專利名稱：生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法及相應(yīng)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法及一種相應(yīng)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件通常通過BGA(球柵陣列)中的插入襯底(interposersubstrate)連接在印刷電路板上，或者直接連接在印刷電路板上，作為WLP/CSP(晶片級封裝/芯片尺寸封裝)。
在圖4所示的傳統(tǒng)BGA安裝的情況下，半導(dǎo)體器件10通過焊球30和機械連接器件31與插入襯底32或基座相連。為了保護半導(dǎo)體器件10，以覆層33環(huán)繞半導(dǎo)體器件10。焊球30又用于將插入襯底32電焊接到印刷電路板34上。如圖4所示，通過大橢圓中的放大投影圖，通過互連35在插入襯底32中或上進行焊接或接線，例如，在所述印刷電路板技術(shù)中，互連35由銅制成，通常具有超過100μm的寬度和超過20μm的高度或厚度。從而，確保了具有較低互連電阻的良好電連接，盡管這導(dǎo)致了裝置較大的整體體積或較大的外形尺寸。
另一方面，在圖5中示出了傳統(tǒng)的WLP/CSP安裝。在這種情況下，半導(dǎo)體器件10或半導(dǎo)體芯片通過焊球30直接與印刷電路板34相連。與圖4中一樣，在圖5中利用大橢圓來描述放大的細節(jié)，其中以位于下面的電接線端接觸器件12來表示半導(dǎo)體器件10或芯片。利用薄膜技術(shù)，這些接觸或接線器件12通常具有超過20μm的寬度和大約2到4μm的高度。
盡管按照圖5的安裝不需要額外的插入襯底，能夠形成更緊湊的結(jié)構(gòu)，利用這種安裝的缺點在于WLP/CSP接線器件的電導(dǎo)率是圖4所示具有插入機構(gòu)的傳統(tǒng)BGA的電導(dǎo)率的1/5到1/10。在WLP安裝的情況下，與可互換的BGA相比，接線器件的電阻較高，由此制約了裝置或封裝的性能，尤其是高頻應(yīng)用的情況下。
圖6所示的是傳統(tǒng)上生產(chǎn)的具有接觸或接線器件的半導(dǎo)體器件的橫截面。在芯片或晶片的半導(dǎo)體襯底10上首先涂上載體層11，最好是鈦或鈦化合物，與如包含銅等的導(dǎo)電層12或互連級相鄰。緊接著導(dǎo)電層12是阻擋層40，阻擋層40特別地包含鎳，防止如金等涂在其上面的保護層41的金屬原子擴散到如銅等的導(dǎo)電層12中。
通過包括濺射和/或電化學(xué)沉積步驟等多個步驟涂覆這種從上面加以保護的互連器件，例如，作為半導(dǎo)體器件10的接觸或接線器件，并通過使用光化學(xué)結(jié)構(gòu)化的光掩模的刻蝕步驟形成其結(jié)構(gòu)。這樣一系列層的高度通常為大約4到6μm。這種安裝的缺點不僅是花費時間和成本的多層生產(chǎn)處理，而且并未保護半導(dǎo)體襯底10的層排列的側(cè)壁，從而暴露于特別是電化學(xué)腐蝕。特別地，側(cè)面暴露的導(dǎo)電層12，尤其是銅質(zhì)導(dǎo)電層12暴露于腐蝕，個別層形成了化學(xué)電流(galvanochemical)元件，存在發(fā)生不需要的化學(xué)反應(yīng)的趨勢。
生產(chǎn)這種接線端或接線器件所需的層及其方法通常為濺射粘性或載體層11；濺射銅載體層(未示出)；進行光刻處理，以形成濺射金屬化層11的結(jié)構(gòu)；沉積銅互連層12；沉積鎳層，作為阻擋或緩沖層40；沉積金層41作為保護；以及最后，去除結(jié)構(gòu)化的光掩模，并刻蝕先前設(shè)有結(jié)構(gòu)化的光掩模的區(qū)域中的載體層。
在這樣一系列層中，導(dǎo)電率由沉積的或電鍍的銅層12所確定。對導(dǎo)電方式的改進增加了直接與處理或生產(chǎn)成本相關(guān)的沉積或電鍍時間。為了實現(xiàn)與具有插入機構(gòu)32或基座的圖4所示的BGA連接的情況同樣高的電導(dǎo)率，圖6或圖5所示的CSP/WLP接線端或接線器件的沉積或電鍍成本是不經(jīng)濟的。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法及一種相應(yīng)的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件提供了具有非常好或高的電導(dǎo)率的接線端或接線器件，能夠以較低成本進行生產(chǎn)，并提供了裝置較小的整體尺寸。
按照本發(fā)明，通過權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法以及通過按照權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件來實現(xiàn)此目的。
本發(fā)明所基于的思想實質(zhì)上在于通過在接線端或接線器件或線路上涂覆焊料層，增加導(dǎo)電橫截面來提供較高的電導(dǎo)率，而不是通過成本較高的電鍍或沉積步驟來增加銅的厚度或?qū)щ姍M截面。
在本發(fā)明中，通過在其上具有結(jié)構(gòu)化的互連級的半導(dǎo)體襯底上，在結(jié)構(gòu)化的互連級上涂覆結(jié)構(gòu)化的焊料層來增加導(dǎo)電橫截面特別地解決了在一開始提到的問題。
在從屬權(quán)利要求中可以找到對本發(fā)明的每個主題的有利發(fā)展和改進。
按照一個優(yōu)選的發(fā)展，以濺射過程涂覆互連級。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，所涂覆的互連層包含金屬，最好是銅和/或鋁。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，以光刻過程形成互連級的結(jié)構(gòu)。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，結(jié)構(gòu)化的互連級在半導(dǎo)體襯底上設(shè)置載體或阻擋層，所述載體或阻擋層最好包含鈦，并形成與互連級同樣的結(jié)構(gòu)。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，以印刷過程涂覆結(jié)構(gòu)化的焊料層，并通過焊料的再次液化或重熔以預(yù)定的方式分布結(jié)構(gòu)化的焊料層。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，以浸焊過程涂覆焊料層，在浸焊過程中，將設(shè)置有結(jié)構(gòu)化的互連級的半導(dǎo)體襯底的上面浸入焊料槽。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，在涂覆焊料層之前，在預(yù)定的部分上，選擇性地涂覆阻焊器件。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，以焊料浸潤結(jié)構(gòu)化的互連級和/或載體或阻擋層的側(cè)壁。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，在涂覆焊料層期間，最好在相同的處理步驟中，形成用于沿垂直方向焊接另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板的焊跡和焊球。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，在涂覆結(jié)構(gòu)化的焊料層之后，以用于垂直焊接的焊球的頂端從塑料中突出，而其他焊料結(jié)構(gòu)都被覆蓋的方式，涂覆不導(dǎo)電的塑料，最好是聚合物。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，只有在沿垂直方向與另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板進行電焊接期間或之后，所涂覆的聚合物硬化。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，以印刷過程涂覆所述聚合物。
按照另一優(yōu)選的發(fā)展，在半導(dǎo)體襯底和/或如焊盤等接觸器件上，利用至少包括一種如鉑或鈀等貴金屬的高電抗物質(zhì)(highlyreactive substance)，以印刷或沖壓處理形成導(dǎo)電互連級。
在下面的描述和附圖中更詳細地解釋了本發(fā)明的示例性實施例，其中圖1示出了按照本發(fā)明的實施例生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的橫截面；圖2示出了用于解釋本發(fā)明的實施例的細節(jié)的平面圖；圖3示出了圖2所示的器件的剖面圖；圖4以放大的投影圖示出了通常的半導(dǎo)體器件的橫截面；圖5以放大的投影圖示出了已知的半導(dǎo)體器件的橫截面；以及圖6示出了通常的方法所生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的橫截面。
在圖中，相同的參考數(shù)字表示相同或功能上相同的部件。
具體實施例方式
圖1示出了按照本發(fā)明的實施例生產(chǎn)的半導(dǎo)體器件的橫截面。
圖1所示的是半導(dǎo)體襯底10，已經(jīng)通過濺射過程在其上涂覆了最好是如鈦等金屬的載體層11。另一金屬化層12與載體層11相連，最好同樣以濺射如銅或鋁等導(dǎo)電金屬來形成金屬化層12。以光刻方法在金屬化層12上形成結(jié)構(gòu)化的光掩模，步驟如下涂覆并曝光光刻膠，在隨后的刻蝕步驟中，形成已涂覆了金屬化層11和12的結(jié)構(gòu)(原文如此)。然后，去除光刻膠圖樣或光刻膠掩模，并刻蝕載體層。
例如，在隨后涂覆焊料層13以增加結(jié)構(gòu)化的導(dǎo)電層12或互連級11、12的導(dǎo)電橫截面之前，可以有選擇地涂覆阻焊器件或阻焊料層(未示出)，以便保持結(jié)構(gòu)化的互連級11、12上的預(yù)定區(qū)域不被占據(jù)。
為了在結(jié)構(gòu)化的互連級12上涂覆焊料層13，例如，通過印刷過程，將焊料涂覆在結(jié)構(gòu)化的互連級11、12或接線器件11、12上，并在重熔過程中，通過重新液化來分布焊料。以這種方式，能夠以較低成本涂覆導(dǎo)電焊料，并截面增加結(jié)構(gòu)化的互連級12的導(dǎo)電橫截面。
液體狀態(tài)或重熔過程中的焊料最好具有如下選擇的表面張力，選擇此表面張力，使得浸潤了焊料的互連結(jié)構(gòu)11、12的高度大致對應(yīng)于互連結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)寬度15、25的一半。焊料13覆蓋或浸潤結(jié)構(gòu)化的互連級11、12的側(cè)壁16，最好也覆蓋或浸潤載體層11的側(cè)壁。從而，由焊料保護側(cè)壁16免受電化學(xué)腐蝕。
互連級12的互連結(jié)構(gòu)17上的焊料的垂直延伸14可以根據(jù)所需的電導(dǎo)率進行修改，例如在互連級12的互連部分17的可變結(jié)構(gòu)寬度大約為20到50μm的情況下，最好在10到25μm的范圍內(nèi)。在互連級11、12的接線端或連接器件18上的焊料結(jié)構(gòu)的高度24或焊料的垂直延伸同樣可以根據(jù)所需的電導(dǎo)率進行修改，最好為大約150到300μm，而在互連級12的接線端或連接器件18上的焊料結(jié)構(gòu)的寬度25或焊料的水平延伸大約為300到600μm。
代替以印刷過程涂覆焊料13，隨后重新液化焊料13，并從而將焊料分布到互連級12的預(yù)定部分，同樣可以想到將結(jié)構(gòu)化的互連級12浸潤在焊料或焊接槽中。為此目的，最好將具有結(jié)構(gòu)化的互連級12和/或與結(jié)構(gòu)化的互連級12同樣結(jié)構(gòu)的載體層11的半導(dǎo)體襯底10已經(jīng)金屬化的一側(cè)朝下地浸入焊接槽中。于是，未設(shè)置阻焊器件(未示出)的結(jié)構(gòu)化的互連級12或阻焊料層這些部分與焊料13浸潤，浸潤的焊料13的體積依賴于所選的液態(tài)下焊料的表面張力和互連結(jié)構(gòu)的尺寸。最好，只是結(jié)構(gòu)化的互連級12和/或相似結(jié)構(gòu)的載體層11被浸入熱的液體焊料中，而半導(dǎo)體襯底10并不直接浸入焊接槽。
圖2示出了用于解釋本發(fā)明的實施例的細節(jié)的平面圖。
圖2所示的是半導(dǎo)體襯底上，以焊料13浸潤的互連部分17和同樣以焊料13浸潤的接線端或連接器件18。
在圖3中，以橫截面描述了按照圖2的排列。在半導(dǎo)體襯底10上，在互連部分17和接線端或連接器件部分18中都以焊料13浸潤。如圖2所示，由于接線端器件18較大的水平延伸，根據(jù)圖3，用于連接另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板的垂直焊接器件18的區(qū)域中，得到了焊料較高的垂直延伸。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，例如按照圖1的半導(dǎo)體器件，可以額外地具有涂覆在晶片級上的填充聚合物，在焊料重熔之后，以印刷或分布過程涂覆填充聚合物，從而最好封裝其垂直延伸較短的焊料結(jié)構(gòu)如，接線器件12上、以焊料浸潤的互連部分17等，并且嵌入特別為垂直焊接提供的焊球，而不完全覆蓋，使得焊球的頂端突出在填充材料之上。于是，在垂直焊接另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板期間，活化此填充器件，從而粘附到額外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板上，借此，例如，在印刷電路板和芯片之間確保了可靠的機械連接。
通過以包括如Pt和Pb等貴金屬的高電抗成分的化學(xué)品印刷或壓印，可以同時代替在如鋁等的連接器件或部分18(焊盤)上濺射載體層11和/或互連級12，并對半導(dǎo)體芯片進行鈍化。以焊料浸潤在焊盤的鋁上和半導(dǎo)體襯底的鈍化上以這種方式產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。在這種方法的情況下，所涂覆的載體金屬化非常細，避免了形成載體金屬化互連所需的成本密集型光刻步驟。
盡管上面基于優(yōu)選示例性實施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此，代替地，能夠以多種方式進行修改。
盡管在示例性實施例中給出了對互連結(jié)構(gòu)和焊接器件的實際尺寸的建議，但較大或較小的結(jié)構(gòu)都是可以想象的。此外，例如，互連級的材料或可能在載體層出現(xiàn)的材料等所提出的材料，均是為了理解，而作為示例給出。
符號說明10 半導(dǎo)體襯底/半導(dǎo)體晶片/半導(dǎo)體芯片11 載體層/阻擋層，例如包含鈦12 導(dǎo)電層，特別是互連級13 焊料層，特別是互連級14 在互連級的互連部分上的焊料結(jié)構(gòu)的高度或焊料的垂直延伸15 在互連級的互連部分上的焊料結(jié)構(gòu)的寬度或焊料的水平延伸16 互連級的側(cè)壁17 互連級的互連部分18 互連級的接線端或連接器件24 在互連級的接線端或連接器件上的焊料結(jié)構(gòu)的高度或焊料的垂直延伸25 在互連級的接線端或連接器件上的焊料結(jié)構(gòu)的寬度或焊料的水平延伸30 焊球(焊料隆起焊盤)31 機械芯片連接32 插入襯底33 芯片覆層34 印刷電路板35 插入襯底上具有通孔的互連40 載體層，最好具有鎳41 保護層，例如，由金制成
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底(10)上涂覆互連級(11，12)；形成所述互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)；以及以焊料層(13)呈現(xiàn)出互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)的方式，在結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)上涂覆所述焊料層(13)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于以沒有外部電流的濺射過程或沉積過程涂覆所述互連級(11，12)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于涂覆的所述互連層(12)包含金屬，最好是銅和/或鎳和/或鋁。
4.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于借助于光刻過程形成所述互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)。
5.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在所述半導(dǎo)體襯底(10)上涂覆最好包括鈦而且形成與所述互連級(12)同樣結(jié)構(gòu)的載體層(11)。
6.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于以印刷過程涂覆所述焊料層(13)，并通過焊料的再次液化或重熔，以預(yù)定的方式分布所述焊料層(13)。
7.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于以浸焊過程涂覆所述焊料層(13)，在浸焊過程中，將設(shè)置有所述結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)的半導(dǎo)體襯底(10)的上面浸入焊料槽。
8.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在形成所述互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)之后，涂覆所述焊料層(13)之前，在排列的預(yù)定部分上，有選擇地涂覆阻焊層。
9.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于以焊料浸潤所述結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)和/或所述載體層(11)的側(cè)壁(16)。
10.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在涂覆焊料層(13)期間，最好在相同的處理步驟中，形成用于沿垂直方向焊接另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板的焊跡和焊球(30)。
11.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在涂覆所述結(jié)構(gòu)化的焊料層(13)之后，以用于垂直焊接的焊球(30)的頂端從塑料中突出，而其他焊料結(jié)構(gòu)都被覆蓋的方式，涂覆不導(dǎo)電的塑料，最好是聚合物。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于只有在沿垂直方向與另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板進行電焊接期間或之后，所涂覆的聚合物硬化。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于以印刷過程涂覆所述聚合物。
14.按照前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在所述半導(dǎo)體襯底(10)和/或如焊盤等接觸器件上，利用至少包括一種如優(yōu)選的鉑或鈀等貴金屬的高電抗物質(zhì)，以印刷或沖壓處理形成所述導(dǎo)電互連級(12)。
15.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底(10)；在所述半導(dǎo)體襯底(10)上的結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)；以及在所述結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)上的焊料層(13)，用于增大導(dǎo)電橫截面，所述焊料層(13)呈現(xiàn)出所述互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)。
16.按照權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述結(jié)構(gòu)化的互連級(12)包括金屬，特別是鋁和/或銅。
17.按照權(quán)利要求15或16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)在所述半導(dǎo)體襯底(10)上設(shè)有載體層(11)，所述載體層形成與所述互連級(12)同樣的結(jié)構(gòu)，并且最好包括鈦和/或銅。
18.按照權(quán)利要求15到17之一所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于以焊料浸潤所述結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)和/或所述載體層(11)的側(cè)壁(16)。
19.按照權(quán)利要求15到18之一所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體器件通過塑料或聚合物至少與一個另外的半導(dǎo)體器件和/或印刷電路板機械相連，通過焊球(30)沿垂直方向提供電連接。
20.按照權(quán)利要求15到19之一所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述結(jié)構(gòu)化的焊料層(13)具有大致與所述結(jié)構(gòu)化的互連級(12)的結(jié)構(gòu)寬度(15，25)的一半相對應(yīng)的焊料層高度(14，24)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底(10)上涂覆互連級(11，12)；形成所述互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)；以及以焊料層(13)呈現(xiàn)出互連級(11，12)的結(jié)構(gòu)的方式，在結(jié)構(gòu)化的互連級(11，12)上涂覆所述焊料層(13)。本發(fā)明同樣提供了這樣一種半導(dǎo)體器件。
文檔編號H01L21/60GK1489197SQ0315530
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者哈里·黑德勒, 哈里 黑德勒, 托爾斯滕·邁爾, 滕 邁爾, 瓦斯克斯, 芭芭拉·瓦斯克斯 申請人:印芬龍科技股份有限公司