專利名稱：具有可焊接環(huán)接觸件的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，具體地說，涉及一種具有作為可焊接表面的環(huán)接觸 件的半導(dǎo)體裝置，其提供一種在半導(dǎo)體電路小片上制造可焊接接觸件的較不昂貴且更 有效率的方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的裝置是半導(dǎo)體裝置，其制造可焊接接觸件的方法更有效率且較不昂貴。 由于所述裝置的設(shè)計簡單，其制造需要較少的時間。此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知半導(dǎo)體裝置具有形成于半導(dǎo)體電路小片上的可焊接接觸件， 例如凸塊、焊料凸塊、或螺柱凸塊。與本發(fā)明裝置的制造方法相比，具有形成于裝置上的凸塊的裝置需要額外的程序。電路小片上具有凸塊的裝置需要用于在電路小片 上形成凸塊的銅導(dǎo)線、用助焊劑進(jìn)行封裝、形成焊料凸塊，以及最后的回流工藝。與這些現(xiàn)有技術(shù)裝置相關(guān)聯(lián)的問題所詳述的制造工藝。焊料接觸件是不可靠的， 因?yàn)橥箟K易于在板安裝之后破裂。需要一種制造半導(dǎo)體裝置的更有效且較不復(fù)雜的方法。 需要用于將半導(dǎo)體裝置焊接或附接到板安裝件的可靠接觸件。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的實(shí)施例中， 一種半導(dǎo)體裝置包含半導(dǎo)體電路小片；電路小片附接墊， 其附接到所述電路小片的漏極區(qū)域；及可焊接環(huán)接觸件，其鍵合到所述電路小片的源 極與柵極區(qū)域。所述環(huán)接觸件由可視情況涂覆有另一可焊接金屬的可焊接金屬導(dǎo)線或 條帶制成。將所述環(huán)接觸件鍵合到所述電路小片的方法是超聲熱鍵合或超聲波鍵合。更明確地說，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種具環(huán)接觸件的半導(dǎo)體裝 置，所述環(huán)接觸件是以超聲熱方式鍵合成單個接觸件、多接觸件或兩者的形式。所述 環(huán)接觸件由可焊接金屬導(dǎo)線制成，例如金或銅，且所述導(dǎo)線可進(jìn)一步涂覆以銅、鎳、 鈀或鉑。所述裝置可用囊封材料封裝，并用焊料附接到應(yīng)用板。在第二實(shí)施例中，鍵合部位在形成于所述電路小片上的螺柱凸塊上。將所述環(huán)接 觸件鍵合到所述螺柱凸塊，而非直接鍵合到所述電路小片，可防止所述半導(dǎo)體電路小 片不會因所超聲熱鍵合工藝所需的熱而受到損壞。 一旦形成了所述環(huán)接觸件形成，便 可用囊封材料來囊封所述裝置，以使所述環(huán)接觸件通過所述囊封材料而暴露。所述金 屬導(dǎo)線是銅或金，并可進(jìn)一步涂覆有銅、鎳、鈀或鉑。在第三實(shí)施例中，所述裝置具有由金屬導(dǎo)線或條帶制成的環(huán)接觸件。所述導(dǎo)線或 條帶是由可焊接金屬制成的，例如銅、鋁或金，且可視情況涂覆有銅、鎳、鈀及鉑。 所述導(dǎo)線或條帶是通過直接到電路小片的超聲波鍵合技術(shù)而鍵合到所述電路小片。同 樣，所述電路小片可視情況使用囊封材料來封裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所述裝置允許有效率的制造工藝。其消除對光致抗蝕劑分配、顯 影、金屬鍍敷、形成凸塊及回焊的需要。在將所述電路小片附接到所述電路小片附接 墊后，可將所述導(dǎo)線或條帶直接鍵合到所述電路小片，而無需中間步驟。如以下的詳 細(xì)描述，所述超聲熱鍵合工藝需要將所述導(dǎo)線插入到鍵合工具中，將所述導(dǎo)線加熱且 接著附接到所述電路小片。此后，可通過將所述鍵合工具中的導(dǎo)線附接到所述電路小 片，且形成到所述電路小片或鍵合表面的楔形鍵合來進(jìn)行其它鍵合。至少涉及所述環(huán) 接觸件制造工藝不需要其它步驟，例如在形成螺柱或焊料凸塊的制造工藝中的回流工 藝。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是所述環(huán)接觸件是耐用且可靠的焊料接觸件。現(xiàn)有技術(shù)裝置 (例如，具有螺柱球或凸塊的裝置)容易破裂。本發(fā)明的環(huán)接觸件由堅(jiān)固的導(dǎo)線或條 帶制成。所述堅(jiān)固的金屬導(dǎo)線或條帶比焊料或螺柱凸塊強(qiáng)韌，因此所述環(huán)接觸件在板 安裝后不會像具有螺柱凸塊的裝置那樣容易破裂。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的平面圖； 圖la是沿圖1中的線la-la截取的截面圖；圖lb是沿圖1中的線lb-lb截取的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的平面圖；圖2a是沿圖2中的線2a-2a截取的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的平面圖；圖3a是沿圖3中的線3a-3a截取的截面圖；及圖3b是沿圖3中的線3b-3b截取的截面圖。在所有數(shù)個視圖中，對應(yīng)的參考字符指示對應(yīng)的部件。本文所列的實(shí)例圖解說明 本發(fā)明的數(shù)個實(shí)施例，而不應(yīng)認(rèn)為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施方式
圖1圖解說明本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置100。所述裝置是經(jīng)封裝半導(dǎo)體 100，其具有由可焊接材料制成的環(huán)接觸件104、 108、 109，所述環(huán)接觸件被鍵合到 半導(dǎo)體電路小片102。半導(dǎo)體電路小片102是具柵極、源極及漏極區(qū)域的倒裝芯片。 所述源極及柵極區(qū)域均在半導(dǎo)體電路小片102的頂表面上，而漏極區(qū)域在底表面上。 所述漏極區(qū)域附接到電路小片附接墊101，從而形成與電路小片附接墊的漏極連接。 半導(dǎo)體電路小片102的源極及柵極區(qū)域具有環(huán)接觸件104、 108、 109。裝置100顯示 多環(huán)接觸件104及單環(huán)柱接觸件108、 109兩者。以下將迸一步解釋如何使用超聲熱 球鍵合方法，將環(huán)接觸件鍵合到半導(dǎo)體電路小片102。參考圖1及l(fā)a，裝置100可具有由導(dǎo)線制成的多環(huán)柱接觸件，其中使用單股導(dǎo) 線在半導(dǎo)體電路小片102上形成多個環(huán)以形成焊料表面。在此實(shí)施例中，使用導(dǎo)線來 制作多環(huán)接觸件104及單環(huán)接觸件108、 109。超聲熱球鍵合工藝在鍵合點(diǎn)處形成球形形狀，從而形成球形鍵合106。 一般來說， 用于環(huán)接觸件的導(dǎo)線穿過中空毛細(xì)管。在焊線通過毛細(xì)管的過程中，在導(dǎo)線所通過的 毛細(xì)管的下面，電燒斷系統(tǒng)熔化所述導(dǎo)線。如上所述，此導(dǎo)線被固化成球形形狀以形 成球形鍵合。以充足的力將毛細(xì)管下面的經(jīng)熔化導(dǎo)線壓入到將與其形成鍵合的材料 中，以允許塑性變形及原子互擴(kuò)散。超聲熱球鍵合工藝使用介于IOO'C到28(TC范圍 內(nèi)的溫度，且在底座中提供熱，待與導(dǎo)線鍵合的裝置便坐落于所述底座上。當(dāng)使用銅 導(dǎo)線時，由于銅易于氧化，因此必須在惰性氛圍中執(zhí)行所述鍵合工藝以防止氧化。在形成第一鍵合之后，將毛細(xì)管升高，以通過毛細(xì)管釋放導(dǎo)線直到所述導(dǎo)線被再 次壓入到第二鍵合部位并隨著施加超聲波能量而被加熱，以導(dǎo)致塑性變形及原子互擴(kuò) 散。第二個鍵合因喂入導(dǎo)線所通過的毛細(xì)管裝置的形狀而呈現(xiàn)楔形形狀?？稍诖斯に?后形成所需數(shù)量的環(huán)接觸件。在最后一個環(huán)接觸件處，閉合導(dǎo)線夾且毛細(xì)管在最后楔 形鍵合的正上方處折斷導(dǎo)線。參考圖1與la，半導(dǎo)體裝置100具有三個環(huán)接觸件104，在三個環(huán)接觸件104 之間有一個球形鍵合106及兩個楔形鍵合107。這些多環(huán)接觸件104形成于半導(dǎo)體電 路小片102的源極區(qū)域上，借此形成源極接觸件。通過焊料110將應(yīng)用板114附接到 環(huán)接觸件104、 108、 109，且半導(dǎo)體電路小片102是通過電路小片附接材料111鍵合 到電路小片附接墊101的電路小片。此外，可視情況通過在附接應(yīng)用板114之前用囊 封材料112囊封所述裝置來封裝此第一實(shí)施例。關(guān)于圖1與lb，圖lb是圖1的裝置100的單環(huán)接觸件108、 109的截面圖。單 環(huán)接觸件108形成于半導(dǎo)體電路小片102的源極區(qū)域上且因此是源極環(huán)接觸件108。 圖1及l(fā)b中的中心中的單環(huán)接觸件109是形成于電路小片102的柵極區(qū)域上的柵極 環(huán)接觸件109。環(huán)接觸件104、 108、 109可由金或銅導(dǎo)線或者其它適合的金屬制成。此外，所述導(dǎo)線可涂覆以鎳、鈀、銅、鉑或其它可焊接金屬。轉(zhuǎn)到圖2及2a中所示的第二實(shí)施例，圖2的半導(dǎo)體裝置200具有可焊接環(huán)接觸 件204、 208、209，所述可焊接環(huán)接觸件形成于半導(dǎo)體電路小片202上的螺柱凸塊214、 215上。半導(dǎo)體電路小片202的漏極區(qū)域在電路小片202的底表面上，而上表面含有 源極及柵極區(qū)域。參考圖2a，半導(dǎo)體電路小片202的漏極區(qū)域附接到電路小片附接墊 201,且環(huán)接觸件204、 208在螺柱凸塊214、 215上。環(huán)接觸件204、 208、 209是通 過類似于上述工藝的超聲熱球鍵合形成的，然而，半導(dǎo)體電路小片202具有螺柱凸塊 214、 215。所述螺柱凸塊用于在鍵合工藝期間保護(hù)半導(dǎo)體電路小片202。如以上所述， 超聲熱球鍵合工藝需要熱以導(dǎo)致導(dǎo)線及待與導(dǎo)線鍵合的材料的塑性變形及原子互金 屬化。給半導(dǎo)體電路小片直接施加熱可能損壞電路小片。因此，將導(dǎo)線鍵合到電路小 片202上的螺柱凸塊214、 215可防止或最小化對電路小片202的損壞。圖2顯示具多環(huán)接觸件204及單環(huán)接觸件208、 209的半導(dǎo)體裝置200，其中使 用超聲熱球鍵合技術(shù)鍵合導(dǎo)線以形成環(huán)接觸件204、 208、 209。多環(huán)接觸件204及單 環(huán)接觸件208形成于電路小片202的源極凸塊214上，而中間的單環(huán)接觸件209形成 于半導(dǎo)體電路小片202的柵極凸塊215上。用來形成環(huán)柱接觸件204、 208、 209的導(dǎo) 線可以是銅、金或其它適合的金屬導(dǎo)線，且其可進(jìn)一步涂覆有可焊接金屬，例如銅、 鎳、鈀或鉑。圖2a顯示描繪有源極螺柱凸塊214的多環(huán)接觸件204的截面圖。然而，多環(huán)接 觸件204具有直接到半導(dǎo)體電路小片202的一個鍵合206。如在超聲熱球鍵合工藝中 所述，初始球形鍵合206是直接形成到半導(dǎo)體電路小片202。同樣，還可封裝半導(dǎo)體 裝置202，以使環(huán)接觸件204、 208、 209通過囊封材料而暴露。暴露的環(huán)接觸件204、 208、 209用作柵極及源極連接。參考圖3、 3a及3b，本發(fā)明的第三個實(shí)施例顯示半導(dǎo)體裝置300，其具由條帶制 成的環(huán)接觸件304、 308、 309。然而，可用導(dǎo)線來替代條帶。此外，使用超聲波楔鍵 合技術(shù)，將所述條帶直接鍵合到半導(dǎo)體電路小片302。半導(dǎo)體電路小片302的一個表 面上具有漏極區(qū)域，而相對表面含納源極及柵極區(qū)域。通過焊料310將電路小片302 的漏極區(qū)域附接到電路小片附接墊301。裝置300具有直接鍵合到電路小片302的單 環(huán)接觸件308、 309及多環(huán)接觸件304。圖3a顯示圖3中的裝置300的多環(huán)接觸件的截面圖。多環(huán)接觸件304是使用超 聲波鍵合方法直接鍵合到電路小片302。超聲波鍵合通過以一角度將條帶或?qū)Ь€喂入 到鍵合工具中產(chǎn)生楔形鍵合306。將導(dǎo)線保持到半導(dǎo)體電路小片302，且施加超聲波 能量以在導(dǎo)線與電路小片302之間形成鍵合306。此工藝不需要超聲熱球鍵合工藝的 高溫；超聲波鍵合所需溫度約為25°C。重復(fù)此工藝以形成所述數(shù)目的環(huán)接觸件?？?通過與鍵合工具安裝在一起的導(dǎo)線切割器切割導(dǎo)線，或通過將夾子保持在一個位置中 且然后升高鍵合工具以在鍵合工具被升高時撕裂導(dǎo)線。圖3a是透視圖，其顯示鍵合到半導(dǎo)體電路小片302的多環(huán)接觸件304，其中裝置300經(jīng)囊封以使環(huán)接觸件304通過囊封材料312而暴露。圖3b顯示單環(huán)接觸件308、 309的截面圖，所述單環(huán)接觸件308、 309在源極與 柵極區(qū)域上鍵合到半導(dǎo)體電路小片302，借此形成單源極環(huán)接觸件308及單柵極環(huán)接 觸件309。同樣，裝置300以囊封材料312封裝，所述囊封材料312覆蓋半導(dǎo)體電路 小片302，以使環(huán)接觸件308、 309的多個部分暴露供用于焊接到另一表面。圖3顯 示條帶環(huán)接觸件304、 308、 309，但如以上所述，在此實(shí)施例中可用導(dǎo)線來代替條帶。 所述導(dǎo)線或條帶可以是合適的可焊接金屬，例如鋁、銅或金，且可進(jìn)一步涂覆以銅、 鎳、鈀或鉑。制造這些裝置的方法形成優(yōu)于具有凸塊或球的先前半導(dǎo)體裝置及具有可焊接金 屬涂層的半導(dǎo)體裝置的顯著優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于第一實(shí)施例，所述制造方法需要將半導(dǎo)體電路 小片的漏極區(qū)域附接到電路小片附接墊。此后，使用先前所述的超聲熱球鍵合技術(shù)將 導(dǎo)線鍵合到半導(dǎo)體電路小片的源極區(qū)域。所述導(dǎo)線鍵合工藝可用于在電路小片上形成 單環(huán)或多環(huán)接觸件。如第一實(shí)施例中所示，半導(dǎo)體電路小片上具有單環(huán)接觸件及多環(huán) 接觸件兩者。用于環(huán)柱接觸件的材料可以是視情況涂覆有另一可焊接金屬的可焊接金 屬。舉例來說，導(dǎo)線可以是銅或金，且可涂覆有銅、鎳、鈀或鉑。在將環(huán)接觸件鍵合 到電路小片之后，可視情況用囊封材料來涂覆電路小片，以使環(huán)接觸件通過囊封材料 而暴露。接著，通過焊料將環(huán)接觸件附接到應(yīng)用板。制造第二實(shí)施例的裝置的方法需要使用具有螺柱凸塊或球的半導(dǎo)體電路小片，在 半導(dǎo)體電路小片上形成初始球形鍵合之后，將在所述螺柱凸塊或球上形成針腳或楔形 鍵合。將電路小片的漏極區(qū)域附接到電路小片附接墊。接著，通過使用超聲熱鍵合技 術(shù)將導(dǎo)線鍵合到半導(dǎo)體電路小片上而形成球形狀，其它鍵合則形成于半導(dǎo)體電路小片 上的螺柱凸塊上。同樣，此實(shí)施例中所使用的導(dǎo)線是可焊接金屬導(dǎo)線，例如銅或金， 且可涂覆有可焊接金屬，例如銅、鎳、鈀或鉑。此后，可視情況使用適合囊封材料來 囊封半導(dǎo)體裝置，以使環(huán)接觸件通過所述材料而暴露。關(guān)于第三實(shí)施例，如同第一實(shí)施例中一樣，半導(dǎo)體裝置具有鍵合到半導(dǎo)體電路小 片的可焊接環(huán)接觸件。然而，首先將電路小片附接到電路小片附接墊。接著，使用超 聲波鍵合技術(shù)在電路小片上形成環(huán)接觸件。在此實(shí)施例中，環(huán)接觸件可由導(dǎo)線或條帶 制成，所述導(dǎo)線或條帶由可焊接金屬制成，例如銅、金或鋁。同樣，導(dǎo)線或條帶可涂 覆有其它可焊接金屬，例如銅、鎳、鈀或鉑。通過使用超聲波能量將條帶或?qū)Ь€直接 鍵合到電路小片上并形成楔形鍵合。環(huán)接觸件可以單環(huán)、多環(huán)或兩者的形式形成于電 路小片上。第三實(shí)施例具有在電路小片的源極區(qū)域上的多環(huán)及單環(huán)接觸件兩者，以及 單柵極環(huán)接觸件。可視情況用囊封材料覆蓋所述裝置，以使環(huán)接觸件通過囊封材料而 暴露。盡管已用金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管裝置的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明還可應(yīng)與其它半導(dǎo)體電路小片一起使用，例如二極管、 絕緣柵雙極晶體管、硅可控整流器及雙極結(jié)晶體管。雖然已參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可對本發(fā) 明進(jìn)行各種改變，且可以等效物來替代本發(fā)明的元件以適應(yīng)特定情況，而此并不背離 本發(fā)明的范圍。因此，并不打算將本發(fā)明局限于揭示為預(yù)期用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模 式的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括屬于所附權(quán)利要求書的范圍及精神內(nèi)的所有實(shí)施 例。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體裝置，其包含a.半導(dǎo)體電路小片，其包含具有一個或一個以上端子的第一表面及具有至少一個端子的第二表面；b.電路小片附接墊，其具有引線；c.至少一個環(huán)可焊接接觸件，其到所述半導(dǎo)體電路小片的所述第一表面上的所述端子中的一者；及
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是由金屬導(dǎo)線形成的。
3、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述導(dǎo)線是選自由銅、鋁及金組成的群組的金屬。
4、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述導(dǎo)線涂覆有可焊接材料。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述可焊接材料是選自由銅、鎳、鈀及鉑組成的 群組的金屬。
6、 如權(quán)利要求5所述的裝置，其進(jìn)一步包含應(yīng)用板。
7、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是通過超聲熱球鍵合形成的。
8、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是通過超聲波楔鍵合形成的。
9、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是通過超聲熱球鍵合形成的。
10、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是通過超聲波楔鍵合形成的。
11、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是由條帶形成的。
12、 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述條帶是選自由銅、鋁及金組成的群組的金 屬。
13、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述條帶涂覆有可焊接材料。
14、 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述可焊接材料是選自由銅、鎳、鈀及鉑組成 的群組的金屬。
15、 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述可焊接環(huán)接觸件是通過超聲波鍵合形成的。
16、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其進(jìn)一步包括封裝材料。
17、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體電路小片是選自由二極管、金屬氧化 物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管、硅可控整流器及雙極結(jié)晶體管組成 的群組中的一者。
18、 一種制造具有環(huán)柱接觸件的半導(dǎo)體裝置的方法，其包含a. 提供半導(dǎo)體電路小片、具有引線的電路小片附接墊及呈導(dǎo)線或條帶形式的可 焊接環(huán)接觸件材料；b. 將所述電路小片附接到所述電路小片附接墊；c. 將所述環(huán)柱接觸件材料以環(huán)形狀鍵合到所述電路小片。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述鍵合步驟是超聲熱鍵合，其中所述環(huán)接觸件是可焊接環(huán)接觸件材料，所述可悍接環(huán)接觸件材料是選自所述銅、金及鋁的群 組的金屬導(dǎo)線。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述導(dǎo)線涂覆有選自由銅、鎳、鈀及鉑組成的 群組的可焊接金屬。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述超聲熱鍵合由多針腳下球上鍵合針腳組成。
22、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述鍵合步驟是超聲波鍵合，其中所述環(huán)柱接 觸件是選自由鋁、銅及金組成的群組的金屬導(dǎo)線或條帶。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述導(dǎo)線或條帶涂覆有選自由銅、鎳、鈀及鉑 組成的群組的可焊接金屬。
24、 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體電路小片是選自由二極管、金屬氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管、硅可控整流器及雙極結(jié)晶體管組 成的群組中的一者。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種在半導(dǎo)體電路小片上容易地制造可靠焊料接觸件的方法，其中所述焊料接觸件被制成環(huán)形狀且由可涂覆有其它可焊接金屬的金屬導(dǎo)線或條帶制成。所述環(huán)可以是所述半導(dǎo)體電路小片上的多環(huán)形式、單環(huán)形式或兩者?？墒褂贸暉峄虺暡ㄦI合在所述電路小片上形成所述環(huán)接觸件。還可用囊封材料來封裝所述電路小片，以使所述電路小片通過所述囊封材料暴露以作為用于裝置的焊料就緒接觸件。
文檔編號H01L23/52GK101405861SQ200780009906
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者李相道, 瑪吉·T·里奧斯 申請人:飛兆半導(dǎo)體公司