KR20190132330A - 다이 부착 방법 및 그러한 방법에 기초하여 제조된 반도체 디바이스 - Google Patents

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KR20190132330A
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KR
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die
die attach
attach material
semiconductor
semiconductor die
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KR1020190150223A
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지오바니 라가사 가르빈
첸 웬 리
요아힘 말레르
벤자민 레이헤르트
피터 스트로벨
Original Assignee
인피니언 테크놀로지스 아게
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Publication date
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    • H01L2224/29347—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/32104—Disposition relative to the bonding area, e.g. bond pad
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    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32104—Disposition relative to the bonding area, e.g. bond pad
    • H01L2224/32106—Disposition relative to the bonding area, e.g. bond pad the layer connector connecting one bonding area to at least two respective bonding areas
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    • H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/83—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 a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
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    • H01L2224/83—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 a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83194—Lateral distribution of the layer connectors
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    • H01L2224/83—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 a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83385—Shape, e.g. interlocking features
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    • H01L2224/83—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 a layer connector
    • H01L2224/8338—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399—Material
    • H01L2224/834—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
    • H01L2224/83417—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
    • H01L2224/83424—Aluminium [Al] as principal constituent
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    • H01L2224/83—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 a layer connector
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    • H01L2224/83438—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 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/83—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 a layer connector
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    • H01L2224/83438—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 950°C and less than 1550°C
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Abstract

반도체 디바이스는, 캐리어, 반도체 다이 및 캐리어와 반도체 다이 사이에 배치된 다이 부착 물질을 포함한다. 다이 부착 물질의 필릿(fillet) 높이는 반도체 다이 높이의 약 95%보다 낮다. 다이 부착 물질과 마주보는 반도체 다이의 주면의 모서리 위에서 다이 부착 물질의 최대 연장은 약 200마이크로미터보다 작다.

Description

다이 부착 방법 및 그러한 방법에 기초하여 제조된 반도체 디바이스{DIE ATTACH METHODS AND SEMICONDUCTOR DEVICES MANUFACTURED BASED ON SUCH METHODS}
본 개시물은 일반적으로 반도체 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시물은 다이 부착 방법 및 그러한 방법에 기초하여 제조된 반도체 디바이스에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조시, 반도체 다이는 다이 부착 물질에 의해 캐리어에 부착될 수 있다. 반도체 다이의 특정 위치에 불필요하게 증착된 다이 부착 물질의 일부는 반도체 디바이스의 신뢰성에 영향을 줄 수 있다. 반도체 기술에서 반도체 다이의 크기는 시간이 지남에 따라 감소해 왔고, 미래에는 더 감소할 수도 있다. 반도체 디바이스 제조업체는 향상된 신뢰성, 크기 축소 및 제조 비용 절감 방안을 제공하고자 노력한다.
다양한 양태들은 캐리어, 반도체 다이 및 캐리어와 반도체 다이 사이에 배치된 다이 부착 물질을 포함하는 반도체 디바이스에 관한 것이다. 다이 부착 물질의 필렛 높이(fillet height)는 반도체 다이의 높이의 약 95% 미만이고, 다이 부착 물질과 마주보는 반도체 다이의 주면의 모서리에 대한 다이 부착 물질의 최대 연장은 약 200마이크로미터 미만이다.
다양한 양태들은 방법에 관한 것이고, 방법은, 캐리어를 제공하는 단계와, 캐리어 상에 다이 부착 물질을 증착하는 단계와, 다이 부착 물질 상에 반도체 다이를 배치하는 단계를 포함하되, 다이 부착 물질과 마주보는 반도체 다이의 주면은 다이 부착 물질과 적어도 부분적으로 접촉하고, 다이 부착 물질 상에 반도체 다이를 배치한 직후, 주면의 모서리에 대한 다이 부착 물질의 제 1 최대 연장은 약 100마이크로미터 미만이다.
다양한 양태들은 방법에 관한 것이고, 방법은, 캐리어를 제공하는 단계와, 캐리어 상에 다이 부착 물질을 증착하는 단계와, 다이 부착 물질 상에 반도체 다이를 배치하는 단계와, 반도체 다이의 측면에 다이 부착 물질의 필렛을 형성하는 단계를 포함하되, 필렛을 형성하는 단계는, 반도체 다이의 측면을 따른 다이 부착 물질의 크리핑(creeping)에만 기초한다.
첨부 도면은 양태들에 관한 추가적 이해를 제공하기 위해 포함되며 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 양태들을 도시하고 설명과 함께 양태들의 원리를 설명한다. 다른 양태들 및 양태들의 많은 의도된 이점들은 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 용이하게 이해될 것이다. 도면의 구성 요소들은 반드시 서로에 대해 실제 크기에 비례하는 것은 아니다. 동일한 참조 부호는 대응하는 유사한 부분을 나타낼 수 있다.
도 1은 도 1a 및 도 1b를 포함하고, 도 1a는 본 개시물에 따른 반도체 디바이스(100)에 관한 단면도를 개략적으로 도시하며, 도 1b는 반도체 디바이스(100)의 상면도를 도시한다.
도 2는 본 개시물에 따른 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 방법(200)은 캐리어에 반도체 다이를 부착할 기회를 제공한다.
도 3은 본 개시물에 따른 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 캐리어에 반도체 다이를 부착할 기회를 제공한다.
도 4는 본 개시물에 따른 반도체 디바이스(400)를 제조하기 위한 방법을 개략적으로 도시하는 도 4a 내지 도 4h를 포함한다. 방법(400)은 반도체 다이를 캐리어에 부착할 기회를 제공한다.
아래의 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 양태를 예시적으로 도시한 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 이와 관련하여, "상부", "하부", "전방", "후방" 등과 같은 방향 용어는 설명된 도면의 방향을 참조하여 사용될 수 있다. 설명되는 디바이스의 구성 요소는 다수의 상이한 방향으로 배치될 수 있으므로, 방향 용어는 설명의 목적으로 사용될 수 있으며 결코 제한적이지 않다. 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 다른 양태들이 이용될 수 있고 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수도 있다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 개념은 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
본원에 설명된 디바이스는 하나 이상의 반도체 다이(또는 반도체 칩)를 포함할 수 있다. 반도체 다이는 상이한 유형일 수 있고 상이한 기법으로 제조될 수 있다. 일반적으로, 반도체 다이는 집적 회로, 수동 전자 부품, 능동 전자 부품 등을 포함할 수 있다. 집적 회로는 로직 집적 회로, 아날로그 집적 회로, 혼합 신호 집적 회로, 전력 집적 회로 등으로 설계될 수 있다. 반도체 다이는 특정 반도체 물질로 제조될 필요는 없고, 반도체가 아닌 무기 및/또는 유기 물질, 예를 들어, 절연체, 플라스틱, 금속 등을 포함할 수 있다. 일례에서, 반도체 다이는 기본 반도체 물질, 예컨대, Si 등으로 제조될 수 있다. 추가의 예에서, 반도체 다이는 화합물 반도체 물질, 예를 들어 GaN, SiC, SiGe, GaAs 등으로 제조될 수 있다. 반도체 다이는, 예를 들어, 반도체 다이 후면에 옴 컨택(ohmic contact)을 요구하는 수직 전류 흐름을 갖는 반도체 디바이스를 위해, 반도체 다이의 후면에 하나 이상의 금속층을 추가로 포함할 수 있다.
반도체 다이는 2개의 대향하는 주면 및 이들 주면을 연결하는 측면을 가질 수 있다. 반도체 다이의 전극들은 반도체 다이의 주면들 중 하나 또는 둘 모두에 배치될 수 있다. 반도체 다이의 활성 주면은 전극 및/또는 활성 구조체, 예를 들어, 마이크로 전자 부품 및 집적 회로를 포함할 수 있다. 일반적으로, 반도체 다이는 임의의 크기일 수 있다. 특히, 반도체 다이의 (측면의) 높이는 약 400 마이크로미터 미만일 수 있고, 보다 구체적으로는 약 150마이크로미터 미만이거나, 보다 더 구체적으로는 약 100마이크로미터 내지 약 20마이크로미터 미만일 수 있다. 반도체 다이의 주면은 직사각형이거나, 보다 구체적으로는 정사각형을 가질 수 있다. 반도체 다이의 주면의 표면적은 약 0.5 제곱 밀리미터 내지 약 50 제곱 밀리미터이거나, 보다 구체적으로는 약 1.5 제곱 밀리미터 내지 약 25 제곱 밀리미터의 범위일 수 있다.
본 명세서에 설명된 디바이스는 하나 이상의 반도체 다이가 그 위에 배치될 수 있는 캐리어를 포함할 수 있다. 일반적으로, 캐리어는 금속, 합금, 유전체, 플라스틱, 세라믹 등 중에서 선택된 적어도 하나로 제조될 수 있다. 캐리어는 균질 구조(homogeneous structure)를 가질 수 있지만, 전기적 재분배 기능을 갖는 도전 경로와 같은 내부 구조체를 제공할 수도 있다. 일 예시에서, 캐리어는 리드, 다이 패드 또는 하나 이상의 리드 및 하나 이상의 다이 패드를 갖는 리드 프레임을 포함할 수 있다. 리드 프레임은 금속 및/또는 금속 합금, 특히 구리, 구리 합금, 니켈, 철 니켈, 알루미늄, 알루미늄 합금, 강철, 스테인레스 강 등 중에서 선택된 적어도 하나로 제조될 수 있다. 리드 프레임은 전도성 물질, 예를 들어, 구리, 은, 팔라듐, 금, 니켈, 철 니켈(iron nickel), 니켈 인(nickel phosphorus) 등 중 적어도 하나로 도금된, 사전 도금형 리드프레임일 수 있다. 리드 프레임의 표면, 특히 다이 패드의 다이 장착 표면은 거칠게 되거나 구조화될 수도 있다. 또 다른 예에서, 캐리어는 인쇄 회로 기판을 포함할 수도 있다. 또 다른 예에서, 캐리어는 세라믹 및 금속 도금된 세라믹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 캐리어는, 예를 들어, 직접 접합된 구리 기판, 활성 금속 브레이징된 기판, 절연 금속 기판 등과 같은 전력 전자 기판(power electronic substrate)을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 캐리어는 (예를 들어, 세라믹) 기판을 포함할 수 있으며, 기판은 기판에 포함된 재분배 구조체에 의해 기판 내부 또는 기판을 통해 전기 신호의 재분배를 제공하도록 구성될 수 있다.
본원에 설명된 디바이스는 다이 부착 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 다이 부착 물질은 반도체 다이를 캐리어에 부착 또는 고정하도록 구성된 임의의 종류의 물질일 수 있다. 특히, 다이 부착 물질은 캐리어와 같은 물체의 표면 상에 액체 또는 점성 형태로 증착되도록 구성될 수 있다. 다이 부착 물질은 다이 부착 물질의 증착 이후, 특히, 반도체 다이가 다이 부착 물질 상에 배치된 이후에 경화될 수 있다. 일례에서, 다이 부착 물질의 경화는 오븐에서 수행될 수 있는 큐어링(curing) 공정에 기초할 수 있다. 큐어링 시간은 약 10분 내지 약 3시간 범위일 수 있고, 큐어링 온도는 약 100℃ 내지 약 300℃의 범위일 수 있다.
일례에서, 다이 부착 물질은 접착 페이스트, 특히 폴리머 기반 접착 페이스트 또는 에폭시 기반 접착제 페이스트일 수 있다. 변이되지 않은(unmodified) 폴리머 기반 접착 페이스트는 절연성이거나 낮은 전기 전도성 및/또는 열 전도성을 나타낼 수 있다. 적절한 충전제(filler) 입자가 사용되어 증가된 전기 전도도 및/또는 열 전도성을 갖는 전도성 접착제 페이스트를 제공할 수 있다. 충전제 입자가 첨가되어 폴리머 매트릭스 내에 네트워크를 형성함으로써 혼합물을 전기적 및/또는 열적으로 전도시키기 위해 입자 접촉점에 걸쳐 전자 및/또는 열이 흐를 수 있다. 충전제 입자는, 예를 들어, 은, 구리, 니켈, 금, 알루미늄, 이들의 혼합 시스템 중 적어도 하나를 포함한다. 충전제 입자는 또한 예를 들면, 이산화규소, 산화알루미늄, 알루미나, 질화 붕소, 탄화규소, 질화 갈륨, 이들의 혼합 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 은 충전제 입자의 경우에, 다이 부착 물질은 특히 은 전도성 접착 페이스트를 포함하거나 대응할 수 있다. 충전제 입자는 약 50 나노 미터 내지 약 10 마이크로미터 범위의 직경을 가질 수 있다. 다른 예에서, 다이 부착 물질은 땜납(solder) 물질, 땜납 페이스트, 소결(sinter) 페이스트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다이 부착 물질의 열 전도도는 약 0.5W/(m·K)보다 크고, 보다 구체적으로 약 5W/(m·K)보다 크며, 보다 더 구체적으로 약 10W/(m·K)보다 클 수 있다. 열 전도도는 약 250W/(m·K)까지의 값을 가질 수 있다.
도 1은 도 1a 및 도 1b를 포함하고, 도 1a는 본 개시물에 따른 반도체 디바이스(100)의 단면도를 개략적으로 도시하고 도 1b는 반도체 디바이스(100)의 상면도를 도시한다. 반도체 디바이스(100)는 본 개시물의 양태들을 정성적으로 기술하기 위해 일반적인 방식으로 도시된다. 반도체 디바이스(100)는 간략화를 위해 도시되지 않는 추가 컴포넌트들을 포함할 수도 있다.
반도체 디바이스(100)는 캐리어(10), 반도체 다이(12) 및 캐리어(10)와 반도체 다이(12) 사이에 배치된 다이 부착 물질(14)을 포함할 수 있다. 다이 부착 물질(14)의 필렛(fillet) 높이(A)는 반도체 다이(12)의 높이(B)의 약 95% 미만일 수 있다. 다이 부착 물질(14)은 반도체 다이(12)의 측면(16)에서 필렛을 형성할 수 있고, 필렛 높이(A)는 다이 부착 물질(14)에 의해 덮이는 측면(16) 부분의 높이로 지정될 수도 있다. 즉, 측면(16)이 다이 부착 물질(14)에 의해 전혀 덮이지 않으면 필렛 높이(A)는 반도체 다이(12)의 높이(B)의 0%일 수 있고, 측면(16)이 다이 부착 물질(14)에 의해 완전히 덮이면 필렛 높이(A)는 반도체 다이(12)의 높이(B)의 100%일 수 있다. 이와 달리, 필렛 높이(A)는 반도체 다이(12)의 높이(B)와 다이 부착 물질(14)에 의해 덮이지 않은 측면(16) 부분의 높이(C)의 차로 지정될 수도 있다. 다이 부착 물질(14)과 마주보는 반도체 다이(12)의 주면(18)의 모서리(edge)에 대한 다이 부착 물질(14)의 최대 연장(D)은, 특히 도 1b에 도시된 바와 같이 반도체 다이(12)의 주면(18)에 실질적으로 수직인 방향에서 볼 때 약 200마이크로미터 미만일 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 개시물에 따른 방법(200 및 300)의 흐름도를 개략적으로 도시한다. 방법들(200 및 300)은 본 개시물의 양태들을 정성적으로 명시하기 위해 일반적인 방식으로 예시된다. 방법들(200 및 300) 각각은 간략화를 위해 도시되지 않은 추가의 동작들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 방법들(200 및 300) 각각은 도 4a 내지 도 4h의 방법과 관련하여 설명된 임의의 양태들에 의해 확장될 수도 있다.
도 2의 방법(200)은 다음과 같은 동작을 포함할 수 있다. 동작(20)에서, 캐리어가 제공될 수 있다. 동작(22)에서, 다이 부착 물질이 캐리어 상에 증착될 수 있다. 동작(24)에서, 반도체 다이가 다이 부착 물질 상에 배치될 수 있고, 다이 부착 물질과 마주보는 반도체 다이의 주면은 다이 부착 물질과 적어도 부분적으로 접촉한다. 반도체 다이를 다이 부착 물질 상에 배치한 직후에 주면의 모서리에 대한 다이 부착 물질의 최대 연장은 약 100마이크로미터 미만이다.
도 3의 방법(300)은 다음과 같은 동작을 포함할 수 있다. 동작(26)에서, 캐리어가 제공될 수 있다. 동작(28)에서, 다이 부착 물질이 캐리어 상에 증착될 수 있다. 동작(30)에서, 반도체 다이가 다이 부착 물질 상에 배치될 수 있디. 동작(32)에서, 다이 부착 물질의 필렛이 반도체 다이의 측면에 형성될 수 있고, 필렛의 형성은 반도체 다이의 측면을 따라 다이 부착 물질의 크리핑(creeping)에만 기초한다.
도 4a 내지 도 4h는 도 4g에 도시된 단면인 반도체 디바이스(400)를 제조하는 방법을 개략적으로 도시한다. 반도체 디바이스(400)는 반도체 디바이스(100)의 일 구현예로 볼 수 있고, 이하에서 설명되는 반도체 디바이스(400)의 세부 사항이 반도체 디바이스(100)에 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 도 4a 내지 도 4h의 방법은 도 2 및 도 3에 도시된 방법의 구현에 따라 달라질 수 있다. 따라서 아래에서 설명되는 방법(400)의 세부 사항이 도 2 및 도 3의 방법에도 마찬가지로 적용될 수도 있다.
도 4a에서, 캐리어(10)가 제공될 수 있다. 캐리어(10)는 반도체 다이를 운반하도록 구성되고 반도체 기법에서 이러한 목적으로 사용되는 임의의 종류의 대상물일 수 있다. 캐리어(10)는 반도체 다이를 장착하기에 적합한 적어도 하나의 다이 장착면(34)을 제공할 수 있다. 캐리어(100)는 리드, 다이 패드, 리드 프레임, 인쇄 회로 기판, 세라믹, 금속 도금된 세라믹, 기판, 전력 전자 기판 중 적어도 하나를 포함하거나 대응할 수 있다.
도 4b에서, 다이 부착 물질(14)은 캐리어(10)의 다이 장착면(34) 상에 증착될 수 있다. 다이 부착 물질(14)은 반도체 다이를 캐리어(10)에 부착 또는 고정하도록 구성된 임의의 종류의 물질일 수 있다. 예를 들어, 다이 부착 물질(14)은 접착 페이스트, 도전성 접착 페이스트, 은 도전성 접착 페이스트, 땜납 물질, 땜남 페이스트, 소결 페이스트 중 적어도 하나를 포함할 수 있거나 대응할 수 있다. 일 예에서, 다이 부착 물질(14)은 폴리머 물질 및 적어도 하나의 전기 전도성 및 열 전도성 충전제 입자(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 충전제 입자는, 예를 들면, 은, 구리, 니켈, 금, 알루미늄, 이들의 혼합 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 충전제 입자는 또한 예를 들면, 이산화규소, 산화 알루미늄, 알루미나, 질화 붕소, 탄화 규소, 질화 갈륨, 이들의 혼합 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다이 부착 물질(14)의 열 전도성은 약 0.5W/(m·K)보다 크고, 보다 구체적으로 약 5W/(m ·K)보다 크며, 보다 더 구체적으로 약 10W/(m·K)보다 클 수 있다. 열 전도도는 약 250W/(m·K)까지의 값을 가질 수 있다.
다이 부착 물질(14)은, 예를 들어, 스퀴징(squeegeeing) 기법, 인쇄 기법, 디스펜싱(dispensing) 기법 등 중 적어도 하나를 사용하여 증착될 수 있다. 기법은 사용된 다이 부착 물질(14)의 종류에 따라 선택될 수 있다. 특히, 다이 부착 물질(14)은 액체 형태로 다이 장착면(34) 상에 증착될 수 있고, 반도체 다이가 다이 부착 물질(14) 상에 배치된 후에 나중에 경화되거나(hardened) 큐어링될(cured) 수 있다.
도 4c는 도 4b의 상면도를 도시한다. 점선의 직사각형(R)은 다이 부착 물질(14) 상의 캐리어(10) 위에 장착될 반도체 다이의 주면의 윤곽 또는 형상을 나타낸다. 일반적으로, 다이 장착면(34)에 대해 실질적으로 수직인 방향에서 볼 때, 캐리어에 부착된 다이 부착 물질(14)의 윤곽 또는 형상은 임의적일 수 있다. 도 4c는 사용될 수 있는 예시적인 윤곽(S)을 도시한다. 예시적인 윤곽(S)은 직사각형(R)의 중앙에 실질적으로 배치될 수 있는 중간 부분 및 직사각형(R)의 중간 부분으로부터 모서리까지 연장되는 다수의 암(arm)을 포함할 수 있다. 특히, 증착된 다이 부착 물질(14)의 윤곽(S)은 반도체 다이의 윤곽(R) 내에 완전히 놓일 수 있다. 다이 장착면(34)을 덮는 다이 부착 물질(14)의 표면 영역(즉, 윤곽(S) 내부의 영역)은 반도체 다이의 주면의 표면 영역의 약 20% 내지 약 80%(즉, 윤곽(R) 내부의 영역)의 범위, 보다 구체적으로는 약 40% 내지 약 60%의 범위 내에 놓인다.
도 4d에서, 임의의 유형의 반도체 다이(12)가 제공될 수 있다. 반도체 다이(12)의 높이(B)는 약 400 마이크로미터 미만이거나, 보다 구체적으로 약 150 마이크로미터 미만이거나, 보다 구체적으로 약 120 마이크로미터 미만이거나, 보다 구체적으로 약 100 마이크로미터 미만이거나, 보다 더 구체적으로 약 60 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 미만일 수 있다. 다이 부착 물질(14)과 마주보는 반도체 다이(12)의 주면(18)은 직사각형, 보다 구체적으로 정사각형을 가질 수 있다. 주면(18)의 표면 영역은 약 0.5 제곱 밀리미터 내지 약 50 제곱 밀리미터의 범위, 보다 구체적으로 약 1.5 제곱 밀리미터 내지 약 25 제곱 밀리미터의 범위일 수 있다. 예를 들어, 주면(18)은 은 층(silver layer), 금 층(gold layer), 실리콘 산화물 층 중 하나에 대응할 수 있다.
반도체 다이(12)는 임의의 적절한 기법에 의해 제공될 수 있다. 도 4d의 예에서, 반도체 다이(12)는 반도체 다이(12)를 홀드하고 임의의 공간 방향으로, 특히 다이 부착 물질(14)을 향하여 이동시키도록 구성될 수 있는 암(38)에 의해 제공될 수 있다. 암(38)은 픽 앤 플레이스 머신(pick and place machine)(미도시)의 암일 수 있다. 반도체 다이(12)는 도 4d에 도시된 위치로 이동될 수 있고, 반도체 다이(12)의 주면(18)은 다이 장착면(34) 및/또는 다이 부착 물질(14)의 상부면에 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다.
도 4e에서, 반도체 다이(12)는 암(38)으로부터 해제(release)될 수 있다. 암(38)으로부터의 해제는 특히 반도체 다이(12)의 주면(18)이 다이 부착 물질(14)과 적어도 부분적으로 접촉할 수 있을 때 수행될 수 있다. 도 4e는 다이 부착 물질(14) 상에 반도체 다이(12)를 부착한 직후의 배치를 예시할 수 있다. 다른 예에서, 도 4e는 다이 부착 물질(14)에 반도체 다이(12)를 부착한 직후, 예를 들어, 약 5초 이하, 보다 구체적으로 약 3초 이하, 보다 더 구체적으로는 약 1초 이하 후의 배치를 도시할 수 있다.
도 4f는 도 4e의 평면도를 도시한다. 반도체 다이(12)의 주면(18)의 모서리에 대한 다이 부착 물질(14)의 제 1 최대 연장(D1)이 약 100 마이크로미터 미만, 보다 구체적으로 약 80 마이크로미터 미만, 보다 구체적으로 약 60 마이크로미터 미만이고, 보다 더 구체적으로 약 40 마이크로미터 미만일 수 있다.
도 4g에서, 다이 부착 물질(14)의 필렛(fillet)(40)이 반도체 다이(12)의 측면(16)에 형성될 수 있다. 특히, 도 4g는 정적 상태에서의 배치를 도시할 수 있고, 다이 부착 물질(14)의 자체 흐름(self-flow)이 완료될 수 있다. 따라서 필렛(40)은 다이 부착 물질(14)의 자체 흐름 동안 형성될 수 있다. 필렛(40)의 형성은 위쪽 방향으로 반도체 다이(12)의 측면(16)을 따라 다이 부착 물질(14)을 크리핑(creeping)하는 것에 기초할 수 있다. 즉, 반도체 다이(12)를 다이 부착 물질(14) 내로 가압하기 위한 추가의 힘이 가해지지 않을 수 있다. 반도체 다이(12)의 측면(16)을 따라 다이 부착 물질(14)을 크리핑하는 것은 다이(14)와 반도체 다이(12)의 측면(16) 사이의 접착력(adhesive force)에 기초할 수 있다. 다시 말해, 다이 부착 물질(14)의 크리핑은 모세관 작용에 기초할 수 있다. 따라서, 필렛(40)은 메니스커스(meniscus), 보다 구체적으로 오목 메니스커스(concave meniscus)의 형상을 가질 수 있다.
캐리어(10)와 반도체 다이(12) 사이에 배치된 다이 부착 물질(14) 부분은 접착층(bondline)으로 지칭될 수 있다. 접착층의 두께(F)는 반도체 다이(12)의 주면(18)에 걸쳐 실질적으로 일정할 수 있지만, 절차상의 부정확성으로 인해 자연스럽게 변할 수도 있다. 접착층 두께(F)의 평균값은 약 10 마이크로미터 내지 약 80 마이크로미터, 보다 구체적으로 약 20 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터의 범위일 수 있다. 도 4f의 예에서, 최 좌측 접착층 두께(FL)는 최 우측 접착층 두께(FR)와 다를 수 있다. 반도체 다이(12) 및/또는 다이 부착 물질(14)의 결과적인 기울기(즉, 차이 FL-FR)는 약 15 마이크로미터 미만일 수 있다.
도 4h는 정적 상태의 다이 부착 물질(14)에서의 도 4g의 평면도를 도시한다. 전술된 바와 같이 다이 부착 물질(14)의 자체 흐름 및 다이 부착 물질(14)의 크리핑 동안, 다이 부착 물질(14)은 반도체 다이(12)의 주면(18)의 모서리에 대해 또한 연장될 수 있다. 반도체 다이(12)의 주면(18)의 모서리에 대한 다이 부착 물질(14)의 제 2 최대 연장(D2)은 약 200 마이크로미터 미만, 보다 구체적으로 약 150 마이크로미터 미만, 및 보다 더 구체적으로 100 마이크로미터 미만일 수 있다. 특히, 제 2 최대 연장(D2)은 제 1 최대 연장(D1)보다 크거나 같을 수 있다. 도 4h의 제 2 최대 연장(D2)은 도 1의 최대 연장(D)에 대응할 수 있다.
다이 부착 물질(14)이 모서리에 대해 연장되지 않는 주면(18)의 모서리 부분이있을 수도 있다. 도 4g의 예에서, 다이 부착 물질(14)은 주면(18)의 3개의 모서리(좌측 하단, 우측 하단, 우측 상단)에서 주면(18)의 모서리에 대해 연장되지 않을 수도 있다. 다이 부착 물질(14)은 반도체 다이(12)의 주면(18)의 모서리에 대해 모서리 전체 길이의 약 50% 이상, 보다 구체적으로 모서리 전체 길이의 약 75% 이상, 보다 구체적으로 모서리 전체 길이의 약 90% 이상, 보다 더 구체적으로 모서리 전체 길이의 약 95% 이상에서 연장될 수 있다. 도 1b의 예를 다시 참조하면, 다이 부착 물질(14)은 모서리 전체 길이의 100%에서, 즉 모서리들의 각각의 위치에서, 주면(18)의 모서리에 대해 연장될 수 있다.
도 4a 내지 도 4h의 방법은 간략화를 위해 도시되지 않은 추가 동작을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 이 방법은 다이 부착 물질(14)의 정적 상태가 달성된 후에 다이 부착 물질(14)이 경화될 수 있는 추가 동작을 포함할 수 있다. 다이 부착 물질(14)의 경화는, 예를 들어, 큐어링 프로세스에 기초한다. 큐어링 시간은 약 10분 내지 약 3시간 범위일 수 있고, 큐어링 온도는 약 100℃ 내지 약 300℃의 범위일 수 있다. 또한, 배치의 하나 이상의 컴포넌트는 라미네이트, 에폭시, 충진 에폭시, 유리 섬유 충진 에폭시, 이미드(imide), 서모플라스트(thermoplast), 서모셋 폴리머(thermoset polymer), 폴리머 블렌드(polymer blend) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있는 캡슐화 물질(encapsulation material)에 임베딩될 수 있다. 도 4g를 다시 참조하면, 캡슐화 물질은 특히 반도체 다이(12), 다이 부착 물질(14) 및 다이 장착면(34) 위에 증착될 수 있다.
본 개시물에 따른 디바이스 및 방법은 다른 디바이스와 방법에 비해 다음의 효과 및/또는 이점을 제공할 수 있다. 열거된 효과는 배타적인 것도 아니고 제한적인 것도 아니다.
본 발명에 따르면, 반도체 다이의 주면의 모서리에 대한 다이 부착 물질의 최대 연장이 감소할 수 있다. 따라서, 더 큰 반도체 다이가 주어진 크기의 캐리어 상에 배치될 수 있다. 또한, 필요한 다이 부착 물질의 양이 감소할 수 있다. 또한, 다이 부착 물질의 오버플로우에 의해 야기되는 오염이 감소할 수 있다. 또한, 다이 부착 물질로부터의 캡슐 물질의 박리(delamination)의 위험이 감소할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 다이의 상부 주면 상의 다이 부착 물질의 오버플로우가 생략될 수 있다. 따라서, 반도체 다이의 상부 주면 상의 본드 와이어 접속을 손상시키는 다이 부착 물질의 위험이 감소할 수 있다. 또한, 반도체 다이의 상부 주면 상의 단락의 위험이 감소할 수 있다. 따라서 높이가 낮아진 반도체 다이는 캐리어에 안전하게 부착될 수 있다. 본 개시물에 따른 디바이스는 향상된 디바이스 신뢰성을 제공할 수 있다.
본원에 따르면, 개선된 균질성의 접착층 두께가 제공될 수 있다. 또한, 접착층 내의 공극(void)의 양이 감소할 수 있다.
*본 명세서에 사용된 바와 같이, "접속된", "연결된", "전기적으로 접속된" 및/또는 "전기적으로 연결된"이라는 용어는 반드시 요소들이 직접적으로 접속되거나 연결되어야 하는 것을 의미하지는 않는다. "접속된", "연결된", "전기적으로 접속된" 또는 "전기적으로 연결된" 요소들 사이에는 개재 요소가 제공될 수도 있다.
또한, 예를 들어, 물체의 표면 "위에(over)" 형성되거나 위치한 물질 층과 관련하여 사용되는 "위에(over)"라는 단어는, 물질 층이, 예를 들어, 암시된 표면과 직접 접촉하여, "바로 위에(directly over)" 위치(예를 들어, 형성, 증착 등)될 수 있음을 의미하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 표면 "위에" 형성되거나 위치한 물질 층과 관련하여 사용되는 단어 "위에"는, 물질 층이, 예를 들어, 암시된 표면과 물질 층 사이에 배치되는 하나 이상의 추가 층과 함께 암시된 표면 "상에 간접적으로(indirectly on)" 위치(예를 들어, 형성, 증착 등)될 수 있음을 의미하는데 사용될 수 있다.
또한, 용어 "갖는(having)", "포함하는(containing)", "포함하는(including)", "함께(with)" 또는 이들의 변형이 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 사용될 경우, 이러한 용어는 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다. 즉, 본원에 사용된 바와 같이, "갖는(having)", "포함하는(containing)", "포함하는(including)", "함께(with)", "포함하는(comprising)" 등의 용어는 명시된 요소 또는 특징의 존재를 나타내는 제한 없는 용어이지만, 추가 요소 또는 특징을 불가능하게 하지 않는다. 단수 문구("a", "an"및 "the")는 문맥상 달리 표시되지 않는 한 단수형뿐만 아니라 복수형을 포함하고자 한다.
또한, 용어 "예시적인"은 본원에서 예, 경우 또는 예증의 역할을 의미하기 위해 사용된다. 본원에서 "예시적인" 것으로 설명되는 임의의 양태 또는 설계는 반드시 다른 양태 또는 설계보다 이점이 있는 것으로 고려되는 것은 아니다. 오히려, 예시적인 이라는 용어를 사용하는 것은 구체적인 방식으로 개념을 제시하기 위한 것이다. 본 출원에서 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 독점적인 "또는" 보다는 포괄적인 "또는"을 의미하고자 한다. 즉, 달리 명시되거나 문맥상 명확하지 않은 한, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 임의의 자연적으로 포괄적인 치환을 의미하고자 한다. 즉, X가 A를 이용하거나, X가 B를 이용하거나, 또는 X가 A와 B를 모두 이용하면, 그 이후 앞의 경우들 중 임의의 경우에서 "X는 A 또는 B를 이용한다"가 충족된다. 또한, 본 출원서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 문구("a" 및 "an")는 달리 특정되거나 문맥으로부터 단수 형태로 명백히 명시되지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 고려될 수 있다. 또한, A 및 B 중 적어도 하나 등은 일반적으로 A 또는 B를 의미하거나 A 및 B 모두를 의미한다.
본원에는 디바이스 및 디바이스를 제조하기 위한 방법이 설명된다. 설명된 디바이스와 관련하여 작성된 의견은 해당 방법에 대해서도 유효하며 반대의 경우에도 마찬가지다. 예를 들어, 디바이스의 특정 구성 요소가 설명되는 경우, 디바이스를 제조하기 위한 대응하는 방법은 비록 그러한 동작이 도면에 명시적으로 설명되거나 도시되지 않더라도, 적절한 방식으로 컴포넌트를 제공하는 동작을 포함할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 다양한 예시적인 양태들의 특징들은 달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 서로 조합될 수 있다.
본 개시물이 하나 이상의 구현예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부된 도면의 판독 및 이해에 적어도 부분적으로 기초하여 당업자에게 균등한 변경 및 수정이 발생할 것이다. 본 개시물은 이러한 모든 수정 및 변경을 포함하며, 다음의 청구 범위의 개념에 의해서만 제한된다. 특히, 전술된 컴포넌트들(예를 들어, 요소들, 자원들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그러한 컴포넌트들을 설명하는데 사용된 용어들은 달리 지시되지 않는 한, 비록 본 개시물의 예시적인 구현예를 예시한 본원에서의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 균등하지 않더라도, 그러한 컴포넌트는 (예를 들어, 기능적으로 균등한) 설명된 컴포넌트의 지정된 기능을 수행하는 임의의 컴포넌트에 대응하는 것으로 의도된다. 또한, 본 개시물의 특정한 특징이 몇몇 구현예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었지만, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 응용에 대해 바람직하고 이점이 있을 수 있는 바와 같이 다른 구현예들의 하나 이상의 다른 특징들과 조합될 수도 있다.

Claims (1)

  1. 반도체 디바이스로서,
    캐리어와,
    반도체 다이와,
    상기 캐리어와 상기 반도체 다이 사이에 배치된 다이 부착 물질(die attach material)을 포함하되,
    상기 다이 부착 물질의 필렛 높이(fillet height)는 상기 반도체 다이의 높이의 95% 미만이고,
    상기 다이 부착 물질과 마주보는 상기 반도체 다이의 주면의 모서리에 대한 상기 다이 부착 물질의 최대 연장은 200마이크로미터 미만인
    반도체 디바이스.
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