JP2007527112A - 直接的なダイの取付けのための金属相互接続システムおよび方法 - Google Patents
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- H01L2924/20105—Temperature range 150 C=<T<200 C, 423.15 K =< T < 473.15K
-
- 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
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/30107—Inductance
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Abstract
【選択図】図3
Description
本出願は、2003年12月12日付けの米国特許出願第60/529166号および2004年2月12日出願の第60/544702号の優先権による利益を主張するものであり、これらの開示全体は、本明細書中で詳説されているがごとく参照により本願に組み込まれている。
該当なし
「マイクロフィッシュ付録」への言及
該当なし
本発明は、概括的には半導体技術に関し、より詳細には、プリント回路配線板のような基板に半導体チップを直接実装するためのシステムおよび方法に関する。
2.従来技術の簡単な説明
典型的な表面実装可能な半導体コンポーネントは、リードフレームに取り付けられ、ワイヤボンディングされ、リードを露出させてプラスチック製パッケージに封止された半導体チップからなっている。リードを、例えばプリント回路配線板にはんだ付けすることによって、半導体チップとの機械的、熱的および電気的な接続が得られる。
図1に、典型的な従来のワイヤボンドチップもしくはリードフレームを備えているチップの例示的な態様を示す。ワイヤボンドは、電子デバイスに、寄生インダクタンスおよび直列抵抗をもたらす。追加のインダクタンスおよびレジスタンスは、高周波数デバイス、高速デバイスおよび低オン抵抗パワー半導体デバイスを含む多くのデバイスにおいて不都合である。リードフレームによって、チップにおける主な熱伝導経路が形成される しかし、ワイヤボンドチップの熱的性能は、基板への熱経路、回路配線板もしくは支持体、ならびにリードフレームの設計および構成によって制限される。
フリップチップバンププロセスは、上述のワイヤボンドチップの欠点を克服するために開発された。フリップチップバンプアッセンブリは、「ダイレクトチップアタッチ(直接チップ取付け)」アッセンブリとも呼ばれ、チップを、チップ上に設けた導電性のバンプを用いて、基板、配線板または支持体に対して直接的に下向きに取付けるプロセスである。
本発明は、従来技術の上述の制限に対処するものであり、それは、本発明の一態様によれば、支持体に直接的に接続させる半導体チップであって、チップの上面に被着された金属層と、この金属層上に被着された保護層であって、金属層の一部を露出させる1つ以上の開口(「結合パッド」)を形成するように選択的に除去される保護層と、1つ以上の開口のそれぞれの上に形成された1つ以上のはんだ付け可能な金属接触領域とを有している半導体チップを提供することによって、達成される。チップを支持体上で下向きに配置し、はんだの薄い層を設けて加熱すると、はんだ付け可能な金属接触領域は支持体と電気的に接続する。
図3に、本発明によって構築された半導体チップ300の例示的な態様を示す。図示のように、半導体チップ300は、アルミニウム金属層302、保護層330、下地金属層302の一部を露出させるための保護層330に設けられた複数の「結合パッド」もしくは開口304、および複数のはんだ付け可能な電気金属接触領域310を有している。はんだ付け可能な金属接触領域310は、結合パッド304上に形成されており、図1および2に記載のUBM層260と同様の材料からなっている。はんだ付け可能な金属接触領域310によって、チップ300を、プリント回路配線板のような基板に直接的にはんだ付けすることができる。好ましくは、はんだ付け可能な金属接触領域310は、約1μmの厚みを有しており、例えばTiCu、TiNiAg、またはAlNiVCu金属層の導電性金属層コンビネーションの2つまたは3つの層からなっている。必要に応じて、露出した金属の酸化を防止し、チップの基板への取付けを簡単にするために、はんだ付け可能な金属接触領域310に、はんだ311の追加的なフィルム層を設けることもできる。
図4に、本明細書に記載された本発明の教示によって、プリント回路配線板に取り付けられたチップ300の例示的な態様を示す。図示のように、チップ300は、裏返しにされて、従来の表面実装技術を用いて回路配線板430に取り付けられている。プリント回路配線板430上には、はんだペースト410の薄層を、ステンシルを用いて堆積させることができる。次に、チップ300を適切な位置に位置決めして、ペースト410と接触するまで降下させる。次に、プリント回路配線板430アッセンブリを、約200℃に、はんだが再流動化するまで加熱する。すると、チップに設けられたはんだ付け可能な金属接触領域310が、銅プリント回路配線板トレース420に直接的にはんだ付けされ、これにより、機械的、電気的および熱的接続が形成される。
図5A〜Cに、本明細書に記載された本発明の教示によるチップ100の別の例示的な態様を示す。特に、図5Aに、基板105、2つのソース110およびドレイン120を有しているデバイスの一部を示す。さらに、デバイス100は、P基板150として示されている。別の態様では、P基板は、P−基板の上面上に堆積させてある。
ソースランナ(runner、経路)140およびドレインランナ170は、 第2の相互接続層上に形成されており、好ましくは金属からなっているが、別の導電性材料を使用することもできる。ソースランナ160は、ビア162を用いてソースランナ140を相互接続している。好ましくは、ソースランナ160は、ソース110に対して実質的に平行であるが、平行でない別の向きであってもよい。
以上、本発明の好ましい態様を説明したが、単に例を挙げて行った上記の説明は例示的なものに過ぎず、限定的なものでないことが当業者には理解されるであろう。本明細書で開示されている全ての特徴(特許請求の範囲、要約および図面のいずれをも含む)は、特別な記載がない限りは、同じ目的、同等のもしくは同様の目的を果たす代替的な特徴で置き換えることができる。したがって、本発明を変形させた多くの別の態様も、本発明の特許請求の範囲およびそれと同等のものによって規定される本発明の範囲内にあるものと考えられる。
Claims (30)
- 支持体へ直接的に取り付ける半導体チップを製造する方法であって、
上表面を有する、ある程度製造されたチップを準備し、
前記チップの前記上表面上に金属層を被着させ、
前記金属層上に保護層を被着させ、
前記保護層の複数の部分を選択的に除去し、1つ以上の開口を形成して前記金属層の複数の部分を露出させ、
前記1つ以上の開口上に、はんだ付け可能な金属接触領域を形成する方法であって、
前記チップを前記支持体上に下向きに配置し、はんだの薄層を設け、加熱すると、前記はんだ付け可能な金属接触領域が前記支持体に電気的に接続される、方法。 - 前記1つ以上のはんだ付け可能な金属接触領域が、TiCu金属層コンビネーション、TiNiAg金属層コンビネーションおよびAlNiVCu金属層コンビネーションからなる群から選択される材料からなっている、請求項1に記載の方法。
- 前記金属層がアルミニウムである、請求項1に記載の方法。
- 前記1つ以上のはんだ付け可能な金属接触領域の厚みが、約1μmである、請求項1に記載の方法。
- 支持体へ直接的に結合する半導体チップであって、
前記チップの上表面に被着された金属層と、
前記金属層上に被着された保護層であって、該保護層の複数の部分が選択的に除去されて、1つ以上の開口を形成し、前記金属層の複数の部分を露出させる、保護層と、
前記1つ以上の開口のそれぞれの上に形成された1つ以上のはんだ付け可能な金属接触領域とを備えており、
前記チップを前記支持体上に下向きに配置し、はんだの薄層を設け、加熱すると、前記はんだ付け可能な金属接触領域が前記支持体に電気的に接続される、半導体チップ。 - 前記1つ以上のはんだ付け可能な金属接触領域が、TiCu金属層コンビネーション、TiNiAg金属層コンビネーションおよびAlNiVCu金属層コンビネーションからなる群から選択される材料からなっている、請求項5に記載のチップ。
- 前記金属層がアルミニウムである、請求項5に記載のチップ。
- 前記1つ以上のはんだ付け可能な金属接触領域の厚みが、約1μmである、請求項5に記載のチップ。
- ラテラルディスクリートパワー半導体MosFET(lateral discrete power semiconductor MosFET)であって、
(a)半導体基板、
(b)前記半導体基板に設けた、少なくとも1つのソースを形成する少なくとも1つの第1のドープ領域、
(c)前記半導体基板に設けた、少なくとも1つのドレインを形成する少なくとも1つの第2のドープ領域、
(d)少なくとも1つの第1のランナおよび少なくとも1つの第2のランナを有する第1の接続層であって、該少なくとも1つの第1のランナが、前記少なくとも1つの第1のドープ領域に動作可能に接続されており、前記少なくとも1つの第2のランナが、前記少なくとも1つの第2のドープ領域に動作可能に接続されている、第1の接続層、
(e)前記第1の接続層に動作可能に接続されていてかつ少なくとも1つの第3のランナおよび少なくとも1つの第4のランナを備えている第2の接続層であって、前記少なくとも1つの第3のランナが前記、前記少なくとも1つの第4のランナが前記少なくとも1つの第2のランナに動作可能に接続されている、第2の接続層、および
(f)前記少なくとも1つの第3のランナに動作可能に接続されている少なくとも1つの第1のパッドと、前記少なくとも1つの第4のランナに動作可能に接続されている少なくとも1つの第2のパッドとを備えている、第3の接続層
を備えているMosFET。 - 前記少なくとも1つのパッドが、少なくとも1つの第1の銅ピラーまたは1つの金属層を備えており、前記少なくとも1つの第1のパッドおよび前記少なくとも第2のパッドが、実質的に市松模様パターンに配置されている、請求項9に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの第1のパッドに、前記少なくとも1つの第2のパッドが介在配置されている、請求項10に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの第1のドープ領域が、トランジスタのためのソースであり、前記少なくとも1つの第2のドープ領域が、トランジスタのためのドレインである、請求項9に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つのソースおよび少なくとも1つのドレインが、実質的に細長い形状で構成されており、前記少なくとも1つのソースに、前記少なくとも1つのドレインが介在配置されている、請求項12に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つのソースおよび前記少なくとも1つのドレインが、実質的に市松模様パターンで構成されている、請求項12に記載の半導体デバイス。
- ラテラルディスクリートパワー半導体MosFETデバイスであって、
(a)半導体基板、
(b)前記半導体基板に設けられた、少なくとも1つのソースを形成する少なくとも1つの第1のドープ領域、
(c)前記半導体基板に設けられた、少なくとも1つのドレインを形成する少なくとも1つの第2のドープ領域、および
(d)前記第1の接続層と動作可能に接続されかつ前記少なくとも1つの第2のドープ領域に動作可能に接続されている第1の接続層
を備えている、デバイス。 - 前記第2の導電層が、前記第1の導電層を介して前記少なくとも1つの第2のドープ領域に動作可能に接続されている、請求項15に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 前記第2の導電層が、前記第1の導電層を介して前記少なくとも1つの第2のドープ領域に動作可能に接続されており、そのような接続のために、前記第1の導電層の一部が使用されている、請求項16に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 第3の導電層を備えており、該第3の導電層が、少なくとも1つの第1のパッドおよび少なくとも1つの第2のパッドを有しており、前記少なくとも1つの第1のパッドが、前記第1の導電層に動作可能に接続されており、前記少なくとも1つの第2のパッドが、前記第2の導電層に動作可能に接続されている、請求項15に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの第1のパッドが、少なくとも1つの第1の銅ピラーバンプまたは銅ダイレクトアタッチまたははんだバンプを有しており、前記少なくとも1つの第2のパッドが、少なくとも1つの第2の銅ピラーバンプまたは銅ダイレクトアタッチまたははんだバンプを有している、請求項18に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの第1のパッドおよび前記少なくとも1つの第2のパッドが、実質的に市松模様のパターンで配置されている、請求項19に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの第1のパッドに、前記少なくとも第2のパッドが介在配置している、請求項19に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つのソースおよび前記少なくとも1つのドレインが、実質的に長細い形状で構成されており、前記少なくとも1つのソースに、前記少なくとも1つのドレインが介在配置されている、請求項15に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つのソースおよび前記少なくとも1つのドレインが、実質的に市松模様のパターンで構成されている、請求項15に記載のラテラルディスクリートパワー半導体デバイス。
- (a)半導体基板、
(b)前記半導体基板に設けられた、少なくとも1つのソースを形成している少なくとも1つの第1のドープ領域、
(c)前記半導体基板に設けられた、少なくとも1つのドレインを形成している少なくとも1つの第2のドープ領域、
(d)前記少なくとも1つの第1のドープ領域に動作可能に接続されている少なくとも1つの第1のランナと、前記少なくとも1つの第2のドープ領域に動作可能に接続されている少なくとも1つの第2のランナとを有している第1の接続部、および
(e)前記少なくとも1つの第1のランナに動作可能に接続されている少なくとも1つの第1のパッドと、前記少なくとも1つの第2のランナに動作可能に接続されている少なくとも1つの第2のパッドとを有している第2の接続層
を備えている、ラテラルディスクリートパワーMosFET。 - 前記少なくとも1つの銅ピラーバンプまたは1つの銅ダイレクトアタッチまたは1つのはんだバンプを有しており、前記少なくとも1つの第2のパッドが、少なくとも1つの第2の銅ピラーバンプまたは銅ダイレクトダイアタッチまたは1つのはんだバンプを有している、請求項24に記載のラテラルディスクリートパワーMosFET。
- 前記少なくとも1つの第1のパッドおよび前記少なくとも1つの第2のパッドが、実質的に市松模様パターンで配置されている、請求項25に記載のラテラルディスクリートパワーMosFET。
- 前記少なくとも1つの第1のパッドに、前記少なくとも1つの第2のパッドが介在配置されている、請求項25に記載のラテラルディスクリートパワーMosFET。
- 前記少なくとも1つのソースおよび前記少なくとも1つのドレインが、実質的に細長い形状で構成されており、前記少なくとも1つのソースに、前記少なくとも1つのドレインが介在配置されている、請求項24に記載のラテラルディスクリートパワーMosFET。
- 前記少なくとも1つのソースおよび前記少なくとも1つのドレインが、実質的に市松模様パターンで構成されている、請求項24に記載のラテラルディスクリートパワーMosFET。
- 市松模様パターンで配置されているシリコン表面と接触している第1の金属を備えている3つの金属システムに配置されたソース領域およびドレイン領域を使用したラテラルディスクリートパワーMosFETの組合せであって、2つの追加的なストライプ状の金属構造が続き、これにより、ソース、ドレインおよび銅ピラーバンプに相当するゲートが得られる。プレーナ型のソース領域およびドレイン領域は、金属1と金属2との間でいずれも90度の角度をなす平行のストライプであり、第3の層が500μm平方のパッドである。
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