具有應(yīng)力補償?shù)男酒姌O的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有芯片電極的半導(dǎo)體芯片，并且特別地涉及將芯片電極電連接至導(dǎo)電元件的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件制造商堅持不懈地努力提高其產(chǎn)品的性能，同時降低其制造成本。半導(dǎo)體器件制造的一個方面在于封裝半導(dǎo)體芯片。封裝常常涉及將半導(dǎo)體芯片電極鍵合到電接觸元件。就機械牢固性和電氣可靠性而言的可實現(xiàn)的鍵合質(zhì)量是針對以低費用獲得高產(chǎn)品產(chǎn)量的重要參數(shù)。
[0003]出于這些和其它原因，存在對本發(fā)明的需要。
【附圖說明】
[0004]附圖被包括進來以提供對實施例的進一步理解，并且結(jié)合在該說明書中且構(gòu)成該說明書的一部分。附圖圖示實施例并且和說明書一起用于解釋實施例的原理。其它實施例以及實施例的許多預(yù)期優(yōu)點將容易理解，因為通過參考下面的詳細(xì)描述它們變得更好理解。附圖的元素不必相對于彼此成比例。同樣的參考數(shù)字指代對應(yīng)的類似部件。
[0005]圖1示意性地圖示了包括半導(dǎo)體芯片和設(shè)置于半導(dǎo)體芯片第一主表面上并且具有應(yīng)力補償層和焊盤金屬層的芯片電極的示例性半導(dǎo)體器件的橫截面視圖。
[0006]圖2示意性地圖示了包括半導(dǎo)體芯片和設(shè)置于半導(dǎo)體芯片兩個主表面上并且每一個具有應(yīng)力補償層和焊盤金屬層的芯片電極的示例性半導(dǎo)體器件的橫截面視圖。
[0007]圖3示意性地圖示了包括半導(dǎo)體芯片、設(shè)置于半導(dǎo)體芯片第一主表面上并且具有應(yīng)力補償層和焊盤金屬層的芯片電極、焊料材料層和電接觸元件的示例性半導(dǎo)體器件的橫截面視圖。
[0008]圖4示意性地圖示了圖3的示例性半導(dǎo)體器件在形成焊料鍵合接縫之后的橫截面視圖。
[0009]圖5示意性地圖示了類似于圖4中示出的半導(dǎo)體器件的除了在形成焊料鍵合接縫期間焊盤金屬層完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g相之外的示例性半導(dǎo)體器件的橫截面視圖。
[0010]圖6是在半導(dǎo)體芯片上制造芯片電極的示例性工藝的流程圖。
[0011]圖7A示意性圖示了放置在載體上的半導(dǎo)體芯片和放置在半導(dǎo)體芯片上的接觸夾的橫截面視圖。
[0012]圖7B示意性圖示了圖7A中示出的布置的頂視圖。
[0013]圖7C示意性圖示了圖7A的布置在引入到烘爐中并且形成焊料接縫之后的橫截面視圖。
[0014]圖8圖示了用于使用隧道式烘爐來制造半導(dǎo)體器件的方法的實施例的示意性視圖。
[0015]圖9圖示了用于在烘爐中使用批量工藝來制造半導(dǎo)體器件的方法的實施例的示意性視圖。
【具體實施方式】
[0016]在下面的詳細(xì)描述中對附圖進行參考，附圖形成詳細(xì)描述的一部分，并且在附圖中借助于圖示示出在其中可以實踐本發(fā)明的特定實施例。在這點上，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“上”、“下”等方向術(shù)語參考正被描述的(一個或多個)附圖的定向來使用。因為實施例的部件能夠被定位在多個不同的定向中，所以方向術(shù)語被用于圖示的目的而絕不是限制。要理解在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以利用其它實施例并且可以進行結(jié)構(gòu)或邏輯上的改變。因此下面詳細(xì)的描述不以限制性的意義來解讀，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。
[0017]要理解，在本文中描述的各種示例性實施例的特征可以彼此相組合，除非另外特定指出。
[0018]如該說明書中使用的，術(shù)語“鍵合的”、“附著的”、“連接的”、“耦合的”和/或“電連接的/電耦合的”不意圖表示元件或?qū)颖仨氈苯咏佑|在一起；居間元件或?qū)涌梢苑謩e被提供在“鍵合的”、“附著的”、“連接的”、“耦合的”和/或“電連接的/電耦合的”元件之間。然而，根據(jù)公開內(nèi)容，上面提及的術(shù)語可選地還可以具有下述特定意義:元件或?qū)又苯咏佑|在一起，即沒有居間元件或?qū)臃謩e被提供在“鍵合的”、“附著的”、“連接的”、“耦合的”和/或“電連接的/電耦合的”元件之間。
[0019]進一步，關(guān)于被形成或被定位“在表面之上”的部分、元件或材料層而使用的詞“之上”在本文中可以被用來表示部分、元件或材料層“間接地被定位(例如被放置、被形成、被沉積等)在暗指表面上”，其中一個或多個附加的部分、元件或?qū)颖徊贾迷诎抵副砻婧筒糠?、元件或材料層之間。然而，關(guān)于被形成或被定位“在表面之上”的部分、元件或材料層而使用的詞“之上”還可以可選地具有特定含義:部分、元件或材料層“直接地被定位(例如被放置、被形成、被沉積等)在暗指表面上”，例如與暗指表面直接接觸。
[0020]在本文中描述包含半導(dǎo)體芯片的器件。特別地，可以涉及具有垂直結(jié)構(gòu)的半一個或多個導(dǎo)體芯片，就是說，可以以這樣的方式來制造半導(dǎo)體芯片使得電流能夠以垂直于半導(dǎo)體芯片的主表面的方向流動。具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片在其兩個主表面上(就是說，在其頂側(cè)和底側(cè)上)具有電極。特別地，可以涉及具有垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率芯片。
[0021]在各種其它實施例中，可以涉及具有水平結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片。具有水平結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片可以僅在一個表面上(例如，在其頂側(cè)表面上)具有電極。特別地，可以涉及具有水平結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體功率芯片。
[0022]半導(dǎo)體芯片可以從諸如例如S1、SiC、SiGe、GaAs、GaN、AlGaN、InGaAs、InAlAs 等特定半導(dǎo)體材料來制造，并且此外可以包含不是半導(dǎo)體的無機和/或有機材料。半導(dǎo)體芯片可以是不同的類型并且可以通過不同的技術(shù)來制造。
[0023]在本文中描述的半導(dǎo)體芯片可以包括一個或多個邏輯集成電路。特別地，如果半導(dǎo)體芯片是功率芯片，那么功率半導(dǎo)體芯片可以包括:一個或多個邏輯集成電路，諸如例如用于驅(qū)動半導(dǎo)體功率芯片的驅(qū)動器電路；和/或一個或多個傳感器，諸如例如溫度傳感器。邏輯集成電路可以是例如包括例如存儲器電路、電平移位器等的微控制器。
[0024]例如，在本文中描述的半導(dǎo)體芯片可以配置為功率MISFET (金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極晶體管)、JFET (結(jié)型柵場效應(yīng)晶體管)、HEMT (高電子迀移率晶體管)、功率雙極晶體管或功率二極管諸如例如PIN 二極管或肖特基二極管。作為示例，在垂直功率器件中，功率MISFET或功率MOSFET或HEMT的源極接觸電極和柵極接觸電極可以位于一個主表面上，而功率MISFET或功率MOSFET或HEMT的漏極接觸電極可以布置在另一主表面上。進一步，在本文中諸如例如HEMT的半導(dǎo)體功率芯片被認(rèn)為是水平器件，其中電極僅被布置在其頂表面上。
[0025]半導(dǎo)體芯片具有設(shè)置在半導(dǎo)體芯片主表面上的芯片電極(芯片焊盤)。芯片電極允許與包括在半導(dǎo)體芯片中的(一個或多個)集成電路進行電氣接觸。芯片電極中的至少一個包括至少兩個金屬層，即應(yīng)力補償層和焊盤金屬層。這些金屬層可以以任何期望的幾何形狀來制造。這些金屬層可以例如具有覆蓋半導(dǎo)體主表面的限定區(qū)域的岸面(land)的形式，該金屬層被設(shè)置在半導(dǎo)體主表面之上。
[0026]焊料材料可以被施加至芯片電極以將半導(dǎo)體芯片電氣地和機械地連接至諸如例如載體或接觸夾的芯片外電氣接觸元件。焊料材料可以是軟焊料材料。焊料材料可以基于Sn，例如可以包括下述或由下述組成:Sn或Sn的合金，特別是Sn (Ag)、Sn (Au)、Sn (Zn)、Sn (Sb)、Sn (AgCu)或 Sn (CuNiGe)0
[0027]在本文中針對合金使用的符號中，主要元素(例如Sn)是合金的基礎(chǔ)或基質(zhì)，而圍在括號中的(一個或多個)次要組分是(一個或多個)溶質(zhì)。作為示例，Sn (Ag)是二元Sn合金的示例，Sn (AgCu)是三元Sn合金的示例，Sn (CuNiGe)是四元Sn合金的示例。主要元素總是合計等于或大于合金的50% (原子百分比)。
[0028]特別地，如果焊料材料包括Sn，那么所述焊料材料可以包括大于50% (原子百分比)，80% (原子百分比)，90% (原子百分比)或甚至95% (原子百分比)的Sn含量。焊料材料還可以包括100% (原子百分比)的Sn含量。焊料材料可以例如沒有Pb。
[0029]焊料材料可以是包括以上成分的焊料金屬顆粒的焊料膏。進一步，它可以包含焊料金屬顆粒懸浮在其中的熔劑材料。焊料材料可以進一步包括間隔顆粒，諸如例如具有在例如5 和30 之間范圍中的直徑的Cu顆粒或Ni涂布的Cu顆粒。
[0030]圖1示意性地圖示了示例性半導(dǎo)體器件100。半導(dǎo)體器件100包括具有第一主表面11和相對于第一主表面11布置的第二主表面12的半導(dǎo)體芯片10。進一步，半導(dǎo)體器件100包括芯片電極20，例如半導(dǎo)體芯片10的負(fù)載電極或控制電極。芯片電極20被