RU2139598C1

RU2139598C1 - Process of manufacture of semiconductor module

Info

Publication number: RU2139598C1
Application number: RU99105254A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Пырченков; С.М. Найда
Original assignee: Пырченков Владислав Николаевич; Найда Сергей Михайлович; Стрелков Николай Михайлович; Шаталов Валерий Владимирович
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: proposed process includes submersion of one or several semiconductor crystals arranged on carrier-vacuum gripper into melt of eutectic compound applied to heated substrate, cooling of crystallizing monolith and formation of commutation. In this case eutectic compound is melted down in atmosphere of inert gas and is overheated to temperature exceeding eutectic point by 10-30 C and semiconductor crystals are heated to temperature 10-20 C below eutectic point. Closed space is formed above melt of eutectic compound prior to submersion of semiconductor crystals by means of installation of additional mount on carrier-vacuum gripper which thickness amounts to 1.2-1.5 thickness of semiconductor crystal and inert gas is removed. Crystallizing monolith is cooled at the rate of 10-30 C/min. EFFECT: increased quality of manufactured semiconductor modules. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении различных полупроводниковых микросхем. The invention relates to the field of microelectronics and can be used in the manufacture of various semiconductor microcircuits.

Из уровня техники известен способ изготовления полупроводниковой схемы в виде многокристального модуля, включающий погружение полупроводниковых кристаллов, размещенных на носителе - вакуумном захвате, в промежуточный слой - расплав эвтектического состава, нанесенный на нагретую подложку, охлаждение кристаллизующегося монолита (подложки и промежуточного слоя с кристаллами), отделение носителя и формирование многослойной коммутации (см. патент РФ N 2003207, кл. H 01 L 27/12, 1993 г). The prior art method for manufacturing a semiconductor circuit in the form of a multi-chip module, comprising immersing semiconductor crystals placed on a carrier - vacuum capture, in the intermediate layer is a melt of eutectic composition deposited on a heated substrate, cooling the crystallizing monolith (substrate and intermediate layer with crystals), separation of the carrier and the formation of multilayer switching (see RF patent N 2003207, CL H 01 L 27/12, 1993).

Однако данная технология не во всех случаях обеспечивает высокое качество полупроводникового модуля и требует оптимизации режимных параметров. However, this technology does not in all cases ensure high quality of the semiconductor module and requires optimization of operating parameters.

Изобретение направлено на повышение качества изготовления полупроводникового модуля. The invention is aimed at improving the manufacturing quality of the semiconductor module.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе изготовления полупроводникового модуля, включающем погружение одного или нескольких полупроводниковых кристаллов, размещенных на носителе - вакуумном захвате, в расплав эвтектического состава, нанесенный на нагретую подложку, охлаждение кристаллизующегося монолита и формирование коммутации, согласно изобретению, эвтектический состав расплавляют в среде инертного газа и перегревают до температуры, превышающей эвтектическую точку 10 - 30^oC, а полупроводниковые кристаллы нагревают до температуры на 10 - 20^oC ниже эвтектической точки, при этом над расплавом эвтектического состава перед погружением полупроводниковых кристаллов создают замкнутый объем посредством установки на носителе - вакуумном захвате или подложке дополнительной рамки, толщина которой составляет 1,2 - 1,5 от толщины полупроводникового кристалла, и производят удаление инертного газа, а охлаждение кристаллизующегося монолита осуществляют с темпом 10 - 30^oC/мин.The solution to this problem is provided by the fact that in the method of manufacturing a semiconductor module, comprising immersing one or more semiconductor crystals placed on a carrier - vacuum capture, in a molten eutectic composition deposited on a heated substrate, cooling the crystallizing monolith and forming a commutation, according to the invention, the eutectic composition melted in an inert gas medium and overheated to a temperature exceeding the eutectic point 10 - 30 ^o C, and the semiconductor crystals are heated they are heated to a temperature of 10 - 20 ^o C below the eutectic point, while above the melt of the eutectic composition before immersing the semiconductor crystals create a closed volume by installing on the carrier - a vacuum capture or substrate of an additional frame, the thickness of which is 1.2 - 1.5 of the thickness a semiconductor crystal, and inert gas is removed, and the crystallizing monolith is cooled at a rate of 10-30 ^° C / min.

Заявленная последовательность операций в сочетании с выбранными оптимальными режимными условиями их проведения, включая обезгаживание, обеспечивает высокое качество изготовленного полупроводникового модуля и прочность монолитного соединения подложки и полупроводниковых кристаллов с продуктом кристаллизации эвтектического состава, являющимся надежной конструктивной связкой. The claimed sequence of operations in combination with the selected optimal operating conditions for their implementation, including degassing, provides high quality of the manufactured semiconductor module and the strength of the monolithic connection of the substrate and semiconductor crystals with a crystallization product of eutectic composition, which is a reliable structural bond.

На чертеже схематично изображен процесс погружения полупроводниковых кристаллов в расплав эвтектического состава и оснастка - аппаратурное обеспечение способа. The drawing schematically depicts the process of immersion of semiconductor crystals in a melt of eutectic composition and equipment - hardware of the method.

Аппаратурное обеспечение способа включает носитель - вакуумный захват 1, на котором размещают один или несколько полупроводниковых кристаллов 2, рамку 3, толщина которой в 1,2 - 1,5 раза превышает толщину кристалла, монтажный стол 4, оснащенный нагревателем 5 и виброприводом 6, на который устанавливают подложку 7 с каплей расплава 8 эвтектического состава (например, сплав Al-Ge с Т_пл = 424^oC или сплав Si-Au с Т_пл = 370^oC).The hardware of the method includes a carrier - vacuum capture 1, on which one or more semiconductor crystals 2 are placed, a frame 3, the thickness of which is 1.2-1.5 times the thickness of the crystal, the mounting table 4, equipped with a heater 5 and a vibrator 6, which install the substrate 7 with a drop of melt 8 of a eutectic composition (for example, an Al-Ge alloy with a _mp = 424 ^o C or a Si-Au alloy with a _mp = 370 ^o C).

Способ изготовления полупроводникового модуля осуществляют следующим образом. A method of manufacturing a semiconductor module is as follows.

Включают нагреватель 5 и вибропривод 6 монтажного стола 4. Каплю расплава 8 эвтектического состава, нанесенную на керамическую подложку, которую устанавливают на монтажном столе 4, перегревают до температуры на 10 - 30^oC превышающей эвтектическую точку (температуру плавления - кристаллизации эвтектики), при этом вокруг капли расплава 8 создают инертную среду путем обдува инертным газом (аргоном или азотом).Heater 5 and vibrator 6 of the mounting table 4 are turned on. A drop of melt 8 of a eutectic composition deposited on a ceramic substrate, which is mounted on mounting table 4, is heated to a temperature of 10-30 ^° C above the eutectic point (melting point - crystallization of the eutectic), while around the drop of melt 8 create an inert atmosphere by blowing with an inert gas (argon or nitrogen).

Размещают на носителе - вакуумном захвате 1 в соответствии с заданной топологией трассировки микросхемы полупроводниковые кристаллы 2 (лицевой поверхностью вверх), нагретые до температуры на 10 - 20^oC ниже эвтектической точки, и рамку 3 и, осуществляя постоянную откачку газа (воздуха) из внутренней полости вакуумного захвата 1, медленно опускают последний с закрепленными на нем элементами (полупроводниковыми кристаллами 2 и рамкой 3) на перегретую каплю расплава 8. При касании рамки 3 поверхности капли расплава 8 образуется замкнутый объем 9, из которого за счет отсоса через негерметичность контактирующих поверхностей полупроводниковых кристаллов 2 и вакуумного захвата 1 удаляют инертный газ, что при дальнейшем погружении полупроводниковых кристаллов 2 в каплю расплава 8 обеспечивает качественное заполнение межкристальных зазоров. Вибрация, которую накладывают в процессе погружения полупроводниковых кристаллов 2 в капле расплава 8 для разрыва и удаления окисной пленки с поверхности расплава, также способствует качественному заполнению зазоров между полупроводниковыми кристаллами 2 и подложкой 7. При полном погружении полупроводниковых кристаллов 2 в капле расплава 8 (до упора рамки 3 в подложку 7) и плотном заполнении всех зазоров отключают нагреватель 5 и производят охлаждение кристаллизующегося модуля (полуфабриката) с темпом 10 - 30^oC/мин. Затем образованный в результате кристаллизации эвтектического состава твердый монолитный модуль отделяют от носителя - вакуумного захвата 1 и формируют многослойную тонкопленочную коммутацию по планарной технологии.The semiconductor crystals 2 (face up), heated to a temperature of 10 - 20 ^o C below the eutectic point, and frame 3 and, by continuously pumping gas (air) from the internal, are placed on the carrier - vacuum pickup 1 in accordance with the specified chip topology the vacuum capture cavity 1, slowly lower the latter with the elements fixed thereon (semiconductor crystals 2 and frame 3) onto the superheated melt drop 8. When the frame 3 touches the surface of the melt drop 8, a closed volume 9 is formed, from otorrhea due to suction through the leakage of the contacting surfaces of semiconductor chips 2 and the vacuum chuck 1 is removed inert gas that further immersing the semiconductor chips 2 in a drop melt 8 provides qualitative intercrystalline filling gaps. The vibration that is applied during the immersion of semiconductor crystals 2 in a drop of melt 8 to break and remove the oxide film from the surface of the melt also contributes to the quality of filling gaps between semiconductor crystals 2 and substrate 7. When the semiconductor crystals 2 are completely immersed in a drop of melt 8 (to the stop) frame 3 into the substrate 7) and densely filling all the gaps, turn off the heater 5 and cool the crystallizing module (semi-finished product) at a rate of 10 - 30 ^o C / min. Then, the solid monolithic module formed as a result of crystallization of the eutectic composition is separated from the carrier - vacuum capture 1 and multilayer thin-film switching is formed according to planar technology.

Claims

A method of manufacturing a semiconductor module, comprising immersing one or more semiconductor crystals placed on a carrier - vacuum capture, in a molten eutectic composition deposited on a heated substrate, cooling the crystallizing monolith and forming a commutation, characterized in that the eutectic composition is melted in an inert gas medium and overheated to a temperature exceeding the eutectic point by 10 - 30 ^o C, and semiconductor crystals are heated to a temperature of 10 - 20 ^o C below the eutectic then cells, while over the melt of the eutectic composition before immersion of the semiconductor crystals create a closed volume by installing on the carrier - a vacuum capture or substrate of an additional frame, the thickness of which is 1.2 - 1.5 thickness of the semiconductor crystal, and remove the inert gas, and cooling crystallizes monolith is carried out at a rate of 10 - 30 ^o C / min