具有引線接合件的功率覆層結(jié)構(gòu)和制造其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體涉及用于功率器件的引線接合的結(jié)構(gòu)和方法，且更具體而言，涉及功率覆層(POL)結(jié)構(gòu)，該功率覆層結(jié)構(gòu)與功率器件的接觸焊盤的材料類型無(wú)關(guān)地實(shí)現(xiàn)功率器件的銅引線接合。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體器件是在功率電子電路中用作開(kāi)關(guān)或整流器的半導(dǎo)體器件，例如，開(kāi)關(guān)式功率供應(yīng)。在使用中，功率半導(dǎo)體器件典型地借助于封裝結(jié)構(gòu)而安裝至外部電路，其中封裝結(jié)構(gòu)提供對(duì)外部電路的電連接，并且還提供移除由器件生成的熱且相對(duì)于外部環(huán)境保護(hù)器件的途經(jīng)。功率半導(dǎo)體器件設(shè)有多個(gè)輸入/輸出(I/o)互連件來(lái)將器件電連接至外部電路。這些I/o連接件可以以焊球、電鍍突塊、或引線接合連接件的形式提供。在引線接合封裝的情況下，引線接合件提供為，在可為電路板或引線框的下一個(gè)封裝水平處將在功率半導(dǎo)體器件上提供的接合焊盤或接觸焊盤連接至對(duì)應(yīng)的焊盤或?qū)щ娫?。大多?shù)現(xiàn)有的功率器件封裝結(jié)構(gòu)使用引線接合件和襯底(例如，直接敷銅(DBC)襯底)的組合來(lái)提供對(duì)相應(yīng)的半導(dǎo)體器件的兩側(cè)的I/O互連。封裝結(jié)構(gòu)可為有引線的(引線框等)或設(shè)有栓接的端子，以用于提供對(duì)封裝結(jié)構(gòu)的電連接性。引線接合件形成從封裝結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面至封裝引腳的電連接，該電引腳然后與外部電路對(duì)接，且DBC襯底將封裝結(jié)構(gòu)的其他表面電聯(lián)接至外部電路。
[0003]圖1繪出了根據(jù)已知的現(xiàn)有技術(shù)的引線接合的功率封裝結(jié)構(gòu)10，其具有半導(dǎo)體器件12，該半導(dǎo)體器件12具有聯(lián)接至半導(dǎo)體器件12上表面18的門極接觸焊盤14和發(fā)射極接觸焊盤16。如所顯示的，引線接合件20、22、24直接接合至半導(dǎo)體器件12的接觸焊盤14、
16。為了在引線接合件20、22、24與半導(dǎo)體器件12的上接觸焊盤14、16之間形成可靠的連接，引線接合件20、22、24的材料典型地選擇為匹配上接觸焊盤14、16的金屬化。
[0004]通常處于鎳金金屬化物或鎳銀金屬化物的形式的集電極焊盤形成在半導(dǎo)體器件12的下表面28上。焊料30或燒結(jié)的銀小片附接材料用于將半導(dǎo)體器件12聯(lián)接至DBC或直接敷鋁(DBA)襯底32。
[0005]因?yàn)楣β势骷湫偷刂圃鞛閹в袖X接觸焊盤，所以對(duì)應(yīng)的引線接合件可能由鋁或鋁合金形成，以便形成對(duì)功率器件的可靠電連接。如今，在產(chǎn)業(yè)中存在朝向銅引線接合件的趨勢(shì)，這提供更低的電阻，這導(dǎo)致更低的損耗和更高的效率。然而，銅引線接合件不形成對(duì)接觸焊盤的鋁金屬化物的可靠電連接。
[0006]雖然銅接觸焊盤可在制造時(shí)并入功率器件中，但是將銅并入功率器件制作工序中是非平凡的，且增加了顯著的開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。而且，制造商典型地在他們制造的所有功率器件上提供單個(gè)類型的金屬化材料。如果功率模塊可并入來(lái)自多個(gè)制造商的功率器件，那么在這些功率器件上形成可靠的引線接合件是困難的，因?yàn)樵诮o出的模塊內(nèi)的各種功率器件可包括不相似的金屬化材料。
[0007]甚至在功率器件設(shè)有銅金屬化物的情況下，將銅引線接合件聯(lián)接至銅金屬化物也存在困難。例如，與較細(xì)尺度或鋁引線接合件相比，將銅引線接合件，尤其是能夠耐受高電流瞬變過(guò)程的粗尺度銅引線接合件附接至金屬化物或接觸焊盤將更大量的應(yīng)力施加至功率器件。這是因?yàn)殂~與銅的引線接合由于其與鋁與鋁的引線接合相比的材料特性，需要更高的能量以用于接合。由于這些更高的能量，故引線接合工序可損壞功率器件。
[0008]銅與銅的引線接合的另一問(wèn)題為，電流在其從功率器件的接觸焊盤向引線接合件流動(dòng)時(shí)的集聚。在功率器件上的接觸焊盤的金屬化層是薄的(例如，數(shù)微米)，且電流必須行進(jìn)穿過(guò)該薄的金屬化物，直至其遇到引線接合件并然后流過(guò)其。引線接合件由于設(shè)備約束而僅可以以一定間隔放置，因而各功率器件將僅具有跨過(guò)接觸焊盤分布的少量引線接合件。雖然為各接觸焊盤提供多個(gè)引線接合件有助于分布電流流動(dòng)，但互連結(jié)構(gòu)中的電阻仍導(dǎo)致固有損耗。
[0009]雖然當(dāng)前已進(jìn)行嘗試來(lái)緩解與銅與銅的引線接合相關(guān)的上述問(wèn)題，例如通過(guò)優(yōu)化接觸焊盤的銅材料特性且調(diào)整硬焊盤的厚度，但在本領(lǐng)域中存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。
[0010]因而，將期望提供一種POL結(jié)構(gòu)，其允許使用銅引線接合件而不將功率器件的接觸焊盤的金屬化物改變成銅。還將期望具有一種用于制作處于引線接合件的形式的I/o互連件的方法，該I/o互連件減少在引線接合工序期間由施加的應(yīng)力引起的器件損壞，從而增加了加工生產(chǎn)量，且其提供從功率器件到引線接合件的有效電流分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，功率覆層(POL)結(jié)構(gòu)包括:功率器件，其具有布置在功率器件的上表面上的至少一個(gè)上接觸焊盤；和POL互連層，其具有聯(lián)接至功率器件的上表面的電介質(zhì)層、和金屬化層，金屬化層具有金屬互連件，該金屬互連件延伸穿過(guò)通孔且電聯(lián)接至功率器件的至少一個(gè)上接觸焊盤，該通孔穿過(guò)電介質(zhì)層而形成。POL結(jié)構(gòu)還包括直接聯(lián)接至金屬化層的至少一個(gè)銅引線接合件。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造POL結(jié)構(gòu)的方法包括:提供包括多個(gè)半導(dǎo)體器件的晶圓；將電介質(zhì)層聯(lián)接至多個(gè)半導(dǎo)體器件中的各個(gè)的上表面；穿過(guò)電介質(zhì)層形成多個(gè)通孔，來(lái)暴露出多個(gè)半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)接觸焊盤；和在電介質(zhì)層的上表面上形成金屬化層，金屬化層具有金屬互連件，該金屬互連件延伸穿過(guò)多個(gè)通孔且與多個(gè)半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)接觸焊盤電聯(lián)接。該方法還包括將至少一個(gè)引線接合件聯(lián)接至金屬化層的頂部表面。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，POL組件包括第一半導(dǎo)體器件、第二半導(dǎo)體器件、和POL互連組件，該P(yáng)OL互連組件具有粘合地聯(lián)接至第一和第二半導(dǎo)體器件的上接觸焊盤的聚酰胺膜和形成在聚酰胺膜上的金屬化路徑，該金屬化路徑包括多個(gè)金屬互連件，該金屬互連件延伸穿過(guò)通孔且電聯(lián)接至第一和第二半導(dǎo)體器件的上接觸焊盤，該通孔穿過(guò)聚酰胺膜而形成。POL組件還包括多個(gè)銅引線接合件，該多個(gè)銅引線接合件直接聯(lián)接至金屬化路徑，其中，多個(gè)銅引線接合件中的第一引線接合件電聯(lián)接至第一半導(dǎo)體器件的上接觸焊盤，且其中，多個(gè)銅引線接合件中的第二引線接合件電聯(lián)接至第二半導(dǎo)體器件的上接觸焊盤。
[0014]技術(shù)方案1:一種功率覆層(POL)結(jié)構(gòu)，其包括:
功率器件，其具有布置在所述功率器件的上表面上的至少一個(gè)上接觸焊盤；
POL互連層，其包括: 電介質(zhì)層，其聯(lián)接至所述功率器件的上表面；和
金屬化層，其具有金屬互連件，所述金屬互連件延伸穿過(guò)通孔且電聯(lián)接至所述功率器件的所述至少一個(gè)上接觸焊盤，所述通孔穿過(guò)所述電介質(zhì)層而形成；和至少一個(gè)銅引線接合件，其直接聯(lián)接至所述金屬化層。
[0015]技術(shù)方案2:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述至少一個(gè)上接觸焊盤包括鋁。
[0016]技術(shù)方案3:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括多層襯底，所述多層襯底利用焊料層熱聯(lián)接且電聯(lián)接至所述功率器件的下接觸焊盤，所述多層襯底包括直接敷銅(DBC)和直接敷鋁(DBA)襯底中的一種。
[0017]技術(shù)方案4:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電介質(zhì)層在所述至少一個(gè)銅引線接合件下方具有基本上均勻的厚度。
[0018]技術(shù)方案5:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特性在于，所述電介質(zhì)層經(jīng)由粘合層而聯(lián)接至所述功率器件的上表面。
[0019]技術(shù)方案6:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特性在于，所述POL互連層的布置在所述引線接合件的接觸表面與所述功率器件之間的一部分沒(méi)有所述電介質(zhì)層。
[0020]技術(shù)方案7:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括:
金屬互連件，其具有定位于所述金屬化層的頂部表面下方的上接觸表面；和銅引線接合件，其聯(lián)接至所述金屬互連件的上接觸表面；
其中，上引線接合件的接觸表面的表面區(qū)域小于所述金屬互連件的上接觸表面的表面區(qū)域。
[0021]技術(shù)方案8:根據(jù)技術(shù)方案I所述的POL結(jié)構(gòu)，其特性在于，所述至少一個(gè)引線接合件的接觸表面聯(lián)接至所述POL互連層的具有金屬化互連件的一部分。
[0022]技術(shù)方案9:一種制造功率覆層(POL)結(jié)構(gòu)的方法，其包括:
提供包括多個(gè)半導(dǎo)體器件的晶圓；
將電介質(zhì)層聯(lián)接至所述多個(gè)半導(dǎo)體器件中的各個(gè)的上表面；
穿過(guò)所述電介質(zhì)層形成多個(gè)通孔，來(lái)暴露出所述多個(gè)半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)接觸焊盤;
在所述電介質(zhì)層的上表面上形成金屬化層，所述金屬化層具有金屬互連件，所述金屬互連件延伸穿過(guò)所述多個(gè)通孔且與所述多個(gè)半導(dǎo)體器件的所述至少一個(gè)接觸焊盤電聯(lián)接；和
將至少一個(gè)引線接合件聯(lián)接至所述金屬化層的頂部表面。
[0023]技術(shù)方案10:根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其特征在于，將所述電介質(zhì)層聯(lián)接至所述多個(gè)半導(dǎo)體器件中的各個(gè)的上表面包括在它們之間布置粘合層。
[0024]技術(shù)方案11:根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其特征在于，還包括使所述晶圓單一化成多個(gè)POL結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)POL結(jié)構(gòu)中的各個(gè)包括至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體器件具有所述電介質(zhì)層的一部分和形成于其上的所述金屬化層的一部分。
[0025]技術(shù)方案12:根據(jù)技術(shù)方案9所述的方法，其特征在于，還包括:
形成通孔來(lái)暴露出比所述至少一個(gè)引線接合件的表面區(qū)域大的接觸焊盤的表面區(qū)域；
和將所述至少一個(gè)引線接合件聯(lián)接至在所述通孔內(nèi)形成的金屬互連件。
[0026]技術(shù)方案