DE69912565T2 - Halbleiteranordnung - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil, insbesondere ein Halbleiterbauteil vom Typ mit flächigem Kontaktfleck.
- Beschreibung der hintergrundbildenden Technik
- Chips vom Typ mit flächigem Kontaktfleck werden nun in der Praxis verfügbar. Beim Typ mit flächigem Kontaktfleck wird ein Elektroden-Kontaktfleck auf einer Verdrahtung oder einem aktiven Element hergestellt, um einen Bereich zu beseitigen, der nur durch den Elektroden-Kontaktfleck belegt ist, wodurch die Chipgrößen verkleinert werden. Wie es in der
5 dargestellt ist, ist ein Elektroden-Kontaktfleckabschnitt dieses Halbleiterchips mit einem Isolierfilm22 , einer Verdrahtung in einer ersten Ebene, die auch als aktives Element23 dient, einem Zwischenschicht-Isolierfilm24 , einem Elektroden-Kontaktfleck25 und einem Schutzfilm26 mit einer Öffnung ausgebildet, die in dieser Reihenfolge auf einem Halbleitersubstrat21 hergestellt sind. In diesem Fall sind eine Verdrahtung und ein aktives Element23 unmittelbar unter dem Elektroden-Kontaktfleck25 ausgebildet, wobei dazwischen ein Zwischenschicht-Isolierfilm24 vorhanden ist. Daher können die Verdrahtung und das aktive Element23 beschädigt werden und/oder der Zwischenschicht-Isolierfilm24 kann während des Drahtbondens Risse bekommen. - In Verbindung mit den obigen Problemen offenbart die japanische Patentoffeniegungsschrift Nr. 1-91439 einen Zwischenschicht-Isolierfilm aus drei Schichten, die aus einem Plasma-Nitridfilm
31 , einem Phasenzüchtungs-Oxidfilm Halbleiterbauteil32 und einem Dampfzüchtungs-Oxidfilm33 mit einem Fremdstoff bestehen. Dadurch wird eine Struktur mit guter Überdeckung und großer Festigkeit geschaffen, die dazu ausreicht, dem Drahtbonden standzuhalten. In den4 und5 kennzeichnet die Bezugszahl21 ein Halbleitersubstrat,22 einen Oxidfilm,23 eine Verdrahtung und ein aktives Element,24 einen Zwischenschicht-Isolierfilm,25 einen. Elektroden-Kontaktfleck,26 einen Schutzfilm,31 einen Plasma-Nitridfilm,32 einen Dampfzüchtungs-Oxidfilm,33 einen Dampfzüchtungs-Oxidfilm mit Fremdstoff und34 einen Isolierfilm mit hoher Haftfähigkeit zum Elektroden-Kontaktfleck. - Bei einer TCP(Tape Carrier Package)-Struktur, bei der ein AU-Kontakthöcker auf einem Elektroden-Kontaktfleck ausgebildet ist, kann ein Teil unter dem Elektroden-Kontaktfleck beschädigt werden, wenn der Bandträger an eine innere Leiterbahn gebondet wird, und der Kontaktfleck kann abgezogen werden.
- Techniken im Zusammenhang mit der Herstellung eines Ni-Kontakthöckers auf einem Elektroden-Kontaktfleck sind in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 8-264541 und anderen Dokumenten offenbart. Jedoch ist in dieser Veröffentlichung keine Struktur offenbart, bei der eine Verdrahtung oder ein aktives Element unter einem Elektroden-Kontaktfleck angeordnet wäre, wobei sich dazwischen ein Zwischenschicht-Isolierfilm befindet.
- Jedoch erfordern die vorstehend genannten Gegenmaßnahmen eine deutliche Änderung des Waferherstellschritts und komplizierte Herstellschritte. Um die obigen Gegenmaßnahmen bei verschiedenen Arten von Bauteilen zu verwenden, muss bei jedem Prozess ein Zwischenschichtfilm geändert werden. Eine Änderung des Zwischenschichtfilms kann jedoch nicht ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden, da dadurch die Qualität und die Eigenschaften der Bauteile beeinflusst werden.
- Wenn der Kontaktfleck nicht mit einem Vorsprung versehen ist, kann die Qua-1ität des abschließenden Zwischenschichtfilms nicht ohne Schwierigkeiten kontrolliert werden. Um die Qualität des Zwischenschichtfilms zu kontrollieren, ist es erforderlich, den Wafer zum Bestimmen des Abschnitts zu überziehen, was zu einer Kostenerhöhung führt. Es ist auch schwierig, die Anhaftung zwischen dem Zwischenschichtfilm und dem Elektroden-Kontaktfleck zu messen. Demgemäß kann selbst dann, wenn wegen unzureichender Anhaftung Zwischen ihnen bestimmte Schwierigkeiten auftreten, das Problem nicht aufgefunden werden, bevor nicht der tatsächliche Zusammenbau erfolgt, so dass Erzeugnisse mit derartigen Störungen auf den Markt gebracht werden können, was zu einem anderen Problem führt.
- JP-A-02014527 offenbart ein Halbleiterbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß der Erfindung ist Folgendes geschaffen: ein Halbleiterbauteil mit einer auf einem Substrat ausgebildeten Verbindung oder einem aktiven Element und einem auf der Verbindung oder dem aktiven Element ausgebildeten Elektroden-Kontaktfleck mit einem dazwischen ausgebildeten Zwischenschicht-Isolierfilm; wobei auf der Oberfläche des Elektroden-Kontaktflecks zum Schützen der Verbindung oder des aktiven Elements während des Verbindens mit einem externen Terminal eine vorstehende Elektrode ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehende Elektrode aus mindestens einer aus der aus Ni, Cu, einer Cu-Legierung und einer Ni-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählten Materialart besteht; und die vorstehende Elektrode eine Höhe im Bereich von 0,5 μm bis 10 μm aufweist.
- Vorzugsweise verfügt die vorstehende Elektrode über einen Oberflächenfilm aus mindestens einem aus der aus Au, Pt und Ag bestehenden Gruppe ausgewählten Materialart.
- Der Oberflächenfilm verfügt vorzugsweise über eine Dicke im Bereich von 0,05 μm bis 2 μm.
- Die vorstehende Elektrode ist nur in einem Ausbildungsbereich des Elektroden-Kontaktflecks ausgebildet.
- Die vorstehende Elektrode kann aus einer NiP-Schicht mit einem Phosphorgehalt von 7% bis 11% bestehen.
- Das Halbleiterbauteil ist vorzugsweise mit Folgendem versehen: einem Schutzfilm, der sich von einer Position über dem Zwischenschicht-Isolierfilm bis an eine Position über dem Umfang des Elektroden-Kontaktflecks erstreckt, und mit einer Öffnung auf dem Elektroden-Kontaktfleck; wobei sich die vorstehende Elektrode von einer Position über dem Elektroden-Kontaktfleck in der Öffnung bis an eine Position über dem Schutzfilm erstreckt.
- Das Halbleiterbauteil kann über eine externe Verdrahtung verfügen, die durch das Bonden mit der vorstehenden Elektrode verbunden wird.
- Die externe Verdrahtung verfügt vorzugsweise über einen Bonddraht oder eine Leitung.
- Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Schnitt, der eine Schnittstruktur eines Kontaktflecks eines Halbleiterchips gemäß der Erfindung zeigt; -
2 ist ein Schnitt, der die Schnittstruktur des Kontaktflecks des Halbleiterchips gemäß der Erfindung gemeinsam mit einem daran angebrachten TCP zeigt; -
3 ist ein Schnitt, der die Schnittstruktur des Kontaktflecks des Halbleiterchips gemäß der Erfindung gemeinsam mit einem Kunststoffgussgehäuse und einem Substrat (gedruckte Leiterplatte oder keramische Leiterplatte) zeigt; -
4 ist ein Schnitt, der beispielhaft die Kontaktfleckstruktur des Halbleiterchips aus dem Stand der Technik zeigt; und -
5 ist ein Schnitt, der ein anderes Beispiel der Kontaktfleckstruktur des Halbleiterchips aus dem Stand der Technik zeigt. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
- Die
1 ist ein Schnitt, der eine Schnittstruktur eines Kontaktflecks eines Halbleiterchips gemäß der Erfindung zeigt. Die Bezugszahl1 kennzeichnet ein Halbleitersubstrat,2 einen Oxidfilm,3 eine Verdrahtung und ein aktives Element,4 einen Zwischenschicht-Isolierfilm,5 einen Elektroden-Kontaktfleck,6 einen Schutzfilm,7 eine NiP-Schicht (Schutzelektrode) und 8 eine Au-Schicht (Oberflächenschicht). - Wie es in der
1 dargestellt ist, sind die Isolierschicht2 , die Verdrahtung der ersten Ebene mit aktiver Schicht3 , der Zwischenschicht-Iso-lierfilm4 , der Elektroden-Kontaktfleck5 und der Schutzfilm6 mit einer Öffnung in dieser Reihenfolge auf dem Halbleitersubstrat1 ausgebildet. Die NiP-Schicht7 , die 7%, bis 11%, Phosphor enthält und die vorstehende Elek trode von 5 μm Höhe bildet sowie die Au-Schicht8 mit einer Dicke von 1 μm, die einen Oberflächenfilm zum Schützen der Oberfläche der vorstehenden Elektrode bildet, sind in dieser Reihenfolge in der Öffnung ausgebildet. Die NiP-Schicht7 und die Au-Schicht8 werden durch stromloses Plattieren hergestellt. Um Stößen während des Drahtbondens und des Anbondens der inneren Zuleitung standzuhalten, muss die NiP-Schicht7 über eine Höhe von 0,5 μm oder mehr verfügen. Auch beträgt die Höhe der NiP-Schicht7 angesichts einer Verringerung der zu ihrer Herstellung benötigten Zeit vorzugsweise 10 μm oder weniger. Statt durch eine NiP-Schicht kann ein ähnlicher Effekt durch eine Schicht erzielt werden, die aus einem Material besteht, das aus der Ni, Cu, Ni-Legierungen und Cu-Legierungen enthaltenden Gruppe ausgewählt wird. - Um eine Oberflächenoxidation der NiP-Schicht
7 zu verhindern, muss die Au-Schicht8 lediglich eine Dicke von 0,05 μm der mehr aufweisen. Selbst dann, wenn die Au-Schicht8 für eutectisches Bonden mit Sn verwendet wird, muss sie lediglich über eine Dicke von 2 μm oder mehr verfügen. Um die zum Herstellen der Au-Schicht8 benötigte Zeit zu verkürzen, verfügt sie vorzugsweise über eine Dicke im Bereich von 0,05 μm bis 2 μm. Anstelle einer Au-Schicht8 kann eine Schicht aus einem Edelmetall wie Pt oder Ag verwendet werden, oder sie kann als Verbundschicht ausgebildet werden, die ein Edelmetall enthält, in welchem Fall ein ähnlicher Effekt erzielt werden kann. - Nun wird ein Verfahren zum Herstellen der NiP-Schicht
7 und der Au-Schicht8 beschrieben. - Als Erstes wird Al auf der Oberfläche des Elektroden-Kontaktflecks
5 , die durch die im Schutzfilm6 ausgebildete Öffnung freigelegt wird, durch Zn ersetzt, was eine Austausch(Substitutions)reaktion mit Ni erlaubt. Dann wird der Chip in eine Plattierungslösung eingetaucht, und es wird ein stromloses Plattieren ausgeführt, um eine NiP-Schicht7 mit einer Dicke von 5 μm, gemessen ab dem Schutzfilm6 , auszubilden. Das Abscheiden von NiP durch dieses stromloses Plattieren zeigt Selektivität. - Eine NiP-Schicht wird durch eine Austauschreaktion gebildet, die zwischen dem Ni und der auf der Oberfläche des Elektroden-Kontaktflecks
5 hergestellten Zn-Schicht erfolgt. Dann schreitet das stromlose Plattieren auf der Oberfläche der Ni-Schicht dank einer Autokatalyse fort. Demgemäß ist es nicht erforderlich, ein Resistmuster zur Plattierung auszubilden. Ferner ist es wegen des stromlosen Plattierens nicht erforderlich, auf der Wafer oberfläche einen leitenden Film auszubilden. - Die für den obigen Vorgang verwendete Lösung für stromloses Plattieren von Ni ist eine übliche Lösung, die hauptsächlich aus Nickelsulfat und Natriumhydrophosphit besteht.
- Dann wird die Au-Schicht
8 auf der NiP-Schicht7 hergestellt. Ni auf der Oberfläche der NiP-Schicht7 wird unter Verwendung einer Au-Substitutions-Plattierungslösung durch Au ausgetauscht. Diese Reaktion ist eine Austauschreaktion, und die durch diese Reaktion gebildete Au-Schicht8 kann über eine Dicke von 0,1 μm oder weniger verfügen. Diese Dicke ist ausreichend groß, um die Oberfläche der NiP-Schicht7 durch die Au-Schicht8 zu schützen. Ferner wird stromloses Au-Plattieren ausgeführt, um die Dicke der Au-Schicht8 auf 1 μm zu erhöhen. Die Lösung für stromloses Plattieren von Au besteht hauptsächlich aus Au-Natriumsulfit. - Dabei bedeckt die NiP-Schicht
7 die Öffnung im Schutzfilm6 , und sie verfügt über keinen Abschnitt, der aus einem Bereich überstehen würde, in dem der Elektroden-Kontaktfleck5 ausgebildet ist. Dank dieser Struktur bedeckt die durch die Au-Schicht8 geschützte NiP-Schicht7 die Schutzöffnung und dient dazu, den Elektroden-Kontaktfleck5 gegen Korrosion und anderes zu schützen. Dank der Struktur, bei der die NiP-Schicht7 nicht gegenüber dem Elektroden-Kontaktfleck5 vorsteht, können Spannungen gelindert werden, so dass ein Abziehen des Kontaktflecks und ein Einwölben des darunterliegenden Halbleitersubstrats verhindert werden können. - Da die Festigkeiten des Elektroden-Kontaktflecks
5 und des darunterliegenden Teils durch die NiP-Schicht bemessen werden können, kann das Haftvermögen kontrolliert werden. - Die
2 ist ein Schnitt des Halbleiterchips des TCP. Bei diesem Halbleiterchip sind die Isolierschicht2 , die Verdrahtung in der ersten Ebene mit aktiver Schicht3 , der Zwischenschicht-Isolierfilm4 , der Elektroden-Kontaktfleck5 und der Schutzfilm6 mit einer Öffnung in dieser Reihenfolge auf einem Halbleitersubstrat1 ausgebildet. Eine 7% bis 11% Phosphor enthaltende NiP-Schicht7 sowie eine Au-Schicht8 sind in dieser Reihenfolge in der Öffnung ausgebildet. - Ein Bandträger (nicht dargestellt) verfügt über einen Isolierfilm mit einem Bauteilloch, und auf diesen Isolierfilm wird mit einem Kleber ein Leiter muster geklebt. Ein mit diesem Leitermuster integriertes Leitermuster erstreckt sich in das Bauteilloch hinein, und eine Leiterbahn
9 ist durch eine Sn-Plattierung beschichtet. - Beim oben beschriebenen TCP erfolgt das Bonden zwischen dem Halbleiterchip und dem Bandträger durch einen eutectischen Au-Sn-Kristall, der durch Thermokompressionsbonden zwischen der Au-Schicht
8 auf dem Elektroden-Kontaktfleck5 und der Sn-Schicht der Leiterbahn9 gebildet wird. - Nach dem Abscheidungsvorgang mit Thermokompression wurden die Leiterbahn
9 und die Schutzelektrode7 entfernt undes wurden die Zustände des Elektroden-Kontaktflecks5 und des darunterliegenden Abschnitts untersucht. Selbst bei Bedingungen mit einer Belastung von 50 Gewichtsgramm (0,49 Newton) pro Elektrode und einer Temperatur von 560°C wurde keine Beschädigung verursacht. Unter denselben Bedingungen wurde eine nur aus Au hergestellte vorstehende Elektrode untersucht. In diesem Fall ergab es sich, dass der Elektroden-Kontaktfleck und der darunterliegende Abschnitt beschädigt waren. - Die
3 ist ein Schnitt des Halbleiterchips gemäß der Erfindung, der in einem Kunststoffvergussgehäuse untergebracht ist und auf einem Substrat (gedruckte Leiterplatte oder keramische Leiterplatte nicht dargestellt) montiert ist. Selbst bei einer Struktur, bei der ein Draht10 an die vorstehende Elektrode7 gebondet ist, wie es in der3 dargestellt ist, können Schäden verhindert werden, ähnlich wie im TCP-Fall, die durch den Drahtbondvorgang am Elektroden-Kontaktfleck5 und dem darunterliegenden Abschnitt hervorgerufen werden könnten. Die Beschreibung erfolgte für ein Beispiel, bei dem die harte, vorstehende Elektrode aus einem Ni enthaltenden Metall besteht. Statt dessen könnte als hartes Metall der vorstehenden Elektrode, das durch stromloses Plattieren hergestellt werden kann, ein Cu enthaltendes Metall verwendet werden. - Gemäß der Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, lindert die vorstehende Elektrode Schläge, wie sie während des Drahtbondens oder des Anbondens einer inneren Leiterbahn auftreten können, selbst wenn das Drahtbonden oder das Anbonden der inneren Leiterbahn auf dem Elektroden-Kontaktfleck ausgeführt wird. Daher entstehen am Elektroden-Kontaktfleck und dem Zwischenschicht-Isolierfilm sowie der Verdrahtungsschicht und der aktiven Schicht unter dem Kontaktfleck keine Schäden. Demgemäß ist es möglich, die Ausbeute während des Zusammenbaus und die Zuverlässigkeit der Verbindung zu verbessern. Da die harte, vorstehende Elektrode in der Schutzfilmöffnung auf dem Elektroden-Kontaktfleck ausgebildet ist, ist es möglich, die Scherfestigkeit in lateraler Richtung zu messen und die Haftfestigkeit zu ermitteln, so dass die Haftfähigkeit vor dem Zusammenbau ermittelt werden kann. Die Struktur im Stand der Technik ist nicht mit einer vorstehenden Elektrode versehen, und daher verfügt sie über keinen Mitnehmer, Haken oder dergleichen, so dass beim Stand der Technik eine Messung physikalisch unmöglich ist. Durch Herstellen der vorstehenden Elektrode kann ein Werkzeug zum Messen der Scherfestigkeit oder dergleichen an dieser eingehakt werden, und daher kann eine Messung der Scherfestigkeit ausgeführt werden.
- Durch Herstellen des Oberflächenfilms aus einer Ag-Schicht, einer Pt-Schicht, einer Au-Schicht oder dergleichen auf der Oberfläche der vorstehenden Elektrode kann eine Oberflächenoxidation derselben verhindert werden. Ferner treten selbst dann keine Probleme auf, wenn sie für eutectisches Bonden zwischen der Au-Schicht und Sn verwendet wird.
- Da die Cu-Schicht, die Ni-Schicht, die Cu-Legierungsschicht, die Ni-Legierungsschicht, die Rg-Schicht, die Pt-Schicht und die Au-Schicht durch stromloses Plattieren hergestellt werden können, sind keine komplizierten Schritte für elektrolytisches Plattieren erforderlich.
- Durch Herstellen der vorstehenden Elektrode im Bereich, in dem der Elektroden-Kontaktfleck ausgebildet ist, ist es möglich, ein Abziehen des Elektroden-Kontaktflecks und ein Einwölben des darunterliegenden Halbleitersubstrats zu verhindern, wodurch es durch Spannungen kommen könnte, wie sie von der vorstehenden Elektrode ausgeübt werden.
Claims (8)
- Halbleiterbauteil mit einer auf einem Substrat (
1 ) ausgebildeten Verbindung oder einem aktiven Element (3 ) und einem auf der Verbindung oder dem aktiven Element (3 ) ausgebildeten Elektroden-Kontaktfleck (5 ) mit einem dazwischen ausgebildeten Zwischenschicht-Isolierfilm (4 ); – wobei auf der Oberfläche des Elektroden-Kontaktflecks (5 ) zum Schützen der Verbindung oder des aktiven Elements (3 ) während des Verbindens mit einem externen Terminal eine vorstehende Elektrode (7 ) ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass – die vorstehende Elektrode (7 ) aus mindestens einer aus der aus Ni, Cu, einer Cu-Legierung und einer Ni-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählten Materialart besteht; und – die vorstehende Elektrode (7 ) eine Höhe im Bereich von 0,5 μm bis 10 μm aufweist. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die vorstehende Elektrode (
7 ) einen Oberflächenfilm (8 ) aus mindestens einem aus der aus Au, Pt und Ag bestehenden Gruppe ausgewählten Materialart besteht. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die vorstehende Elektrode (
7 ) nur in einem Ausbildungsbereich des Elektroden-Kontaktflecks (5 ) ausgebildet ist. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, bei dem der Oberflächenfilm (
8 ) eine Dicke im Bereich von 0,05 μm bis 2 μm aufweist. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die vorstehende Elektrode (
7 ) aus einer NiP-Schicht besteht, die einen Phosphorgehalt von 7% bis 11% aufweist. - Halbleiterbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit: – einem Schutzfilm (
6 ), der sich von einer Position über dem Zwischenschicht-Isolierfilm (4 ) bis an eine Position über dem Umfang des Elektroden-Kontaktflecks (5 ) erstreckt, und mit einer Öffnung auf dem Elektroden-Kontaktfleck (5 ); – wobei sich die vorstehende Elektrode (7 ) von einer Position über dem Elektroden-Kontaktfleck (5 ) in der Öffnung bis an eine Position über dem Schutzfilm (6 ) erstreckt. - Halbleiterbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit: – einer externen Verbindung (
9 ,10 ), die durch Sonden mit der vorstehenden Elektrode (7 ) verbunden ist. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 7, bei dem die externe Verbindung (
9 ,10 ) einen Bonddraht oder eine Leitung beinhaltet.
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