具有可焊接環接觸件的半導體裝置的制作方法

專利名稱：具有可焊接環接觸件的半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體裝置，具體地說，涉及一種具有作為可焊接表面的環接觸 件的半導體裝置，其提供一種在半導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：
本發明的裝置是半導體裝置，其制造可焊接接觸件的方法更有效率且較不昂貴。 由于所述裝置的設計簡單，其制造需要較少的時間。此項技術中眾所周知半導體裝置具有形成于半導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 上形成凸塊的銅導線、用助焊劑進行封裝、形成焊料凸塊，以及最后的回流工藝。與這些現有技術裝置相關聯的問題所詳述的制造工藝。焊料接觸件是不可靠的， 因為凸塊易于在板安裝之后破裂。需要一種制造半導體裝置的更有效且較不復雜的方法。 需要用于將半導體裝置焊接或附接到板安裝件的可靠接觸件。發明內容在本發明的實施例中， 一種半導體裝置包含半導體電路小片；電路小片附接墊， 其附接到所述電路小片的漏極區域；及可焊接環接觸件，其鍵合到所述電路小片的源 極與柵極區域。所述環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線或 條帶制成。將所述環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，在本發明的第一實施例中，本發明包括一種具環接觸件的半導體裝 置，所述環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 環接觸件由可焊接金屬導線制成，例如金或銅，且所述導線可進一步涂覆以銅、鎳、 鈀或鉑。所述裝置可用囊封材料封裝，并用焊料附接到應用板。在第二實施例中，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。 一旦形成了所述環接觸件形成，便 可用囊封材料來囊封所述裝置，以使所述環接觸件通過所述囊封材料而暴露。所述金 屬導線是銅或金，并可進一步涂覆有銅、鎳、鈀或鉑。在第三實施例中，所述裝置具有由金屬導線或條帶制成的環接觸件。所述導線或 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。 所述導線或條帶是通過直接到電路小片的超聲波鍵合技術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。本發明的優點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 細描述，所述超聲熱鍵合工藝需要將所述導線插入到鍵合工具中，將所述導線加熱且 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行其它鍵合。至少涉及所述環 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。本發明的另一優點是所述環接觸件是耐用且可靠的焊料接觸件。現有技術裝置 (例如，具有螺柱球或凸塊的裝置)容易破裂。本發明的環接觸件由堅固的導線或條 帶制成。所述堅固的金屬導線或條帶比焊料或螺柱凸塊強韌，因此所述環接觸件在板 安裝后不會像具有螺柱凸塊的裝置那樣容易破裂。


圖1是根據本發明的第一實施例的半導體裝置的平面圖； 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是根據本發明的第二實施例的半導體裝置的平面圖；圖2a是沿圖2中的線2a-2a截取的截面圖；圖3是根據本發明的第三實施例的半導體裝置的平面圖；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。在所有數個視圖中，對應的參考字符指示對應的部件。本文所列的實例圖解說明 本發明的數個實施例，而不應認為以任何方式限制本發明的范圍。
具體實施方式
圖1圖解說明本發明的第一實施例的半導體裝置100。所述裝置是經封裝半導體 100，其具有由可焊接材料制成的環接觸件104、 108、 109，所述環接觸件被鍵合到 半導體電路小片102。半導體電路小片102是具柵極、源極及漏極區域的倒裝芯片。 所述源極及柵極區域均在半導體電路小片102的頂表面上，而漏極區域在底表面上。 所述漏極區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。 半導體電路小片102的源極及柵極區域具有環接觸件104、 108、 109。裝置100顯示 多環接觸件104及單環柱接觸件108、 109兩者。以下將迸一步解釋如何使用超聲熱 球鍵合方法，將環接觸件鍵合到半導體電路小片102。參考圖1及la，裝置100可具有由導線制成的多環柱接觸件，其中使用單股導 線在半導體電路小片102上形成多個環以形成焊料表面。在此實施例中，使用導線來 制作多環接觸件104及單環接觸件108、 109。超聲熱球鍵合工藝在鍵合點處形成球形形狀，從而形成球形鍵合106。 一般來說， 用于環接觸件的導線穿過中空毛細管。在焊線通過毛細管的過程中，在導線所通過的 毛細管的下面，電燒斷系統熔化所述導線。如上所述，此導線被固化成球形形狀以形 成球形鍵合。以充足的力將毛細管下面的經熔化導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散。超聲熱球鍵合工藝使用介于IOO'C到28(TC范圍 內的溫度，且在底座中提供熱，待與導線鍵合的裝置便坐落于所述底座上。當使用銅 導線時，由于銅易于氧化，因此必須在惰性氛圍中執行所述鍵合工藝以防止氧化。在形成第一鍵合之后，將毛細管升高，以通過毛細管釋放導線直到所述導線被再 次壓入到第二鍵合部位并隨著施加超聲波能量而被加熱，以導致塑性變形及原子互擴 散。第二個鍵合因喂入導線所通過的毛細管裝置的形狀而呈現楔形形狀。可在此工藝 后形成所需數量的環接觸件。在最后一個環接觸件處，閉合導線夾且毛細管在最后楔 形鍵合的正上方處折斷導線。參考圖1與la，半導體裝置100具有三個環接觸件104，在三個環接觸件104 之間有一個球形鍵合106及兩個楔形鍵合107。這些多環接觸件104形成于半導體電 路小片102的源極區域上，借此形成源極接觸件。通過焊料110將應用板114附接到 環接觸件104、 108、 109，且半導體電路小片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用板114之前用囊 封材料112囊封所述裝置來封裝此第一實施例。關于圖1與lb，圖lb是圖1的裝置100的單環接觸件108、 109的截面圖。單 環接觸件108形成于半導體電路小片102的源極區域上且因此是源極環接觸件108。 圖1及lb中的中心中的單環接觸件109是形成于電路小片102的柵極區域上的柵極 環接觸件109。環接觸件104、 108、 109可由金或銅導線或者其它適合的金屬制成。此外，所述導線可涂覆以鎳、鈀、銅、鉑或其它可焊接金屬。轉到圖2及2a中所示的第二實施例，圖2的半導體裝置200具有可焊接環接觸 件204、 208、209，所述可焊接環接觸件形成于半導體電路小片202上的螺柱凸塊214、 215上。半導體電路小片202的漏極區域在電路小片202的底表面上，而上表面含有 源極及柵極區域。參考圖2a，半導體電路小片202的漏極區域附接到電路小片附接墊 201,且環接觸件204、 208在螺柱凸塊214、 215上。環接觸件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半導體電路小片202。如以上所述， 超聲熱球鍵合工藝需要熱以導致導線及待與導線鍵合的材料的塑性變形及原子互金 屬化。給半導體電路小片直接施加熱可能損壞電路小片。因此，將導線鍵合到電路小 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顯示具多環接觸件204及單環接觸件208、 209的半導體裝置200，其中使 用超聲熱球鍵合技術鍵合導線以形成環接觸件204、 208、 209。多環接觸件204及單 環接觸件208形成于電路小片202的源極凸塊214上，而中間的單環接觸件209形成 于半導體電路小片202的柵極凸塊215上。用來形成環柱接觸件204、 208、 209的導 線可以是銅、金或其它適合的金屬導線，且其可進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的多環接觸件204的截面圖。然而，多環接 觸件204具有直接到半導體電路小片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是直接形成到半導體電路小片202。同樣，還可封裝半導體 裝置202，以使環接觸件204、 208、 209通過囊封材料而暴露。暴露的環接觸件204、 208、 209用作柵極及源極連接。參考圖3、 3a及3b，本發明的第三個實施例顯示半導體裝置300，其具由條帶制 成的環接觸件304、 308、 309。然而，可用導線來替代條帶。此外，使用超聲波楔鍵 合技術，將所述條帶直接鍵合到半導體電路小片302。半導體電路小片302的一個表 面上具有漏極區域，而相對表面含納源極及柵極區域。通過焊料310將電路小片302 的漏極區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 環接觸件308、 309及多環接觸件304。圖3a顯示圖3中的裝置300的多環接觸件的截面圖。多環接觸件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導線喂入 到鍵合工具中產生楔形鍵合306。將導線保持到半導體電路小片302，且施加超聲波 能量以在導線與電路小片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。重復此工藝以形成所述數目的環接觸件。可 通過與鍵合工具安裝在一起的導線切割器切割導線，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線。圖3a是透視圖，其顯示鍵合到半導體電路小片302的多環接觸件304，其中裝置300經囊封以使環接觸件304通過囊封材料312而暴露。圖3b顯示單環接觸件308、 309的截面圖，所述單環接觸件308、 309在源極與 柵極區域上鍵合到半導體電路小片302，借此形成單源極環接觸件308及單柵極環接 觸件309。同樣，裝置300以囊封材料312封裝，所述囊封材料312覆蓋半導體電路 小片302，以使環接觸件308、 309的多個部分暴露供用于焊接到另一表面。圖3顯 示條帶環接觸件304、 308、 309，但如以上所述，在此實施例中可用導線來代替條帶。 所述導線或條帶可以是合適的可焊接金屬，例如鋁、銅或金，且可進一步涂覆以銅、 鎳、鈀或鉑。制造這些裝置的方法形成優于具有凸塊或球的先前半導體裝置及具有可焊接金 屬涂層的半導體裝置的顯著優點。關于第一實施例，所述制造方法需要將半導體電路 小片的漏極區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將 導線鍵合到半導體電路小片的源極區域。所述導線鍵合工藝可用于在電路小片上形成 單環或多環接觸件。如第一實施例中所示，半導體電路小片上具有單環接觸件及多環 接觸件兩者。用于環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，導線可以是銅或金，且可涂覆有銅、鎳、鈀或鉑。在將環接觸件鍵合 到電路小片之后，可視情況用囊封材料來涂覆電路小片，以使環接觸件通過囊封材料 而暴露。接著，通過焊料將環接觸件附接到應用板。制造第二實施例的裝置的方法需要使用具有螺柱凸塊或球的半導體電路小片，在 半導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域附接到電路小片附接墊。接著，通過使用超聲熱鍵合技 術將導線鍵合到半導體電路小片上而形成球形狀，其它鍵合則形成于半導體電路小片 上的螺柱凸塊上。同樣，此實施例中所使用的導線是可焊接金屬導線，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 囊封半導體裝置，以使環接觸件通過所述材料而暴露。關于第三實施例，如同第一實施例中一樣，半導體裝置具有鍵合到半導體電路小 片的可焊接環接觸件。然而，首先將電路小片附接到電路小片附接墊。接著，使用超 聲波鍵合技術在電路小片上形成環接觸件。在此實施例中，環接觸件可由導線或條帶 制成，所述導線或條帶由可焊接金屬制成，例如銅、金或鋁。同樣，導線或條帶可涂 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導線直接 鍵合到電路小片上并形成楔形鍵合。環接觸件可以單環、多環或兩者的形式形成于電 路小片上。第三實施例具有在電路小片的源極區域上的多環及單環接觸件兩者，以及 單柵極環接觸件。可視情況用囊封材料覆蓋所述裝置，以使環接觸件通過囊封材料而 暴露。盡管已用金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置的實施例描述了本發明，但所屬領域的技術人員應了解，本發明還可應與其它半導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晶體管。雖然已參考優選實施例描述了本發明，但所屬領域的技術人員應了解，可對本發 明進行各種改變，且可以等效物來替代本發明的元件以適應特定情況，而此并不背離 本發明的范圍。因此，并不打算將本發明局限于揭示為預期用于實施本發明的最佳模 式的特定實施例，而是本發明將包括屬于所附權利要求書的范圍及精神內的所有實施 例。
權利要求
1、一種半導體裝置，其包含a.半導體電路小片，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.至少一個環可焊接接觸件，其到所述半導體電路小片的所述第一表面上的所述端子中的一者；及
2、 如權利要求l所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是由金屬導線形成的。
3、 如權利要求2所述的裝置，其中所述導線是選自由銅、鋁及金組成的群組的金屬。
4、 如權利要求3所述的裝置，其中所述導線涂覆有可焊接材料。
5、 如權利要求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、 如權利要求5所述的裝置，其進一步包含應用板。
7、 如權利要求3所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是通過超聲熱球鍵合形成的。
8、 如權利要求3所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是通過超聲波楔鍵合形成的。
9、 如權利要求4所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是通過超聲熱球鍵合形成的。
10、 如權利要求4所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是通過超聲波楔鍵合形成的。
11、 如權利要求l所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是由條帶形成的。
12、 如權利要求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、 如權利要求14所述的裝置，其中所述可焊接環接觸件是通過超聲波鍵合形成的。
16、 如權利要求l所述的裝置，其進一步包括封裝材料。
17、 如權利要求l所述的裝置，其中所述半導體電路小片是選自由二極管、金屬氧化 物半導體場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管、硅可控整流器及雙極結晶體管組成 的群組中的一者。
18、 一種制造具有環柱接觸件的半導體裝置的方法，其包含a. 提供半導體電路小片、具有引線的電路小片附接墊及呈導線或條帶形式的可 焊接環接觸件材料；b. 將所述電路小片附接到所述電路小片附接墊；c. 將所述環柱接觸件材料以環形狀鍵合到所述電路小片。
19、 如權利要求18所述的方法，其中所述鍵合步驟是超聲熱鍵合，其中所述環接觸件是可焊接環接觸件材料，所述可悍接環接觸件材料是選自所述銅、金及鋁的群 組的金屬導線。
20、 如權利要求19所述的方法，其中所述導線涂覆有選自由銅、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，其中所述環柱接 觸件是選自由鋁、銅及金組成的群組的金屬導線或條帶。
23、 如權利要求22所述的方法，其中所述導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、 如權利要求18所述的裝置，其中所述半導體電路小片是選自由二極管、金屬氧 化物半導體場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管、硅可控整流器及雙極結晶體管組 成的群組中的一者。
全文摘要
本發明揭示一種在半導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形狀且由可涂覆有其它可焊接金屬的金屬導線或條帶制成。所述環可以是所述半導體電路小片上的多環形式、單環形式或兩者。可使用超聲熱或超聲波鍵合在所述電路小片上形成所述環接觸件。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 優先權日2006年3月27日
發明者李相道, 瑪吉·T·里奧斯 申請人:飛兆半導體公司