專利名稱：具有焊接引線的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及制造方法，具體地，涉及一種外引 線(external lead)焊接到半導(dǎo)體芯片的電極上的半導(dǎo)體器件和制造方法。
背景技術(shù)：
用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品例如蜂窩電話、個(gè)人電腦和數(shù)字視聽(tīng)設(shè)備或 用于驅(qū)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的電源中采用的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體
管(MOSFET)載送接近1至200A的大電流。該強(qiáng)電流需要利用有大截 面面積的粗的外導(dǎo)線(external wire)。因此為了使大電流流出，約100 至500/mi的多條大的規(guī)范焊接線(large gage bonding wire)作為外導(dǎo)線 連接至MOSFET源電極。
焊接線一般通過(guò)超聲波焊接或熱壓焊接連接至源電極。該焊接連 接需要約1.5至3倍的導(dǎo)線截面面積的面積。然而，源電極或柵電極限 制于小面積，因此對(duì)導(dǎo)線截面面積可以放大到什么范圍有限制。而且， 大導(dǎo)線截面的導(dǎo)線需要施加更高的壓力以獲得所需要的較大焊接強(qiáng) 度，并且那種機(jī)械沖擊會(huì)對(duì)半導(dǎo)體芯片造成損傷。大的規(guī)范焊接線中 的彎曲部分(loop)也會(huì)導(dǎo)致較低的生產(chǎn)率。
為了解決這些問(wèn)題，日本未審專利申請(qǐng)公布No.2002-313851 (Oono 等人)和2002-314018(Funato等人)焊接線利用平板電子構(gòu)件作為外導(dǎo)線 代替焊接線并且擴(kuò)大了外導(dǎo)線的截面面積。圖1是Ono等人公開(kāi)的
SOP(小外形封裝)的外部透視圖。圖2A是沿著圖1的線A-A的橫截面 圖。圖2B是沿著圖1的線B-B的垂直截面圖。
圖2A和2B中的半導(dǎo)體器件101包括模壓樹(shù)脂102。源電極104a 和柵電極104g形成在半導(dǎo)體芯片105的頂表面上，并且漏電極(未示出) 形成在半導(dǎo)體芯片105的下面。
在八條外引線當(dāng)中，四個(gè)漏極側(cè)端子103d集成為一組以在模壓樹(shù) 脂102內(nèi)形成漏極側(cè)接線柱107d。半導(dǎo)體芯片105放置在漏極側(cè)接線 柱107d上方，使得漏極側(cè)接線柱107d與漏電極(未示出)電連接。在剩 余的四條外引線當(dāng)中，三個(gè)源極側(cè)端子103s集成為一組以在模壓樹(shù)脂 102內(nèi)形成源極側(cè)接線柱107s，并且一個(gè)柵極側(cè)端子103g在模壓樹(shù)脂 102內(nèi)形成柵極側(cè)接線柱107g。
源極側(cè)接線柱107s和源電極104s通過(guò)電路構(gòu)件(electric path member)106電連接。形成在電路構(gòu)件106和源電極104s—端的電極側(cè) 連接部分106a和形成在電路構(gòu)件106和源電極側(cè)接線柱107s另一端的 引線側(cè)連接部分106d，通過(guò)超聲波焊接彼此直接連接。利用平板電路 構(gòu)件106能使在源極側(cè)接線柱107s和源電極104s之間電流流動(dòng)的路徑 的截面面積顯著大于流過(guò)多條焊接線的電流流動(dòng)路徑。柵極側(cè)接線柱 107g通過(guò)一條焊接線108電連接至柵電極104g。
在日本未審專利申請(qǐng)公布No.SH061-53737(圖2)(Matsuda等人)中 公開(kāi)了用于利用激光進(jìn)行導(dǎo)線焊接的焊接技術(shù)。圖3是示出Matsuda 等人公開(kāi)的半導(dǎo)體器件的截面圖。半導(dǎo)體芯片201放置在引線框的焊 盤芯片安裝焊盤(die pad)(島)203上。放置在半導(dǎo)體芯片201上的電極 焊盤202和引線框的引線204通過(guò)焊接線205電連接。激光焊接連接 電極焊盤202和導(dǎo)線205。
然而，由Oono等人和Funato等人公開(kāi)的超聲波焊接方法由于超
聲波振動(dòng)而會(huì)對(duì)半導(dǎo)體芯片造成機(jī)械損傷。而且難于焊接到一些金屬 上，因?yàn)樵摲椒ㄊ菣C(jī)械焊接方法。
具體地，在300攝氏度或更高的溫度下進(jìn)行在引線框的焊盤芯片 安裝焊盤(島)上安裝半導(dǎo)體芯片的步驟，從而在半導(dǎo)體芯片電極的表面 上形成了氧化膜。為了在低溫下在外導(dǎo)線和電極之間進(jìn)行機(jī)械焊接， 必須剝離掉電極表面上的氧化膜以露出新表面。這些動(dòng)作需要將超聲 波振動(dòng)施加到彼此接觸放置的外導(dǎo)線和電極上。然而，如果外導(dǎo)線具 有大的截面面積，則由外導(dǎo)線的振動(dòng)而使大的機(jī)械沖擊施加到電極上，
且會(huì)將機(jī)械損傷傳達(dá)給電極下面的半導(dǎo)體芯片。MOSFET產(chǎn)品是尤其 易受擊穿攻擊的產(chǎn)品，因?yàn)橹苯釉陔姌O的下面存在有源單元。而且， 當(dāng)存在具有厚表面氧化膜的材料例如銅(Cu)時(shí)，很難焊接。
另一方面，由Masuda等人公開(kāi)的激光焊接方法，會(huì)對(duì)電極下面的 半導(dǎo)體器件造成熱損傷。使用約100至500/mi或更大的大直徑導(dǎo)線降 低導(dǎo)通電阻以使MOSFET載送大電流。該電流對(duì)應(yīng)于100至500Mm厚 度。另一方面，電極的厚度可以是如Oono等人描述的2至6/mi那么 小。當(dāng)激光焊接構(gòu)件具有顯著不同的厚度時(shí)調(diào)節(jié)激光強(qiáng)度是極其困難 的，因?yàn)楦叩募す鈴?qiáng)度可能會(huì)熱損傷半導(dǎo)體器件，并且低的激光強(qiáng)度 可能會(huì)使得未能連接或僅形成差的連接。

發(fā)明內(nèi)容
接下來(lái)利用優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明中使用的數(shù)字和附圖標(biāo)記， 說(shuō)明本發(fā)明的特征。括號(hào)中示出了這些數(shù)字和附圖標(biāo)記以闡明權(quán)利要 求中的說(shuō)明和優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然而，在權(quán) 利要求中說(shuō)明的本發(fā)明的技術(shù)范圍的說(shuō)明中沒(méi)有使用這些數(shù)字和附圖 標(biāo)記。
本發(fā)明的一個(gè)方面是半導(dǎo)體器件，其中第一外引線(7a)的第一半導(dǎo) 體焊盤(4a)焊接到形成于半導(dǎo)體芯片(3)頂表面上的第一連接電極(3a)。
第一連接孔(5a)形成在第一連接焊盤(4a)中。第一連接孔(5a)與第一連接 電極(3a)交疊，且第一連接焊盤(4a)的熔融部(9)被焊接到第一連接孔(5a) 周圍的部分中的第一連接電極(3a)。
本發(fā)明的另一方面是用于將第一外引線(7a)的第一連接焊盤(4a) 激光焊接到形成于半導(dǎo)體芯片(3)頂表面上的第一連接電極(3a)的方法。 第一連接孔(5a)與第一連接電極(3a)交疊，且將激光束(10)照射到包括第 一連接孔(5a)的區(qū)域上。第一連接焊盤(4a)在第一連接孔(5a)周圍的部分 中熔融，且被焊接到第一連接電極(3a)。
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件制造方法，其能夠防止對(duì)半導(dǎo)體器 件造成機(jī)械和熱損傷，同時(shí)還提供了高的可靠性和生產(chǎn)率。


結(jié)合附圖，從優(yōu)選實(shí)施方案的以下說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其它目 的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加顯而易見(jiàn)，其中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件101的外部透視圖； 圖2A是沿著圖1的線A-A的橫截面圖； 圖2B是沿著圖1的線B-B的垂直截面圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的另一半導(dǎo)體器件的截面圖4A是示出用于本發(fā)明第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件100的透視
圖4B是沿著圖4A的線C-C的截面圖5是沿著圖4A的線D-D的截面圖6A是示出用于制造半導(dǎo)體器件100的方法的透視圖6B是沿著圖6A的線E-E的截面圖7是半導(dǎo)體器件100的焊接區(qū)周圍的部分的放大截面圖8是比較每種類型金屬的熔點(diǎn)和反射率的表；
圖9是示出對(duì)于圖8中所示的每種金屬的熔點(diǎn)和反射率之間關(guān)系
的圖10是半導(dǎo)體器件100的變形的第一連接孔5a的部分的放大截
面圖IIA是半導(dǎo)體器件100的另一變形中的第一連接孔5a的部分的 放大截面圖11B是半導(dǎo)體器件100的另一變形中的第一連接孔5a的部分的 放大截面圖12A是示出本發(fā)明第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件200的俯視圖； 圖12B是沿著圖12A的線F-F的截面圖13A是示出本發(fā)明第三實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件300的方法 的截面圖13B是示出本發(fā)明第三實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件300的方法 的截面圖14是用于半導(dǎo)體器件300的第一連接孔5a的部分的放大截面圖。
具體實(shí)施例方式
接下來(lái)將參考示例性實(shí)施方案說(shuō)明本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 認(rèn)識(shí)到，可以利用本發(fā)明的知識(shí)實(shí)現(xiàn)許多可選的實(shí)施方案，且本發(fā)明 不限于為了說(shuō)明目的而示例的實(shí)施方案。適當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化以下說(shuō)明和附圖 以使該說(shuō)明變清楚。
第一實(shí)施方案
接下來(lái)參考各圖說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方案。在第一實(shí)施方案中， 將該發(fā)明應(yīng)用到半導(dǎo)體器件，其中多個(gè)MOSFET單元組合成一個(gè) MOSFET，用于大電流和低導(dǎo)通電阻使用。雖然單個(gè)晶體管單元通常載 送約0.1安培的電流，但該類型的組合晶體管可以載送約1至200安培 的電流且可用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的電源或驅(qū)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)等。
圖4A是示出應(yīng)用到第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件100的透視圖。圖 4B是沿著圖4A的線C-C的截面圖。圖5是沿著圖4A的線D-D的截
面圖。如圖4A、圖4B和圖5所示的半導(dǎo)體器件100包括引線框焊盤 芯片安裝焊盤(島)2、半導(dǎo)體芯片(芯片(die))3、源電極3a(第一連接電 極)、源極引線7a(第一外引線)。用導(dǎo)電糊將半導(dǎo)體芯片3安裝到焊盤 芯片安裝焊盤2上。在源極引線7a上形成用于電連接至源電極3a的源 極焊盤4a(第一連接焊盤)。在源極焊盤4a中形成多個(gè)第一連接孔5a。 半導(dǎo)體器件100進(jìn)一步包含柵電極3b(第二連接電極)和柵極引線7b(第 二外引線)。在柵極引線7b上形成用于電連接至柵電極3b的柵極焊盤 4b(第二連接焊盤)。在柵極焊盤4b中形成第三連接孔5b。
圖6A是示出用于制造半導(dǎo)體器件IOO的方法的透視圖。圖6B是 沿著圖6A的線E-E的截面圖。從激光照射裝置(未示于圖中)將激光束 10照射到半導(dǎo)體器件100上。在聚焦到包括各個(gè)第一連接孔5a的區(qū)域 上的同時(shí)照射激光束10，且沒(méi)有照射到其它區(qū)域上。激光束IO熔融第 一連接孔5a周圍的部分中的第一連接焊盤4a的部分且形成焊接區(qū)到第 一連接電極3a。除了外引線的尖端部分(連接到安裝襯底的部分)之外， 然后將所有的結(jié)構(gòu)元件密封到環(huán)氧樹(shù)脂和形成的封裝中(未示于圖中)。
圖7是焊接區(qū)周圍的部分的截面圖。如圖4A和圖4B所示，源極 焊盤4a連接至源極引線7a。每個(gè)部分的比例和尺寸不同于實(shí)際的半導(dǎo) 體器件。例如在半導(dǎo)體芯片3中形成垂直MOSFET。形成在n+型漏極 區(qū)31的背面上的漏極37通過(guò)導(dǎo)電糊38電連接至焊盤芯片安裝焊盤2。 漏極引線(第三外引線未示于圖中)從焊盤芯片安裝焊盤2延伸，且電 連接至半導(dǎo)體芯片3的漏極37。在n+型漏極區(qū)31上形成n型漂移區(qū) 32，且在該n型漂移區(qū)32的上側(cè)形成多個(gè)p型基區(qū)33。在p型基區(qū) 33的上側(cè)形成n+型源極區(qū)34。夾在n+型源極區(qū)34和n型漂移區(qū)32之 間的P型基區(qū)33的一部分形成垂直MOSFET的溝道區(qū)。借助柵極絕 緣膜在溝道區(qū)的上部上形成柵電極35。柵電極35相互連接(未示于圖 中)，且電連接至圖4A中所示的柵電極3b。用于覆蓋柵電極的層間絕 緣膜36形成有暴露出p型基區(qū)33和n+型源極區(qū)34的一部分的開(kāi)口 。 源電極3a形成在層間絕緣膜36上，且電連接至p型基區(qū)33和n+型源
極區(qū)34的露出部分。
源極焊盤4a與源電極3a交疊。第一連接孔5a形成在源極焊盤4a 中。激光束10照射到包括第一連接孔5a的源電極3a和源極焊盤4a 的頂部上的區(qū)域上，且源極焊盤4a的一部分熔融第一連接孔5a的內(nèi)部 以形成熔融部9，其焊接到源電極3a。虛線示出了通過(guò)激光焊接之前的 第一連接孔5a的形狀，實(shí)線示出了通過(guò)激光束焊接之后的第一連接孔 5a的形狀。
發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，通過(guò)抑制源電極3a的熔融，及促使源極焊盤4a 的熔融，可以甚至進(jìn)一步防止對(duì)半導(dǎo)體芯片3的損傷。常用于源電極 3a的材料是鋁(A1)、 Cu、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鎢(W)和/ 或鉭(Ta)。相比之下，Cu和Au是常用于源極焊盤4a的主要材料。這 里使用的材料是交疊在該表面上的具有Ni鍍層、Ag鍍層和/或Au鍍 層的Cu或Al的基礎(chǔ)材料，或者通過(guò)在Cu板上交疊Ni板然后輥壓該 金屬而獲得的Cu-Ni覆蓋材料。
發(fā)明人首先注意到這些材料對(duì)激光的反射率。在比較Al、 Cn、 Ni、 Au、 Ag、 Pt、 W和Ta的反射率之后，發(fā)明人以高反射率的順序排列 Ag>Au>Cu〉Ta>Al〉Pt>Ni〉W。激光吸收效率隨著反射率降低而 變大。換句話說(shuō)，源電極3a的電極材料的反射率應(yīng)選作產(chǎn)生比源極焊 盤4的材料高的反射率的組合。如果在源極焊盤4a中使用Al，則可以 選擇Ag、 Au、 Cu和Ta用于源電極3a，且如果在源極焊盤4a中使用 Cu，則可以選擇Ag和Au用于源電極3a。
然而，僅基于反射率選擇材料限制了材料的選擇范圍。在此發(fā)明 人集中在熔點(diǎn)上。反射率在具有高熔點(diǎn)的金屬例如W、 Ta和Pt中低， 而該材料熔點(diǎn)顯著高于其它材料，因此其它材料會(huì)首先熔融。因此甚 至在源極焊盤4a中使用Cu時(shí)，也可以在用于源電極3a的電極材料中 使用W、 Ta和Pt。換句話說(shuō)，應(yīng)該選擇材料的組合，以便源極焊盤4a
的材料在源電極3a的材料熔融之前熔融。圖9示出了表示對(duì)于圖8中 所示的每種金屬的熔點(diǎn)和反射率之間的關(guān)系圖。
如果熔點(diǎn)存在很大差異，則由于反射率差引起的效應(yīng)小，因此可 以選擇許多組合。如果熔點(diǎn)差異小，則應(yīng)當(dāng)選擇具有大差異反射率的 組合。如果用于源極焊盤4a的材料為Al，則反射率和熔點(diǎn)都最小，因 此可以利用Cu、 Au、 Ag、 Ni、 Pt、 W和Ta作為源電極3a的電極材料。 如果用于源極焊盤4a的材料為Au，則可以利用Ni、 Pt、 W和Ta作為 源電極3a的電極材料。當(dāng)利用具有低熔點(diǎn)和比Cu高的反射率的Au和 /或Ag作為源電極3a的電極材料時(shí)，則需要激光束的精細(xì)控制，以熔 融Cu而不會(huì)熔融Au和/Ag?；蛘弑仨毤雍馎u和/或Ag，然后控制激 光使得即使熔融了其表面部分，也不熔融源電極3a的下層部分。
在垂直MOSFET中，MOSFET單元直接形成在源電極3a的下方， 以防止例如在焊接期間由于熱傳播至MOSFET單元而引起器件特性波 動(dòng)的問(wèn)題，可形成源電極3a為約5/rni厚度。材料例如Pt、 W和Ta不 容易形成到上述厚度，結(jié)果在形成Al和/或Cu之后形成底層22至幾 pm，可形成幾百nm的W、 Ta禾口/或Pt的疊層結(jié)構(gòu)作為熔融防止層24， 如圖10所示。甚至在源極焊盤4a材料熔融了狀態(tài)下，源電極22表面 上的該熔融防止層24也會(huì)抑制源電極22的熔融。
可在源極焊盤4a的表面上形成易熔融的材料，以在源電極3a的 電極材料之前熔融源極焊盤4a的一部分。圖IIA示出了其中熔融促進(jìn) 劑層28形成在基礎(chǔ)材料26的表面上的源極焊盤4a的實(shí)例。如果例如 Cu是源電極3a的電極材料，則Al是用于源極焊盤4a的理想材料，然 而如果利用Cu作為基礎(chǔ)材料26，則還可利用Al的鍍層作為熔融促進(jìn) 劑層28。如果形成了熔融促進(jìn)劑層28，則目前廣泛用在引線框中的材 料可以用在基礎(chǔ)材料26中，例如A1材料、Cu材料、在由Cu禾Q/或Al 制成的基礎(chǔ)材料的表面上形成有Ni鍍層和/或Ag鍍層的材料、Cu-Ni 覆蓋材料等。熔融的促進(jìn)劑層28可形成有足以用特定的強(qiáng)度將熔融源
極焊盤4a焊接到源電極3a的量(厚度)，并且如果熔融促進(jìn)劑層28形 成在激光將被照射的第一連接孔5a周圍的部分中，則是足夠的。如圖 IIA所示，熔融促進(jìn)劑層28可形成在基礎(chǔ)材料26的兩側(cè)上；或者可正 好形成在由激光照射的一側(cè)上，如圖11B所示。
如上所述，應(yīng)當(dāng)考慮到用于在第一連接電極(源電極3a)的表面和 要被熔融的第一連接焊盤(源極焊盤4a)的部分上形成的材料的組合，其 將是用于激光焊接的理想組合。也就是說(shuō)，應(yīng)選擇這樣的組合，其包 括當(dāng)由用于第一連接焊盤(源極焊盤4a)的激光照射時(shí)易熔融的材料，和 當(dāng)由用于第一連接電極(源電極3a)的激光照射時(shí)不易熔融的材料。因 此，如果第一連接焊盤的材料比第一連接電極的材料更難以熔融，則 可在比第一連接焊盤的表面更難熔融的第一連接電極的表面上形成熔 融防止層24，或者可在第一連接焊盤的表面上形成比第一連接電極的 表面容易熔融的熔融促進(jìn)劑層28。利用熔融防止層24和熔融促進(jìn)劑層 28的組合將進(jìn)一步改善激光焊接條件。
可以利用第一連接孔5a觀察源極焊盤4a的焊接狀態(tài)和源電極3a 的狀態(tài)，并控制激光束。而且，熔融部9加寬第一連接孔5a的內(nèi)側(cè)， 這對(duì)于獲得足夠的面積形成焊接區(qū)以及產(chǎn)生足夠的焊接強(qiáng)度是有效 的。還可以利用第一連接孔5a對(duì)準(zhǔn)源極焊盤4a和源電極3a的位置。
大電流流動(dòng)并且小電阻在源極焊盤4a中流動(dòng)，其厚度從約幾十至 幾百微米變動(dòng)。如果沒(méi)有形成連接孔5a，則必須熔融厚的源極焊盤4a 以使得焊接連接到源電極3a。然而，有如下問(wèn)題，即使具有好的激光 吸收效率，當(dāng)將該類型的厚源極焊盤4a焊接到源電極3a時(shí)，直接在源 電極3a下面的MOSFET也會(huì)瞬間熔融。通過(guò)形成第一連接孔5a，源 極焊盤4a上的第一連接孔5a的尖端會(huì)容易開(kāi)始熔融，且焊接連接形成， 所以不需要熔融源極焊盤4a的整個(gè)板厚度。第一連接孔5a可形成為垂 直壁形狀，但如果形成為薄的、具有錐形尖端的點(diǎn)狀，則具有該薄的 點(diǎn)尖端的部分將比厚的部分更快地達(dá)到熔融溫度。而且，尖端部分的熔融將會(huì)逐漸朝著厚部分前進(jìn)，以便可以容易形成激光焊接，同時(shí)控
制該熔融狀態(tài)。如果沒(méi)有形成連接孔5a，則不能檢查源電極3a的狀態(tài)， 使得難于在控制激光束以便不熔融源電極3a的同時(shí)形成連接。然而， 可以控制源極焊盤4a的狀態(tài)，同時(shí)在激光焊接期間經(jīng)由第一連接孔5a 檢查源電極3a的狀態(tài)，以便可以更好地防止對(duì)半導(dǎo)體芯片3的損傷。
還可以使柵電極3b、柵極焊盤4b和第三連接孔5b制作成與源電 極3a、源極焊盤4a和第一連接孔5a相同的結(jié)構(gòu)?？尚薷暮透淖冞B接 孔5a和5b的數(shù)量。
在上述半導(dǎo)體器件100中，可以選擇組合以允許激光焊接，以便 外引線的連接焊盤比半導(dǎo)體芯片上的連接電極更容易用激光熔融。因 此，可以連接外引線的連接焊盤和半導(dǎo)體芯片的連接電極而不損傷半 導(dǎo)體芯片。此外，可以形成焊接連接，同時(shí)在激光焊接操作期間控制 在外引線連接焊盤上的焊接狀態(tài)并通過(guò)經(jīng)連接孔監(jiān)測(cè)來(lái)檢查半導(dǎo)體芯 片上的連接電極狀態(tài)。因此，可以容易形成激光連接，同時(shí)防止對(duì)半 導(dǎo)體芯片的損傷。
接下來(lái)，說(shuō)明制造半導(dǎo)體器件100的方法。首先用分別形成在對(duì) 應(yīng)于每個(gè)半導(dǎo)體芯片的源極引線7a和柵極引線7b —端上的源極焊盤 4a和柵極焊盤4b來(lái)制備引線框。引線框允許連接到多個(gè)半導(dǎo)體芯片。 在源極焊盤4a和柵極焊盤4b中分別形成第一和第三連接孔5a和5b。 第一和第三連接孔5a和5b可形成為錐形形狀。在圖中所示的實(shí)施例中， 使源極焊盤4a和柵極焊盤4b制作得比源極引線7a和柵極引線7b薄， 然而這些部分可制作為相同的厚度。
接下來(lái)，在焊盤芯片安裝焊盤2上安裝半導(dǎo)體芯片3。源極焊盤 4a和柵極焊盤4b分別與形成在半導(dǎo)體芯片3的頂側(cè)上的源電極3a和 柵電極3b交疊。將激光束IO(參見(jiàn)圖6A和圖6B)照射到包括第一和第 三連接孔5a和5b的各自區(qū)域上，源極焊盤4a和柵極焊盤4b的每個(gè)部
分則熔融并形成熔融部9(參見(jiàn)圖7)，且源電極3a和柵電極3b分別緊 密焊接到第一和第三連接孔5a和5b。然后在除了外引線的尖端部分之 外的整個(gè)結(jié)構(gòu)上方覆蓋模壓樹(shù)脂(圖中未示出)，且完成每個(gè)半導(dǎo)體器 件。圖6A和6B示出了在所有的第一連接孔5a上激光焊接的實(shí)施例。 然而，如果不存在有焊接強(qiáng)度或電特性的問(wèn)題，則多個(gè)連接孔不需要 激光焊接。
YAG(釔鋁石榴石)激光器可以用作激光束10。如上所述，選擇用 于源電極3a和柵電極3b的電極材料以及用于源極焊盤4a和柵極焊盤 4b的材料的組合。激光束10的焊點(diǎn)直徑可比第一和第三連接孔5a和 5b稍微大些。用于激光束的照射時(shí)間和光束位置對(duì)準(zhǔn)時(shí)間相比用于機(jī) 械焊接例如導(dǎo)線焊接的時(shí)間極短，使得將生產(chǎn)效率提升到更高階段。 位置對(duì)準(zhǔn)非常精確，以便連接電極和連接焊盤之間以及連接焊盤之間 的對(duì)準(zhǔn)余裕(positioning margin)可以制作得小，因此可以使半導(dǎo)體器件 制作得小。
通過(guò)在源電極3a和柵電極3b的頂側(cè)上形成熔融防止層24，和/ 或在源極焊盤4a和柵極焊盤4b的頂側(cè)上形成熔融促進(jìn)劑層28，可以 使用不同材料作為源電極3a和柵電極3b和/或源極焊盤4a和柵極焊盤 4b中的基礎(chǔ)材料，可以提高生產(chǎn)率且可以擴(kuò)大用于半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì) 的可能范圍。
在上述的半導(dǎo)體器件100中，在第一連接焊盤(源極焊盤4a)中形 成了第一連接孔5a，并且第一連接孔5a與第一連接電極(源電極3a)交 疊，激光束10照射到包括第一連接孔5a的區(qū)域上，并且第一連接焊盤 (源極焊盤4a)的熔融部9焊接到第一連接孔5a周圍的部分中的第一連 接電極(源電極3a)，以便防止對(duì)半導(dǎo)體芯片3的機(jī)械損傷和熱損傷，并 且第一外引線(源極引線7a)牢固地連接至第一連接電極(源電極3a)，且 具有更高的生產(chǎn)效率。具有較低導(dǎo)通電阻和較高電流性能的功率晶體 管的生產(chǎn)率顯著提高。
上述的實(shí)例說(shuō)明了源電極3a、柵電極3b、源極引線7a、柵極引線 7b、源極焊盤4a、柵極焊盤4b、第一連接孔5a和第三連接孔5b。然 而，連接電極、外引線、連接焊盤和連接孔的類型和數(shù)量不限于以上 描述且可以進(jìn)行所有類型的改變。
第二實(shí)施方案
接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件200。在以下說(shuō) 明中，與上述半導(dǎo)體器件100相同的結(jié)構(gòu)元件賦予相同的附圖標(biāo)記且 省略了它們的詳細(xì)說(shuō)明。在半導(dǎo)體器件100的實(shí)施例中，第一和第二 外引線7a和7b以及第一和第二連接焊盤4a和4b以集成結(jié)構(gòu)由相同材 料制成，但這些可以是分離的構(gòu)件。在半導(dǎo)體器件200中，制備第一 和第二連接夾lla和llb，其由與第一和第二外引線14a和14b隔開(kāi)的 構(gòu)件形成。第一和第二連接夾lla和llb在其一端用作第一和第二連接 焊盤4a和4b，且在其另一端分別與第一和第二外引線14a和14b連接。
圖12A是示出半導(dǎo)體器件200的俯視圖。圖12B是沿著圖12A的 線F-F的截面圖。半導(dǎo)體器件200不同于半導(dǎo)體器件100之處在于，源 極焊盤4a(第一連接焊盤)和柵極焊盤4b(第二連接焊盤)分別形成在源 極夾lla(第一連接夾)和柵極夾llb(第二連接夾)上。這些部件分別電連 接至源極引線14a(第一外引線)和柵極引線14b(第二外引線)。第一連接 孔5a和第三連接孔5b分別形成在源極夾lla和柵極夾lib的一端中； 且分別焊接到源電極3a和柵電極3b,與半導(dǎo)體器件100的相同。選擇 用于源極夾lla和柵極夾lib的材料以及用于源電極3a和柵電極3b的 電極材料，與半導(dǎo)體器件100的源極焊盤4a和柵極焊盤5b的源電極 3a和柵電極3b的電極材料相同。
第二連接孔13a和13b分別形成在源極夾lla和柵極夾lib的另 一端12a和12b上。第二連接孔13a和13b分別與源極引線14a和柵極 引線14b交疊，激光束則可照射包括第二連接孔13a和13b的區(qū)域，且
源極夾lla和柵極夾llb可分別焊接到源極引線14a和柵極引線14b。 在源極夾lla和源極引線14a之間、以及在柵極夾llb和柵極引線14b 之間沒(méi)有形成半導(dǎo)體芯片，且由于那些夾和引線的厚度幾乎從幾十到 幾百微米，所以不需要與用于源電極3a和柵電極3b的照射條件相同苛 刻的激光照射條件。用于源極夾lla和源極引線14a(還用于柵極夾lib 和柵極引線14b)的材料的組合不必總是不同的材料，且可使用相同的 材料組合，例如Cu和Cu、 Al和Al。
而且，源極引線14a和源極夾lla的另一端12a之間(還在柵極引 線14b和柵極夾lib的另一端12b之間)的連接不限于激光連接，且可 通過(guò)導(dǎo)電糊(未示于圖中)焊接。在那種情況下，不需要第二連接孔13a 和13b。順便提及，圖12A中的實(shí)例，顯示了多個(gè)源極夾lla分別連接 至多個(gè)源極引線14a，然而一個(gè)大的源極夾可連接至多個(gè)源極引線14a。
在半導(dǎo)體200中，激光束10還照射到包括分別形成在源極夾lla 和柵極夾lib中的第一和第三連接孔5a和5b的各區(qū)域上；以及分別焊 接到第一和第三連接孔5a和5b周圍的部分中的源電極3a和柵電極3b 的源極夾lla和柵極夾lib的熔融部上。因此可以防止對(duì)半導(dǎo)體芯片3 的機(jī)械損傷和熱損傷，這與半導(dǎo)體器件100中的相同，且源極引線14a 和源電極3a以及柵極引線14b和柵電極3b可以分別以更高的生產(chǎn)效率 牢固連接。
在半導(dǎo)體器件100和200的上述實(shí)施例中，源電極3a和源極焊盤 4a(或源極夾lla)被激光焊接，且柵電極3b和柵極焊盤4b(或柵極夾llb) 也被激光焊接。然而，盡管源電極3a和源極焊盤4a(或源極夾lla)通 過(guò)激光焊接連接，但柵電極3b和柵極焊盤4b(或柵極夾llb)之間的連 接可以通過(guò)導(dǎo)線焊接或?qū)щ姾纬?，而不利用激光焊接。通過(guò)應(yīng)用本 發(fā)明，通過(guò)大電流的至少第一連接電極(源電極3a)可以以高的生產(chǎn)效率 牢固地連接至板狀第一連接焊盤或板狀第一連接夾。第三實(shí)施方案
接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件300。本實(shí)施方
案的半導(dǎo)體器件300不同于半導(dǎo)體器件IOO之處在于，凸塊30(凸塊電 極)分別形成在源電極3a和柵電極3b上，源極焊盤4a和柵極焊盤4b 分別焊接到形成于源電極3a上的凸塊30，并焊接到形成于柵電極3b 上的凸塊30。
圖13A和圖13B是示出制造半導(dǎo)體器件300的方法的截面圖。圖 14是示出半導(dǎo)體器件300的焊接區(qū)周圍的部分的截面圖。凸塊30電連 接在源電極3a上，如圖13A所示。每個(gè)凸塊30是柱狀或球狀，且可 利用包括Cu和/或含錫(Sn)的焊料的導(dǎo)電材料。例如，通過(guò)利用焊料或 導(dǎo)電粘合劑將凸塊30連接在源電極3a上。在使第一連接孔5a與凸塊 30交疊之后，將激光束10照射到包括第一連接孔5a的區(qū)域上。
將源極焊盤4a的熔融部9焊接到第一連接孔5a周圍的部分中的 凸塊30，如圖14所示。在該情況下，凸塊30與第一連接電極等效。 第一連接孔5a周圍的部分中的虛線示出了在源極焊盤4a的熔融之前的 狀態(tài)。激光束熔融源極焊盤4a，其熔融并落在凸塊30上，并且熔融部 9形成不規(guī)則形狀。
如上所述，可以考慮用于凸塊30和源極焊盤4a的材料的選擇。 凸塊30可由單一導(dǎo)電材料形成，或者熔融防止層可形成在基礎(chǔ)材料的 表面上。熔融防止層是在源極焊盤4a開(kāi)始熔融時(shí)沒(méi)有熔融的導(dǎo)電材料。
凸塊30可以制作成幾十pm的厚度或直徑，以及幾倍或幾十倍于 源電極3a或柵電極3b的厚度的厚度。凸塊越厚，熔融就越難，因此實(shí) 際上不存在損壞底層上的MOSFET單元的煩惱。由激光束照射的表面 部分變得最熱，但離表面部分的距離越遠(yuǎn)，溫度就越不容易升高。由 此，可以容易得到凸塊30的表面部分熔融而下部(連接到源電極3a的 一側(cè))不熔融的狀態(tài)。即使源極焊盤4a是與凸塊30相同的材料(例如Cu和Cu)，凸塊30和源極焊盤4a也會(huì)在第一連接孔5a周圍的部分中 熔融，并且形成凸塊30的下部沒(méi)有熔融的狀態(tài)。熔融防止層可形成在 凸塊30的表面上。例如，源極焊盤4a由Cu-Ni覆蓋材料形成，且由于 可以利用涂布有Cu材料作為熔融防止層的基礎(chǔ)材料，所以凸塊30由 焊料的組合形成。通過(guò)利用凸塊30，對(duì)可以由比源極焊盤4a更易熔融 的材料制成的源電極3a的表面材料沒(méi)有特別的限制焊盤。然而，如果 在源電極3a的表面上還形成與形成于凸塊30的表面上的熔融防止層相 同的材料，則不僅可以防止源電極3a的熔融，而且凸塊30和源電極 3a也將會(huì)具有好的相互吸引力。利用凸塊30能進(jìn)一步增加可選材料的 組合，增加生產(chǎn)率，并擴(kuò)大半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)可能性。
盡管連同其幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案說(shuō)明了上述發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，提供那些實(shí)施方案僅用于闡明本發(fā)明，并且應(yīng)當(dāng)不 依靠它來(lái)以限制的意義解釋所附的權(quán)利要求。例如，半導(dǎo)體芯片3不 限于垂直MOSFET且可以是LSI例如微型計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器和/或高功率 器件例如晶閘管或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，且對(duì)半導(dǎo)體芯片3的使 用沒(méi)有特別的限制。連接孔、焊接區(qū)、夾和凸塊的數(shù)量不限于以上描 述且可以進(jìn)行修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體芯片，其包括形成于其頂表面上的第一連接電極；和第一外引線，其包括形成有第一連接孔的第一連接焊盤，其中第一連接孔與第一連接電極交疊，且第一連接焊盤的熔融部焊接到第一連接孔周圍的部分中的第一連接電極上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一連接電極的材料 是在第一連接焊盤的部分開(kāi)始熔融時(shí)不會(huì)熔融的材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體器件，其中所述第一連接電極包 括底層和形成在該底層上方的熔融防止層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體器件，其中所述第一連 接焊盤包含基礎(chǔ)材料和形成于該基礎(chǔ)材料頂表面上的烙融促進(jìn)劑層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括凸塊電極，其中第一連接孔與作為第一連接電極的替代物的凸塊電極交疊，且第一連接 焊盤的熔融部焊接到凸塊電極上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件，其中所述凸塊電極的部分和第 一連接焊盤的部分熔融并形成熔融部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件，其中所述凸塊電極包括基礎(chǔ)材 料和形成于該基礎(chǔ)材料表面上的熔融防止層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括形成 有連接孔的第一連接夾，其中第一連接夾和連接孔分別用作第一連接 焊盤和第一連接孔的替代物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件，其中 在所述第一連接夾中進(jìn)一步形成第二連接孔； 所述第二連接孔與所述第一外引線交疊；和所述第一連接夾焊接到所述第二連接孔周圍的部分中的第一外引 線上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件，其中第一連接夾通過(guò)導(dǎo)電糊 電連接至第一外引線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括 第二外引線，其包括形成了第三連接孔的第二連接焊盤，和 第三外引線，其中所述半導(dǎo)體芯片包括垂直MOSFET，該垂直MOSFET包括用 作源電極的第一連接電極、用作頂表面上的柵電極的第二連接電極、 和形成在與頂表面相反的背面上的漏電極，其中第三外引線電連接至漏電極，和其中第三連接孔與第二連接電極交疊，且第二連接焊盤的熔融部 焊接到第三連接孔周圍的部分中的第二連接電極上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括另一凸塊電極， 其中所述第三連接孔與作為所述第二連接電極的替代物的另一凸塊電 極交疊，且第二連接焊盤的熔融部焊接到另一凸塊電極上。
13. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括制備半導(dǎo)體芯片，其具有形成于其頂表面上的第一連接電極； 制備第一外引線，其包括形成有第一連接孔的第一連接焊盤； 使第一連接孔與第一連接電極交疊；和將激光束照射到包括第一連接孔的區(qū)域上，并且將第一連接焊盤 焊接到第一連接孔周圍的部分中的第一連接電極上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述激光束的光源是YAG激光器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述 方法使用在開(kāi)始熔融第一連接焊盤的部分時(shí)不會(huì)熔融第一連接電極的 材料。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體器件的制造方法， 進(jìn)一步包括在第一連接電極上形成凸塊電極，其中第一連接孔與作為 第一連接電極的替代物的凸塊電極交疊，且第一連接焊盤焊接到作為 第一連接電極的替代物的凸塊電極上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體器件的制造方法， 進(jìn)一步包括制備第一連接夾，其在一端形成有連接孔和在另一端形成有第二 連接孔，第一連接夾和連接孔分別用作所述第一連接焊盤和所述第一 連接孔的替代物；使所述第二連接孔與所述第一外引線交疊；和將激光束照射到包括所述第二連接孔的區(qū)域上，并且將所述第一 連接夾焊接到第二連接孔周圍的部分中的第一引線上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述半導(dǎo)體芯片包括垂直MOSFET，其包括用作源電極的第一連 接電極、用作形成于頂表面上的柵電極的第二連接電極、和形成在與 頂表面相反的背面上的漏電極，該方法進(jìn)一步包括制備第三外引線和第二外引線，該第二外引線包括形成有第三連 接孔的第二連接焊盤；將第三外引線電連接至漏電極； 使第三連接孔與第二連接電極交疊；和將激光束照射到包括所述第三連接孔的區(qū)域上，并且將第二連接 焊盤焊接到所述第三連接孔周圍的部分中的第二連接電極上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件的制造方法，進(jìn)一步包括在第二連接電極上形成另一凸塊電極，其中所述第三連接孔與作為第二連 接電極的替代物的另一凸塊電極交疊，且所述第二連接焊盤焊接到作 為第二連接電極的替代物的另一凸塊電極上。
全文摘要
一種用于防止對(duì)半導(dǎo)體芯片的機(jī)械和熱損傷的半導(dǎo)體器件及制造方法。激光束將形成于第一外引線上的第一連接焊盤焊接到形成于半導(dǎo)體芯片表面上的第一電極上。第一連接孔形成在第一連接焊盤中，且第一連接孔與第一連接電極交疊。激光束照射包括第一連接孔的區(qū)域，并且第一連接孔周圍的部分中的第一連接焊盤熔融形成熔融部，其焊接到第一連接電極上而容易形成具有更優(yōu)良電特性的半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101339934SQ200810135608
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者田中壯和, 高橋康平 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司