermäßiger Krafteinwirkung während des Bondens schützt.
  • Naßchemische Verfahren oder Ionenstrahlätzen stellen ein Risiko der Beschädigung oder der Korrosion der Wafer, genauso wie der Komplexität der Prozeßführung dar. Das Aufdampfen von Goldhökkern auf Chips ist ein alternatives Verfahren zum Elektroplattieren, aber dies ist wahrscheinlich unerschwinglich teuer im Hinblick auf die Schwierigkeit der Rückgewinnung des verbrauchten Goldes, das nicht benötigt wurde.
  • Bisher gab es in der Elektronik-Chip-Kapselungs-Technologie Anschlußflächen, die aus Aluminium-Metall zusammengesetzt waren. Diese wurden für das direkte Drahtbonden eingesetzt. Derart dünne Aluminiumkontaktflächen wurden auch mit einer dünnen Schicht eines anderen Metalls, das zum Löten auf den Kontaktflächen geeignet war, eingesetzt. Das Anschluß-Aluminium für diese Kontaktflächen hat eine Dicke in der Größe von 1,5 um. Andererseits wurde eine Technologie für Chips mit Höckern entwickelt, bei der die Höcker eine Größenordnung dicker auf dem Chip geformt wurden, hoch genug hinausragend, so daß die Höcker an Flachleitern zur Kapselung angeschlossen werden konnten. TAB-Sockel in der Form von Höckern des automatischen Folienbondverfahrens (TAB) wurden auf den Chips gebildet, so daß sie automatisch an die Anschlüsse angeschlossen werden konnten. Die Höcker sind groß genug, um ausreichend Freiraum zwischen der Chipoberfläche und den Flachleitern bei solchem automatischen Bonden bereitzustellen. Die Höcker wurden mehr durch derartige Einrichtungen wie Thermokompressionsbonden als durch Thermosonik-Drahtbonden oder Löten an die Gehäuse angeschlossen. Die Zusammensetzung der Höcker war typischerweise ursprünglich aus harten Metallen wie Kupfer, Gold oder Nickel oder einer Kombination dieser Metalle.
  • Die TAB-Sockel oder Höcker auf Halbleiterchips wurden meistens durch Elektroplattieren von Gold auf den Chips geformt. Siehe Lui und andere, "A Review of Wafer Bumping for Tape Automated Bonding", Solid State Technology, Seiten 71-75, (März 1980).
  • Siehe ebenso, Meyer und andere, oben. Ein Nachteil dieser ist, daß der naßchemische Prozeßablauf die Chips kontaminieren kann. Es bedingt viele Verfahrensschritte und ist kostenintensiv. Folglich ist es vorziehbar, das Gold durch einen Trockenprozeß aufzubringen. Jedoch ist das Aufdampfen von Goldhöckern ein Verfahren, das zu teuer ist, um als alternatives Herstellungsverfahren angewandt zu werden.
  • Kupfer erfordert hohe Temperaturen, die für die Chips schädlich sein würden, um es weich genug für ein gering-verspannendes Bonden zu machen. Außerdem wird Kupfer während des Bondens leicht kaltgehärtet, dadurch wird es untauglich, um bei niedrigem Bonddruck ausgedehnt zu fließen. Bei Kupfer sind hohe Druckbelastungen während des Bondens erforderlich, die nachteilig für die Chips sein können. Kupfer ist ein hartes Metall und es kaltverfestigt sich übermäßig.
  • US-Patentschrift 4,042,954, genannt " Method for Forming Gang Bonding Bumps on Integrated Circuit Semiconductor Devices", ist ein frühes Patent für Wafer mit Kontakthöckern, das einen Höcker 19 zeigt, der im Prinzip aus einer Kupferschicht 27 in einer Dicke von 0,7 bis 1,5 mils (18-38 um) besteht, gebildet auf der Oberfläche einer Schicht 22 aus ca. 0,1-0,4 mils (2,5-10 um) dickem Nickel. Der Höcker haftet über Übergangsschichten 21 an einer Aluminiumverbindungsschicht 18 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 13. Die Übergangsschichten 21 sind eine sehr dünne Folge von Schichten von Haftmetallen, umfassend CrAL, Cr und Au, die gerade eine Basis für die dickeren Schichten aus Ni 22 und Cu 27, die tatsächlich den Höcker bilden, sind. Insbesondere besteht Schicht 24 aus Al oder Cr und ist so viel wie 20 000 Angström (2.0 um) dick mit einem Überwiegen des Aluminiums darin, das aber weit unter dem Höcker 27 angeordnet ist. Dort gibt es keinen Vorschlag, daß der Höcker aus irgend einem anderen Metall außer Kupfer und Nickel bestehen soll.
  • US-Patentschrift 3,886,585, genannt "Solderable Multilayer Contact for Silicon Semiconductor", lehrt eine Kontaktfläche, die zum Löten einer Anschlußleitung 28 mit Lot 20 für eine Kontaktfläche, die aus einer Aluminiumschicht 12 und Nickelmanganitschicht 16 zusammengesetzt ist, angepaßt ist. Aluminiumschicht 12, die eine relativ dünne Schicht von ungefähr 0,5 bis 1,5 Mikrometer Dicke ist, wird durch Aufstäuben aufgebraucht. Eine derartige Dicke, 1,5 Mikrometer, ist eine Standarddicke einer Bondkontaktfläche zum Löten eines Flachleiters an einen Chip. Die Kontaktfläche aus Aluminium ist mit einer Nickelmanganitschicht 16 bedeckt, um eine Lötbasis bereitzustellen. Es wird darauf hingewiesen, daß zusätzliche Schichten aus reinem Nickel, Silber oder Gold über der Nickelmanganitschicht eingesetzt werden, um eine lötbare Schicht bereitzustellen. Eine KOVAR-Anschlußleitung 18 wird anstelle eines TAB-Flachleiters benutzt. Das Patent betrifft nicht Chips mit Höckerstrukturen oder TAB- Technologien wie es durch die Größenordnung der Strukturen, die beim Einsatz von Kontaktflächen anstelle von Sockeln oder Hökkern bedingt sind, offensichtlich wird.
  • Gemäß dieser Erfindung werden Höcker in der Größenordnung von 10-25 um Dicke, die hauptsächlich aus Aluminium-Metall zusammengesetzt sind, bereitgestellt. Für viele Jahre wurden die Höcker entweder aus Kupfer oder aus Gold zusammengesetzt. Offensichtlich war es in der Vergangenheit eine Überzeugung der Fachleute, daß nur relativ harte Metalle wie Nickel und Kupfer, Kupfer oder Gold zum Einsatz in Höckern geeignet sind, um beim Thermokompressionsbonden gebondet zu werden.
  • Alle beschriebenen Chip-Höckerkontakt-Verfahren (in US-Patentschrift 4,005,472 und 4,042,954, genauso wie bei Meyer 1985 und Lui 1980, wie oben) bilden dauerhafte Chip-Gehäuse Verbindungen. Der wachsende Gebrauch von TAB für Multichip-Kapselung und für das Verkapseln kostspieligerer Chips mit hoher I/O-(Eingang/Ausgang) Anzahl legt die Notwendigkeit für wiederverwendbare Chip- Gehäuse-Verbindungen nahe.
  • Wir haben gefunden, daß der Gebrauch einer dicken Zinnschicht auf der obersten Fläche unseres trocken prozessierten metallurgischen Höckers ein Lösung dieses Probleins darstellt.
  • Um das automatische Folienbonden (TAB) für die Kapselung von VLSI-Chips zu nutzen, ob mit Bondhöcker-Folien oder Bondhöcker- Chips, müssen die unterschiedlichen Metalle der Folie und der Chip-I/O-Kontaktflächen gebondet werden, um hochfeste, niederohmige Kontakte zwischen den Metallen auf der Folie und auf den Chip-I/O-Kontaktflächen herzustellen. Im allgemeinen erfordert dies die Fertigung von Grenzschicht-Strukturen. Die eingesetzte Grenzschicht muß eine gute Sperrschicht sein, um die Bondoberfläche, gewöhnlich aus Gold, vor einer Diffusion in die Al/Cu Chip-I/O-Kontaktfläche zu schützen, darf nicht mit dem Aluminium reagieren, muß gut auf der Kontaktfläche haften und muß ein guter elektrischer Leiter sein. Zusätzlich muß beim Gebrauch der Folie mit Höckern die Sperrschicht helfen, die darunterliegende Metallurgie vor möglicher Beschädigung, die durch den Thermokompressionsprozeß verursacht wird, zu schützen.
  • Der Gebrauch von Titannitrid erlaubt die Herstellung von TAB- Grenzschichten mit weniger Metallen. Der Einsatz von weniger Metallen und weniger Metallschichten bedeutet ein vereinfachtes Herstellungsverfahren und den Einsatz weniger Quellen, für die Mehrfachverdampfungen erforderlich sind. Eine Struktur, die durch den Gebrauch von Titannitrid vereinfacht ist, ist der Aluminiumhöcker, der beim Bonden von Chips mit Aluminiumhöckern auf planare Folien benutzt wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bisher war es gut bekannt, daß Aluminium ein gutes Leitermaterial für die obersten metallurgische Fläche auf dem Chip. Das Aluminium wurde jedoch nur in Form eines Films von ungefähr 1,5 um Dicke angewandt, was viel dünner ist als die Höcker, die üblicherweise von 10 bis 25 um oder sogar dicker sind. Jedoch haben wir entdeckt, gemäß dieser Erfindung, daß wir eine neue Struktur für Sockel für das Thermokompressionsbonden unter Verwendung von dickem Aluminium in den Höckern der Kontaktflächen bereitstellen können.
  • Wir haben entdeckt, daß die Standardpraxis des Gebrauchs von Kupfer oder Gold in dem Bereich von TAB-Höckern und/oder -Sokkeln durch den Ersatz des Kupfer und des Goldes als Hauptmetall in den Höckern durch Aluminium modifiziert werden kann. Dort gibt es einige Vorteile im Gebrauch von Aluminium. Zum Beispiel sind bei Kupfer höhere Druckbelastungen während des Bondens erforderlich als mit Aluminium. Aluminium ist weicher als Kupfer und Aluminium kaltverfestigt weniger als Kupfer bei gleichem Deformationsbetrag während des Bondens. Dadurch, daß sich Aluminium nicht so sehr kaltverfestigt wie Kupfer, ist Aluminium ein wünschenswerteres Höckermaterial.
  • Obwohl es bekannt ist, daß Aluminium ein gutes Leitermaterial für die Oberflächenmetallurgie auf dem Chip ist, ist es neu in Sockeln für das Thermokompressionsbonden. Unerwarteterweise hat sich erwiesen, daß die relative mechanische Weichheit des Aluminiums im Gegensatz zu Gold und Kupfer vorteilhaft ist, weil es gute Bonds zu machen erlaubt, während gleichzeitig die darunterliegende Chipstruktur vor der Übertragung von übermäßigen Kräften hinunter bis zum Silizium während des Bondens geschützt ist. Dadurch wird ein Brechen der Chips vermindert.
  • Diese Erfindung betrifft Anschlüsse an Chips in der Form von Höckern, die an das Bonden von einem Flachleiter zum Verbinden des Chips in einem elektronischen System angepaßt sind. Der Schlüssel zu dieser Erfindung ist die Aufbringung von Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Höckern auf Chips, die eine Dicke in der Größenordnung von ungefähr 10 bis 25 um aufweisen. Diese Höcker sind den plattierten Höckern aus harten Metallen im Stand der Technik vorzuziehen.
  • Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung ist, daß das Aluminium auf das Chip mittels eines Haftmetalls wie Chrom oder Titan gebondet wird. Der Gebrauch eines derartigen Haftmetalls ist gut bekannt. Eine weitere Schicht eines Haftmetalls kann auf der obersten Fläche der Aluminiumschicht aufgebracht werden, gefolgt von einer diffusionssperrenden Schicht eines Metalls wie Kupfer oder Nickel, gefolgt von einer Schicht eines Edelmetalls wie Gold, um den Höcker vor Oxidation vor dem Bonden zu schützen.
  • Eine mögliche Erweiterung dieser Struktur ist das Aufdampfen einer dicken Schicht aus Zinn anstelle einer Edelmetallschicht. Die dicke Zinnschicht wird beim Bonden nicht vollständig verbraucht und dadurch macht die verbleibende Zinnschicht den Hökker wiederverwendbar. Dies stellt eine Verbindung bereit, die wieder erschmolzen werden kann, wodurch der Wiederverwendungsprozeß erleichtert wird. Diese Verbindung kann unter sehr niedrigen Belastungs-Bondbedingungen hergestellt werden.
  • Vorzugsweise wird eine erste metallische Schicht, die vorzugsweise aus dünnem Titan oder Chrom zusammengesetzt ist, auf der dicken Aluminiumschicht aufgebracht. Eine zweite metallische Schicht (vorzugsweise bestehend aus Kupfer oder Nickel) wird auf die Titanschicht aufgebracht und eine dritte metallische Schicht, zusammengesetzt aus Gold (0,5 Mikrometer dick), die das "Deckmetall" zur Atmosphäre hin bildet, wird an den TAB-Flachleiter gebondet.
  • Zusammenfassend umfaßt die Struktur einen Halbleiterchip mit darin eingeformten integrierten Schaltkreisen mit einer Mehrzahl von elektrischen Anschlußleitungen auf dem Chip, die in leitenden Anschlußflächen enden und vorzugsweise aus Aluminium bestehen. Der Chip wird durch eine Passivierungsschicht über den Strukturen außer über den Höckern geschützt. Eine dünne Chrom- oder Titan-Haftschicht verbindet die Aluminiumanschlußflächen mit den Aluminiumhöckern. Eine dicke Schicht aus Aluminium formt die Höcker. Der Aluminiumhöcker kann mit einer Mehrzahl von Schichten bedeckt sein.
  • Man kann die Haftschicht aus Chrom oder Titan, dann den Aluminiumhöcker, eine Schicht aus Chrom oder Titan und dann Kupfer mit Gold als oberstes zum Schutz des Bauteils vor Oxidation abscheiden.
  • Wenn Kupfer auf Titan oder Chrom aufgedampft wird, ist üblicherweise eine Mischaufdampfphasenschicht von ungefähr 0,10 Mikrometer Dicke (1000 Angström) wünschenswert.
  • Diese Schicht kann einfach durch eine gleichzeitige Aufdampfung der Metalle erreicht werden. Das wird gemacht, weil Kupfer keine starken intermetallischen Phasen mit diesen beiden Metallen bildet.
  • Titannitrid kann als eine kombinierte Haft- und Sperrschicht, die separate Haftschicht (Ti oder Cu) und die Sperrschicht (Cu oder Ni) auf der obersten Fläche der dicken Aluminiumschicht mit einer einzelnen Diffusions-/Haftschicht aus TiN ersetzen. Auf das TiN folgt eine Edelmetallschicht (Gold, Palladium oder Platin).
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 zeigt einen Chip, der einen Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-TAB-Höcker trägt, der gemäß dieser Erfindung entworfen ist, und einen Flachleiter, der oberhalb des Höckers, bereit auf den Höcker gebondet zu werden, positioniert ist.
  • Fig. 2 zeigt den Chip der Fig. 1, der den Höcker mit dem Flachleiter, der durch Thermokompressionsbonden auf den Höcker gebondet ist, trägt.
  • Fig. 3 zeigt eine metallische Höckerstruktur gemäß dieser Erfindung geformt auf einem Chip mit einer wiederverwendbaren oberen Oberfläche auf der Spitze des Höckers und einem zu bondenden Flachleiter, der oberhalb des Höckers positioniert ist,
  • Fig. 4 zeigt den Chip der Fig. 3, der den Höcker mit dem Flachleiter, der durch Thermokompressionsbonden auf den Höcker gebondet ist, trägt.
  • Fig. 5 ist eine Zeichnung einer Modifikation der Fig. 1, die einen Chip zeigt, der einen Aluminium oder Aluminiumlegierungs- TAB-Höcker trägt, der gemäß einer Änderung dieser Erfindung entworfen ist, und einen Flachleiter, der oberhalb des Höckers, bereit auf den Höcker gebondet zu werden, positioniert ist,
  • Fig. 6 zeigt den Chip der Fig. 5, der den Höcker mit dem Flachleiter, der durch Thermokompressionsbonden auf den Höcker gebondet ist, trägt.
  • Die vorherigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die speziellere Beschreibung der folgenden Ausführungen der Erfindung offensichtlich.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • Fig. 1 zeigt einen Chip 10, der einen Höcker 20 trägt, der gemäß dieser Erfindung entworfen ist, und einen Flachleiter 30, der bereit ist, auf den Höcker 20 durch ein Verfahren wie das Thermokompressionsbonden gebondet zu werden. Der Chip 10 umfaßt ein Substrat 11, einen Aluminiumleiter 12, der durch eine Passivierungsschicht 13, die aus einem Material wie Polyimid oder Siliziumdioxid besteht, geschützt ist. Ein Fenster ist in die Passivierungsschicht eingeformt, auf der eine Titan- oder Chrom-Haftschicht 21 durch das Fenster in Kontakt mit dem Aluminiumleiter 12 als Basis eines Höckers 20 aufgebracht ist. Der Aluminiumkörper 22, der 10-25 um dick ist, bildet das Volumen des Höckers 20. Um die Festigkeit des Aluminiumkörpers 22 zu erhöhen, kann in einer bevorzugten Ausführung der Aluminiumkörper 22 aus Aluminium plus ungefähr 1 Atomprozent bis ungefähr 15 Atomprozent Kupfer zusammengesetzt sein. Die Schicht 22 ist mit der Haftschicht 21 verbunden. Auf der Oberseite des Körpers 22 ist eine erste metallische Schicht 23, die aus ungefähr 0,05-0,15 dickem Titan (oder Chrom) besteht, angeordnet. Die erste metallische Schicht 23 stellt eine Sperre zwischen einer zweiten metallischen Schicht 24 und dem Körper 22 aus Aluminium bereit. Die zweite metallische Schicht 24, die aus Kupfer (oder Nickel) besteht, das ungefähr 1,1 um dick ist, dient als eine Diffusionsschicht. Die zweite metallische Schicht 24 stellt eine saubere Bondoberfläche bereit. Eine dritte metallische Schicht 25 ist aus Gold zusammengesetzt, und diese dritte Schicht 25 ist ungefähr 0,15-0,50 um dick.
  • Der TAB-Flachleiter 30 wird, bereit zum Bonden auf den Höcker, gezeigt. Der Flachleiter 30 umfaßt vorzugsweise einen Kupferkörper 31, der mit einem dünnen metallurgischen Film 32, der vorzugsweise aus Gold oder Zinn zusammengesetzt ist, beschichtet ist. Jedoch kann er auch unbeschichtet oder als rohes Kupfer belassen werden.
  • Fig. 2 zeigt den Chip 10 der Fig. 1, der den Höcker 20 mit dem Flachleiter 30, der durch ein Verfahren wie Thermokompressionsbonden auf den Höcker 20 gebondet ist, trägt, mit den Schichten 25 und 32, die in der Grenzschicht 33 miteinander verbunden sind und durch das Bondverfahren gebondet sind, um eine monolithisch durchwachsene Struktur mit der Grenzschicht 33 zwischen den Schichten 25 und 32 zu bilden, die zu existieren aufhören, da die zwei Schichten während des Bondverfahrens ineinander übergegangen sind.
  • Es kann wünschenswert sein, die Festigkeit des Höckers zu erhöhen. Ein Weg, um eine derartige Festigkeitserhöhung zu erreichen, ist das Hinzufügen von legierenden Elementen während gleichzeitiger Aufdampfung von Aluminium plus dem legierenden Element wie Cu, Ni, Si und Fe. Alternative legierende Bestandteile sind Ti, Cr, Mn, Co, Zn, Pt, Mg, Ca und Au. Der Anteil solcher legierenden Elemente in beiden Gruppen, die dem Aluminium zugesetzt werden können, reicht von ungefähr 1 Atomprozent bis ungefähr 15 Atomprozent.
  • Die Tabellen I und II zeigen verschiedene alternative Kombinationen von Materialien in den Schichten der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 2 und Dicken der Schichten. TABELLE I FLACHLEITERMETALLURGIE UND BONDART OBERFLÄCHE DICKE HÖCKER OBERFLÄCHE BONDART Au Plattierung auf Cu Sn Plattierung auf Cu Blankes Cu TABELLE II HÖCKERSTRUKTUR (siehe Fig. 1) SCHICHT DICKE VORZUGSMATERIAL ANDERE MATERIALIEN Al-Legierung
    • ZUSÄTZLICHE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Fig. 3 zeigt eine metallische Höckerstruktur 50, die auf einem Chip 40 durch Aufdampfen durch eine Maske hindurch geformt sein kann. Die Maske kann eine standard-geätzte Metallmaske sein, die aus einem Metall wie Molybdän besteht oder es kann eine aus dickem Fotolack sein. Das Volumen 52 des Höckers 50 besteht aus weichem Aluminium, das in der gewünschten Höhe aufgedampft ist. Eine dünne Übergangsschicht 51 aus 0,1 um dickem Titan oder Chrom wird erst zwischen der Aluminium-Kupfer Anschlußfläche 42 und dem Aluminiumvolumen 52 des Höckers 50 aufgedampft. Die Übergangsschicht 51 vermindert den Kontaktwiderstand und gewährleistet die Haftung. Das Volumen 52 aus Aluminium ist 10 bis 25 um dickes Weichaluminium, das aufgedampft ist. Aluminium mit Legierungselementen kann wie in Fig 1 in der Schicht 52 angewandt werden, oder in anderen Ausbildungen kann die Schicht 52 aus Kupfer, Gold oder Nickel zusammengesetzt sein. Die oberste Fläche der weichen Aluminiumschicht 52 ist mit einer dünnen Schicht 53 aus Titan oder Chrom bedeckt. Eine mögliche Grenzschicht 54 aus 1 um Nickel oder Kupfer kann dann aufgedampft werden. Die Struktur wird dann mit einer 2 bis 6 um dicken obersten Schicht 55 aus einem niedrig-schmelzenden Metall aus der Gruppe bestehend aus Zinn, Blei und Indium (Sn, Pb und In) oder Kombinationen derselben ausgewählt, bedeckt.
  • Der TAB-Flachleiter 60 wird, bereit zum Bonden auf den Höcker, gezeigt. Flachleiter 60 umfaßt vorzugsweise einen Kupferkörper 61, der mit einem dünnen metallurgischen Film 62, der vorzugsweise aus Gold oder Zinn zusammengesetzt ist, beschichtet ist. Jedoch kann er auch unbeschichtet als rohes Kupfer belassen werden.
  • Fig. 4 zeigt den Chip, der den Höcker 50 wie in Fig. 2 mit dem Flachleiter 60, der durch ein Verfahren wie Thermokompressionsbonden auf den Höcker 50 gebondet ist, trägt, mit den Schichten 55 und 62, die in der Grenzschicht 63 miteinander verbunden sind und durch das Bondverfahren gebondet sind, um eine monolithisch durchwachsene Struktur mit der Grenzschicht 63 zwischen den Schichten 55 und 62 zu bilden, die zu existieren aufhören, da die zwei Schichten während des Bondverfahrens ineinander übergegangen sind.
  • Diese Struktur erfüllt alle Anforderungen an eine zuverlässige Chip-Verbindung. Das Bonden kann durch Bildung von Zinn/Gold-Legierungen erreicht werden, von denen eine ein Zinn/Gold-Eutektikum, das bei 280ºC schmilzt ist. Die dicke Zinnschicht wird beim Bonden nicht vollständig verbraucht und das macht den Hökker wiederverwendbar. Gold-plattierte Flachleiter oder TAB- Flachleiter können ohne Gebrauch von Lot oder Flußmittel gebondet werden. Das löst ein ernstes Problem, das mit der Flachleiter-Kapselungstechnik verbunden ist. Es ist keine Reinigung von Flußmitteln erforderlich. Ein Chip mit dieser Struktur kann auch auf Keramikchipträger befestigt werden, besonders auf jenen, die einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben (2-4 · 10&supmin;&sup6;/ºC).
  • Chip-Verbindungen wie oben beschrieben wurden mit Verfahren unter Benutzung des Standes der Technik hergestellt. Die Aluminiumverbindungen wurden durch Metallmasken hindurch aufgedampft. Die Höckerhöhe wurde mit 20 um gewählt, obwohl Höcker bis zu einer Höhe von 125 um durch dieselben Masken hindurch aufgedampft werden können. Feldstrukturen von Anschlußflächen wurden mit mehreren Anschlußstiftkonfigurationen hergestellt
  • Eine Analyse zeigt eine gute Gleichmäßigkeit der Höhe der Struktur, eine gute Haftung auf der Oberfläche, einen niedrigen Kontaktwiderstand (typischerweise ungefähr 2 Milliohm) und eine gute Bondcharakteristik. Typischerweise sind die Zugfestigkeiten für das Bonden an TAB-Flachleiter 50 Gramm pro Flachleiter, wobei der Bruch gewöhnlich in dem Flachleiter auftritt, was die große Festigkeit der Höckerstruktur, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, offenbart.
  • Die Wiederverwendbarkeit der Struktur wurde demonstriert. SEM- Bilder eines Chips, das auf einem goldplattierten TAB-Flachleiter gebondet war, wurden aufgenommen. Der Chip war an die TAB- Flachleiter unter Verwendung von wiederverwendbaren Höckern gebondet. Nach einer Rückbearbeitung verbleibt das Zinn auf den Kontaktflächen auf der Spitze der Höcker und ist bereit für das nächste Bonden. Das wurde mit Hilfe von SEM-Fotographien studiert. Wir haben beobachtet, daß nicht das gesamte Zinn verbraucht wurde. Ein Wiederbonden von Chips nach dem Entfernen konnte erfolgreich erreicht werden.
  • Diese Struktur und das Verfahren haben einige Vorteile. Die Struktur ist wiederverwendbar in einem Trockenverfahren des Bondens. Der Körper ist aus einem dicken Aluminiumkörper und einer dicken Zinnbondoberfläche zusammengesetzt, die mit einem einzigen Abpumpvorgang einer Aufdampfanlage aufgedampft werden. Die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 und 4 erfordern keinen Gebrauch von Edelmetallen. Die Struktur kann für TAB oder zum Bonden von Keramiken mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten eingesetzt werden. Tabelle III zeigt verschiedene alternative Kombinationen der Materialien in den Schichten der Ausführungsbeispiele von Fig. 3 und 4 plus bevorzugte Dicken der Schichten. TABELLE III WIEDERVERWENDBARE HÖCKERSTRUKTUR (siehe Fig. 3) SCHICHT DICKE VORZUGSMATERIAL ANDERE MATERIALIEN Al-Legierung
  • Bezogen auf Fig. 5 und 6, wurden die Strukturen der Fig. 1 und 2 durch Entfernen einer der Schichten aufgrund von Ursachen die unten beschrieben werden leicht modifiziert. Fig. 5 und 6 verwenden eine neue TAB-Folien-auf-Chip Bond-Grenzschicht-Struktur. Diese Struktur benutzt ein einziges Material, Titannitrid sowohl für Haftung als auch als Diffusionssperre, was die Anzahl von Metallquellen reduziert.
  • Um das automatische Folienbonden (TAB) für die Kapselung von VLSI-Chips, die mit Höckern versehen wurden, zu nutzen, müssen die unterschiedlichen Metalle der Folie und der Höcker gebondet werden, um hochfeste, niederohmige Kontakte zwischen den Metallen auf der Folie und auf den Höckern herzustellen. Im allgemeinen erfordert dies die Fertigung von Grenzschicht-Strukturen. Die eingesetzte Grenzschicht muß eine gute Sperrschicht sein, um die Bondoberfläche, gewöhnlich aus Gold, vor einer Diffusion in den darunter liegenden Aluminiumhöcker abzuhalten, sie darf nicht mit dem Aluminium reagieren, muß gut auf dem Höcker haften und muß ein guter elektrischer Leiter sein.
  • Der Gebrauch von Titannitrid erlaubt die Herstellung von TAB- Grenzschichten mit weniger Metallen. Der Einsatz von weniger Metallen und weniger Metallschichten bedeutet ein vereinfachtes Herstellungsverfahren und den Einsatz weniger Quellen, die für Mehrfachverdampfungen erforderlich sind. Eine Struktur, die durch den Gebrauch von Titannitrid vereinfacht wird, ist der Aluminiumhöcker, der beim Bonden von Chips mit Aluminiumhöckern auf planaren Folien eingesetzt wird.
  • Fig. 5 zeigt einen Aluminium-Höckersockel 70 umfassend vier aufgedampfte Schichten aus vier Metallen. In Reihenfolge sind diese wie folgt:
  • (i) eine dünne Haftschicht 21 aus Titan,
  • (ii) eine dicke Schicht aus Aluminium 22,
  • (iii) eine dünne Schicht aus Titannitrid, die sowohl als Haftschicht als auch als Sperrschicht dient und
  • (iv) eine Bondschicht aus Gold 75.
  • Diese Struktur kann mit weniger Schritten als zur Herstellung der fünf aufgedampften Schichten aus vier Metallen gefordert, wie in Fig. 1 gezeigt, aufgebracht werden. Die vier aufgedampften Schichten der Fig. 5 erfordern nur drei Metallaufdampfquellen. Zusammenfassend besteht der Höcker 70, der in Fig. 5 gezeigt wird, aus einer dünnen Schicht aus Titan 21, gefolgt von einer dicken Schicht 22, sowie einer Schicht aus Titannitrid 74, die sowohl als Haftschicht als auch als Sperrschicht dient und einer Bondschicht aus Gold 75.
  • Titannitrid ist extrem hart und mißt 2000 kg/mm² auf der Knoop- Härteskala. Dies ist größer als die Härte von Wolframkarbid. Es hat einen elektrischen Widerstand von 21,7 uohm cm. Eine 0,2 um dicke TiN Grenzschicht für eine 100 um quadratische Anschlußfläche hat einen Serienwiderstand von 4,4 uohm. TiN haftet gut auf beidem, Aluminium und Gold, während es die Diffusion von Gold in das Aluminium verhindert.
  • Fig. 6 zeigt den Sockel 70 der Fig. 5, der an den Flachleiter in fast gleicher Weise wie in Fig. 2, gebondet ist.
  • Eine andere alternative Ausführung dieser Erfindung erfordert weniger Schichten aus Metall auf der obersten Fläche als in Fig. 5, aber hat einen näheren Bezug zum Konzept von Fig. 1 mit der Anzahl der Schichten von Fig. 5, wobei die Schicht 21 von Fig. 5 aus Cr oder Ti sein kann, die Schicht 22 aus Al oder Al-Legierung sein kann, die Schicht 74 aus Cu oder Ni ist und die oberste Schicht Au ist. Tabelle V zeigt die Dicken der verschiedenen Schichten.
  • Die Tabellen IV und V zeigen unterschiedliche alternative Kombinationen der Materialien in den Schichten der Ausführungsbeispiele nach Fig. 5 und 6 plus bevorzugte Dicken der Schichten. TABELLE IV TITANNITRIDHÖCKERSTRUKTUR (siehe Fig. 5) SCHICHT DICKE VORZUGSMATERIAL ANDERE MATERIALIEN Al-Legierung TABELLE V ÄNDERUNG DER ALUMINIUMHÖCKERSTRUKTUR (siehe Fig. 5) SCHICHT DICKE VORZUGSMATERIAL Al-Legierung
    • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Diese Erfindung ist in der Datenverarbeitung wie in Personal Computern, Rechnern, Mini-Rechnern, Großrechnern und anderen Datenverarbeitungsanlagen anwendbar. Zusätzlich ist dieses System und Verfahren in Industrie- und Konsumelektronik-Bauteilen anwendbar, in denen LSI- (Großintegrations-) Chips eingesetzt werden. Elektronische Produkte wie Transport- und Regelsysteme, die Datenverarbeitungssysteme zur kontinuierlichen Überwachung und ähnliche Funktionen einschließen, können das Kapselungsverfahren und -system gebrauchen.
  • Die technischen Vorteile dieser Ausführung sind Zuverlässigkeit der Verbindungen und die Entlastung der Fertigung. Darüber hinaus enthält diese Ausführung den Gebrauch eines Trockenverfahrens, das den Industrie-Standard der Verwendung der Naßchemie mit den damit verbundenen Nachteilen ausschaltet. Außerdem beseitigt es die Lithographie-Schritte, was die Ausbeute erhöht und die Kosten reduziert.
  • Wie oben festgestellt, ist diese Erfindung insbesondere an den Gebrauch des automatischen Folienbondverfahrens (TAB) angepaßt, das sehr hochintegrierte Chips (VLSI) mit den Substraten zur Kapselung verbindet. TAB kann automatisch durchgeführt werden und vermindert die Arbeitsaufwand der Kapselung. Die Höcker gemäß dieser Erfindung dienen zur Erleichterung bei der Durchführung der TAB-Kapselung.

Claims (7)

1. Höckerstruktur mit einem Sockel (20, 50, 70), der eine darauf aufgebrachte metallische Verbindungsschicht (25, 55) für ein Thermokompressionsbonden eines leitenden Flachleiteranschlusses (30, 60) an mindestens eine elektrische Anschlußleitung aufweist, die auf einem Substrat (11, 41) eines Halbleiterchips (10, 40) mit eingeformten integrierten Schaltkreisen bereitgestellt ist, wobei die elektrische Anschlußleitung an einer leitenden Endanschlußfläche (12, 42) endet, das Substrat (11, 41) von einer Passivierungsschicht (13, 43) geschützt ist und die Anschlußfläche (12, 42) durch Öffnungen in der Passivierungsschicht (13, 43) der Umgebung ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch eine metallische Haftschicht (21, 51), die auf der Anschlußfläche (12, 42) aufgebracht ist, eine metallische Schicht (22, 52) mit einer Dicke im Bereich zwischen 10 und 25 um, die einen Großteil der Höhe des Sockels (20, 50, 70), der auf der metallischen Haftschicht (21, 51) aufgebracht ist, bildet, wobei die metallische Schicht (22, 52) mindestens ein Metall ausgewählt aus einer Gruppe, die Aluminium und derartige Aluminiumlegierungen, die zwischen 1 bis 15 Atom-Prozent des Legierungsmetalls enthalten, umfaßt, eine erste metallische Schicht (23, 53), die als Haftschicht dient und die metallische (22, 52) bedeckt und eine Sperre zwischen der metallischen Schicht (22, 52) und einer folgenden zweiten metallischen Schicht (24, 54), die als diffusionssperrende Schicht dient, bildet, wobei die metallische Verbindungsschicht (25, 55) auf der zweiten metallischen Schicht (24, 54) auf der Spitze der Höckerstruktur zum Bonden an den leitenden Flachleiteranschluß (30, 60) aufgebracht ist und worin die metallische Haftschicht (21, 51) eine Dicke im Bereich zwischen 0,05 und 0,15 um aufweist.
2. Höckerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Haftschicht (21, 51) und die erste metallische Schicht (23, 53) aus einem Metall ausgewählt aus der Gruppe, die Titan und Chrom umfaßt, besteht und daß die zweite metallische Schicht (24, 54) aus einem Metall der Gruppe, die Kupfer und Nickel umfaßt, besteht.
3. Höckerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste metallische Schicht (23, 53) eine Dicke im Bereich zwischen 0,05 und 0,15 um und die zweite metallische Schicht (24, 54) eine Dicke im Bereich zwischen 0,8 und 1,2 um aufweist.
4. Höckerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verbindungsschicht (25, 55) auf der Spitze des Sockels (50) aus einer Zinnschicht (55) besteht, die eine Dicke im Bereich zwischen 2 und 6 um aufweist.
5. Höckerstruktur mit einem Sockel (70), die eine darauf aufgebrachte Gold-Verbindungsschicht (75) für ein Thermokompressionsbonden eines leitenden Flachleiteranschlusses (30) an mindestens eine elektrische Anschlußleitung aufweist, die auf einem Substrat (11) eines Halbleiterchips (10) mit eingeformten integrierten Schaltkreisen bereitgestellt ist, wobei die elektrische Anschlußleitung an einer leitenden Endanschlußfläche (12) endet, das Substrat (11) von einer Passivierungsschicht (13) geschützt ist und die Anschlußfläche (12) durch Öffnungen in der Passivierungsschicht (13) der Umgebung ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch eine metallische Haftschicht (21), die auf der Kontaktfläche (12) aufgebracht ist, eine metallische Schicht (22) mit einer Dicke im Bereich zwischen 10 und 25 um, die den Hauptanteil der Höhe des Sockels (20), der auf der metallischen Haftschicht (21) aufgebracht ist, bildet, wobei die metallische Schicht (22) mindestens ein Metall ausgewählt aus einer Gruppe, die Aluminium und derartige Aluminiumlegierungen, die zwischen 1 bis 15 Atom-Prozent des Legierungsmetalls enthalten, umfaßt, eine Schicht (74) aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe, die Titannitrid, Kupfer und Nickel umfaßt, wobei die Schicht (74) die metallische Schicht (22) bedeckt und die Gold-Verbindungsschicht (75) auf die Schicht (74) auf der Spitze der Höckerstruktur zum Bonden an den leitenden Flachleiteranschluß (30) aufgebracht ist und worin die metallische Haftschicht (21) eine Dicke im Bereich zwischen 0,05 und 0,15 um aufweist.
6. Höckerstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (74) aus Titannitrid besteht und eine Dicke im Bereich zwischen 0,1 und 0,3 um aufweist und sowohl als Haftschicht und als Sperrschicht dient.
7. Höckerstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (74) aus einem Metall ausgewählt aus der Gruppe, die Kupfer und Nickel umfaßt, besteht und eine Dicke im Bereich zwischen 0,8 und 1,2 um aufweist und als metallische Sperrschicht dient.
DE87110755T 1986-08-11 1987-07-24 Halbleiterchip mit einer Höckerstruktur für automatische Bandmontage. Expired - Fee Related DE3787772T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US89509086A 1986-08-11 1986-08-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3787772D1 DE3787772D1 (de) 1993-11-18
DE3787772T2 true DE3787772T2 (de) 1994-05-05

Family

ID=25403959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE87110755T Expired - Fee Related DE3787772T2 (de) 1986-08-11 1987-07-24 Halbleiterchip mit einer Höckerstruktur für automatische Bandmontage.

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0256357B1 (de)
JP (1) JPS6345826A (de)
DE (1) DE3787772T2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157362A1 (de) * 2001-11-23 2003-06-12 Infineon Technologies Ag Leistungsmodul und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102009056663A1 (de) * 2009-12-02 2011-06-09 Epcos Ag Metallisierung mit hoher Leistungsverträglichkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit
DE102019125447A1 (de) * 2019-09-20 2021-03-25 Infineon Technologies Ag Halbleitersubstrat mit einem Bondpat-Material auf Aluminiumbasis
DE102015205704B4 (de) 2015-03-30 2024-07-11 Robert Bosch Gmbh Kontaktanordnung und Verfahren zu Herstellung der Kontaktanordnung

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0732158B2 (ja) * 1988-04-08 1995-04-10 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 電子部品のための多層金属構造
KR0165883B1 (ko) * 1988-09-16 1999-02-01 존 엠. 클락 테이프 자동화 본딩 프로세스용의 금/주석 공정 본딩
JP2514291B2 (ja) * 1990-06-22 1996-07-10 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 半導体回路装置の製造方法
DE4442960C1 (de) * 1994-12-02 1995-12-21 Fraunhofer Ges Forschung Lothöcker für die Flip-Chip-Montage und Verfahren zu dessen Herstellung
WO1997004378A1 (en) * 1995-07-20 1997-02-06 Dallas Semiconductor Corporation Microcircuit with memory that is protected by both hardware and software
JP2015076470A (ja) * 2013-10-08 2015-04-20 トヨタ自動車株式会社 半導体装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3531852A (en) * 1968-01-15 1970-10-06 North American Rockwell Method of forming face-bonding projections
US4005472A (en) * 1975-05-19 1977-01-25 National Semiconductor Corporation Method for gold plating of metallic layers on semiconductive devices
JPS5317070A (en) * 1976-07-30 1978-02-16 Nec Corp Semiconductor device
JPS5323564A (en) * 1976-08-17 1978-03-04 Nec Corp Bump type semiconductor device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157362A1 (de) * 2001-11-23 2003-06-12 Infineon Technologies Ag Leistungsmodul und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10157362B4 (de) * 2001-11-23 2006-11-16 Infineon Technologies Ag Leistungsmodul und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102009056663A1 (de) * 2009-12-02 2011-06-09 Epcos Ag Metallisierung mit hoher Leistungsverträglichkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit
US9173305B2 (en) 2009-12-02 2015-10-27 Epcos Ag Metallization having high power compatibility and high electrical conductivity
US9728705B2 (en) 2009-12-02 2017-08-08 Qualcomm Incorporated Metallization having high power compatibility and high electrical conductivity
DE102015205704B4 (de) 2015-03-30 2024-07-11 Robert Bosch Gmbh Kontaktanordnung und Verfahren zu Herstellung der Kontaktanordnung
DE102019125447A1 (de) * 2019-09-20 2021-03-25 Infineon Technologies Ag Halbleitersubstrat mit einem Bondpat-Material auf Aluminiumbasis
US11410950B2 (en) 2019-09-20 2022-08-09 Infineon Technologies Ag Semiconductor substrate having a bond pad material based on aluminum

Also Published As

Publication number Publication date
EP0256357B1 (de) 1993-10-13
JPS6345826A (ja) 1988-02-26
DE3787772D1 (de) 1993-11-18
EP0256357A3 (en) 1989-03-01
EP0256357A2 (de) 1988-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5134460A (en) Aluminum bump, reworkable bump, and titanium nitride structure for tab bonding
DE102005028951B4 (de) Anordnung zur elektrischen Verbindung einer Halbleiter-Schaltungsanordnung mit einer äusseren Kontakteinrichtung
DE3885834T2 (de) Lötstelle und Verfahren zu ihrer Bewerkstelligung.
DE3789172T2 (de) Verfahren zum Montieren eines Silizium-Würfels.
DE69534543T2 (de) Halbleiteranordnung, Montagesubstrat für die Halbleiteranordnung und Verfahren zum Ersetzen der Halbleiteranordnung
DE69834768T2 (de) Universelle Oberflächenendbeschichtung für DCA, SMT und Kontaktfläche-auf-Kontaktfläche-Zwischenverbindungen
DE69632969T2 (de) Verfahren zum Bilden von Loterhebungen und Loterhebungsstruktur
DE102006044691B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Anschlussleitstruktur eines Bauelements
DE60037057T2 (de) Halbleiterelement und Herstellungsverfahren dafür
DE2032872A1 (de) Verfahren zum Herstellen weichlötfähiger Kontakte zum Einbau von Halbleiterbauelementen in Gehäuse
DE69500388T2 (de) Filmschaltungs-Metallsystem zur Verwendung in IC-Bauteilen mit Kontakthöckern
DE69813701T2 (de) Elektrodenstruktur einer Siliziumhalbleiteranordnung
DE102006036798B4 (de) Elektronisches Bauteil und Verfahren zum Herstellen
DE102012111654B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements
EP1883962B1 (de) Ubm-pad, lötkontakt und verfahren zur herstellung einer lötverbindung
DE3787772T2 (de) Halbleiterchip mit einer Höckerstruktur für automatische Bandmontage.
DE112013006790B4 (de) Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Fertigen einer Halbleitervorrichtung
DE3788263T2 (de) Verfahren zum elektrischen Verbinden von zwei Objekten.
DE3830131C2 (de)
DE68907033T2 (de) Löten und Verbinden von Halbleiterkontakten.
EP0056472B1 (de) Elektronische Dünnschichtschaltung
DE19942885A1 (de) Halbleiter-Bauelement
DE10023834A1 (de) Verfahren zur Schichtbildung und -strukturierung
EP0278413A2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Bonddraht und einer Kontaktfläche bei hybriden Dickschicht-Schaltkreisen
DE69026118T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Thermokompressionsverbindung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee