專利名稱：芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種依照權利要求1的前序部分所述的芯片。
背景技術：
這種芯片尤其用于制造功率半導體模塊。所述芯片為了散熱而通常被釬焊到底 板上，例如釬焊到直接敷銅(DCB)基板或者金屬板上。這一點參引Lugscheider.E等人的 “Spannungsreduktion inChip-DCB-Verbunden mittels Ausnutzung der intrinsischen Spannungseigenschaften von PVD-Metallisierungsschichten(借助對物理氣相沉 積(PVD)金屬化層的本征電壓特性的充分利用來降低芯片-DCB復合體內的電壓)”、 Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde (復合材料和材料復合體)，M. Schimmerer (編 輯(Hrsg.))，2005。此外，可能需要用于產生電連接的釬焊連接。為了產生釬焊連接，在芯片體的至少一個側上設置有由多個金屬層形成的層復合 體。所述層復合體一般通過貴金屬層終止，貴金屬層防止位于其下方的金屬層發生不希望 的氧化。釬焊層通常位于貴金屬層的下方，釬焊層在產生釬焊連接時至少部分地與焊料一 起熔化，并且在凝固后，將芯片體通過其他與釬焊層連接的金屬層與底板牢固地連接。尤其在制造芯片-DCB復合體時，可能需要的是實施多個釬焊過程。在此，可行的 是，特別地由金屬層制成的層復合體被多次加熱到200至250°C的溫度。在再次加熱已經制 成的釬焊連接時，可能發生的是，由釬焊層和焊料重新形成的熔體朝向芯片體的方向推進， 并且不被希望地穿過層復合體的其他金屬層。因而，可能在層復合體內部形成收縮空穴。 這些收縮空穴或者孔隙不利于釬焊連接良好的機械強度和/或導電能力。
發明內容
本發明的任務是，消除按照現有技術的缺點。尤其應該給出一種可以盡量簡單并 且成本低廉地制造的芯片，這種芯片能夠以很高的工藝可靠性得以釬焊。尤其在多次釬焊 時，會確保釬焊連接良好的機械強度和/或導電能力。該任務通過權利要求1和13所述的特征得以解決。本發明的適當的構造方案由 權利要求2至12和14和15所述的特征獲得。按照本發明的構型設置為，釬焊層具有至少一個通過中斷涂覆法而形成的界面。 令人驚訝地表明的是，用這種由多個分別通過界面分開的層形成的釬焊層，可以防止由釬 焊層和焊料形成的熔體不希望地穿過其他施加在基板體上的金屬層。所提出的芯片可以簡 單且成本低廉地制造。為此僅需要的是，在制造釬焊層時中斷涂覆法，以使在釬焊層內部至 少構成一個界面。在界面的區域內，在釬焊層內形成了阻擋體，該阻擋體制止了由焊料和部 分熔化的釬焊層形成的熔體朝向芯片體的方向推進。因而，熔體與其他設置在芯片體上的 金屬層不發生接觸或者僅很小程度地發生接觸。由此，可以確定地并且可靠地避免在層復 合體內由此引起的和/或不被希望的形成收縮空穴和/或孔隙。所提出的芯片以特別是在 如下制造過程中很高的工藝可靠性而著稱，在所述制造過程中，芯片多次經受處于200至
3250°C范圍內的溫度。按照本發明具有優點的構造方案，層復合體的與芯片體接觸的基礎層基本上由鋁 形成。基礎層用于將層復合體連接到芯片體上。按照另一個具有優點的構造方案，在釬焊層與基礎層之間設置的第一中間層基本 上由Ti或Cr或者由Ti與W組成的合金形成。第一中間層用來對安設于其上的釬焊層增 加附著力。此外，該中間層用作對于由焊料與釬焊層形成的熔體的阻擋體。按照本發明的另一構造方案，在貴金屬層與釬焊層之間可以設置第二中間層，第 二中間層基本上由Ti構成。另一中間層有助于進一步改善工藝可靠性。用于制造芯片體使用的半導體材料可以基本上由以下材料之一形成Si、SiC、 SiGe、GaAs0按照本發明的另一具有優點的構造方案設置為，形成釬焊層的晶體的平均晶體尺 寸至少在垂直地遠離界面指向的方向上首先是增大的(zimehmen)。在此，平均晶體尺寸的 增大可以是跳躍式的或者也可以是基本上是連續的。按照另一構造方案，形成釬焊層的晶 體的平均晶體尺寸在從位于與其他金屬層的邊界上的接觸面朝向界面去的方向上首先是 增大的。也就是說，在界面與接觸面之間，平均晶體尺寸具有最大值。只要在釬焊層內部構 造多個界面，則平均晶體尺寸同樣可以在兩個彼此跟隨的界面之間具有最大值。在本發明 的意義上，對于概念“最大值”或者“最小值”分別理解為相對最大值或者相對最小值。也 就是說，例如在釬焊層內部，垂直于界面可能出現平均晶粒大小的多個最大值等。界面是指例如可以在掃描電子顯微鏡中觀察到的、微觀結構中的不連續水平面。 所述微觀結構在界面的區域內至少在其一側上具有相對小的平均晶體尺寸。此外，包含在 釬焊層中的孔隙的頻度(Haufigkeit)在界面的區域內具有最大值。特別地，孔隙有助于 使釬焊層內的導熱性在一個或多個界面上分別具有最小值。按照另一具有優點的構造方案，設置為，釬焊層基本上由Ni或者Ni/V合金形成。 同樣可行的是，釬焊層具有至少兩個由不同金屬制成的層，其中，所述金屬可以從以下組 中選出:Ni、Ti、W或者Ni/V合金。具有優點的是，釬焊層的厚度為0.7至1.2 μ m，優選地為0.8至1.0 μ m。由此，釬 焊層也同按照現有技術迄今應用的釬焊層大致一樣厚，按照現有技術迄今應用的釬焊層在 不中斷的涂覆法中制成。盡管同按照現有技術的釬焊層的層厚度大致一樣，但按照本發明 的釬焊層具有顯著提高的對抗由釬焊層與焊料形成的熔體穿過的抵抗力。適當的是，用于制造釬焊層和/或其他金屬層的物理涂覆法是PVD法或者濺射法。 優選地尤其是使用濺射法來制造釬焊層。在制造按照本發明的釬焊層時，用于制造至少一 個邊界層的、優選制造多個邊界層的濺射法分別中斷1至60秒。在中斷濺射法期間，對之前 沉積的層進行冷卻。冷卻處于在30至100°C的范圍內，優選處于40至80°C的范圍內。由 于冷卻，在之后的界面區域內晶體生長發生減弱。按照本發明的另一構型，提出如下的芯片基板復合體，其中，按照本發明的芯片借 助與釬焊層連接的焊料與基板連接。在此，焊料嵌入釬焊層中。在制造釬焊連接時，釬焊層 部分熔化。在焊料與釬焊層之間形成金屬間化合物。在此，例如使用由Sn與Ag組成的合 金作為焊料。合金可以是焊膏的組成部分。基板可以是金屬板，尤其也可以是冷卻體。基板也可以是DCB基板。“DCB基板”是按照現有技術公知的“直接敷銅”基板，在DCB基板的表面設有銅層。在芯片基板復合體中，焊料與設置在DCB基板上的銅層接觸。這 種基板按照現有技術尤其用于制造功率半導體模塊。在此，帶有設置于芯片上的金屬化部 或者帶有層復合體的芯片借助焊料與設置在DCB基板上的銅層相連接。
下面，結合附圖詳細闡述本發明的實施例。其中圖1示出用于制造芯片-DCB復合體的系統的示意的層視圖，以及圖2示出依照圖1的細節視圖。
具體實施例方式圖1示出帶有布置于其上的芯片的DCB基板的層視圖，其中，在芯片與DCB基板之 間設置有焊膏。通過加熱，可以由這種系統制造出芯片與DCB基板的牢固復合體。在圖1中是例如由Si制成的、總體上用附圖標記1標示的芯片體。在芯片體的一 側上設置有金屬化部，金屬化部由總體上用附圖標記2標示的層復合體形成。層復合體2 由多個金屬層組成，所述金屬層例如借助濺射法制成。基礎層3基本上由鋁形成。安置于 基礎層3上的第一中間層4可以基本上由TiW合金組成。在第一中間層4上安置有釬焊層 5，釬焊層5由多個(在這里未示出的)層組成。每個層可以由Ni或者NiV合金制成。用 附圖標記6標示貴金屬層，貴金屬層例如可以由Ag、Au、Pt或者Pd制成。在釬焊層5與貴金屬層6之間可以置入(在這里未示出的)第二中間層。所述第 二中間層例如可以由Ti制成。用附圖標記7標示焊膏，焊膏基本上包含由Sn與Ag組成的合金制成的焊料。用附圖標記8總體上標示DCB基板。在例如由Al2O3制成的基板體9上，在基板體 9的底側和上側上分別設置有銅層10。圖2示出釬焊層5的細節視圖。下部接觸面用附圖標記Kl標示，并且上部接觸面 用附圖標記K2標示。第一層Sl由第一接觸面Kl和第一界面Gl來界定，第二層S2由第一 界面Gl以及第二界面G2來界定，并且第三層S3由第二界面G2以及第二接觸面K2來界定。如圖2中所見地，與在界面Gl與G2之間的大致居中的區域相比，或者與在界面Gl 或G2同相鄰接觸面Kl或K2之間的大致居中的區域相比，在界面G1、G2的區域內平均晶體 尺寸較小。此外，孔隙P的頻度尤其在界面G1、G2的區域內具有最大值。特別地，在界面 G1、G2的區域內形成的晶體可以垂直于界面G1、G2呈柱狀或者纖維狀地延伸。相反地，遠 離界面Gl和G2的晶體可以具有重結晶結構。于是，同樣能夠呈柱狀地構成。適當的是，層 S1、S2、S3在此由同樣的金屬制成，例如由Ni或者NiV合金制成。但同樣可行的是，一個或 者多個層Si、S2、S3由不同的金屬制成。在圖2中示出的結構例如可以借助濺射法來實施。為了產生界面Gl、G2，濺射法 適當地中斷20到50秒。在此，直至那時所沉積的層S2、S2或者S3可以例如在處于40至 70°C范圍內的溫度冷卻。然后，濺射法在與前面的層Si、S2同樣的條件下繼續進行。 適當的是，形成釬焊層5的層Sl、S2、S3的厚度處于0. 2至0. 4 μ m范圍內。按照特別具有優點的構造方案，針焊層5由三個層Si、S2、S3形成，三個層Si、S2、S3分別具有 0. 25至0. 35 μ m的厚度。附圖標記列表
1芯片體
2層復合體
3基礎層
4第一中間層
5釬焊層
6貴金屬層
7焊料
8DCB基板
9基板體
10銅層
Gl第一界面
G2第二界面
Kl第一接觸面
K2第二接觸面
P孔隙
Sl第一層
S2！第一層
S31第二層 ο
權利要求
1.芯片，在所述芯片中，在由半導體材料制成的芯片體(1)的一側上設置有用于產生 釬焊連接的層復合體(2)，其中，所述層復合體(2)由多個彼此相疊跟隨的、用物理涂覆法 制成的金屬層(3、4、5、6)形成，并且其中，在位于所述層復合體(2)表面上的貴金屬層(6) 與所述芯片體(1)之間設置有能被釬焊的釬焊層(5)，其特征在于，所述釬焊層(5)具有至少一個通過中斷所述涂覆法而形成的界面(G1、G2)。
2.按照權利要求1所述的芯片，其中，所述層復合體(2)的與所述芯片體(1)接觸的基 礎層(3)基本上由鋁形成。
3.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，設置在所述釬焊層(5)與所述基礎層(3) 之間的第一中間層⑷基本上由Ti或Cr或者由Ti與W組成的合金形成。
4.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，設置在所述貴金屬層(6)與所述釬焊層 (5)之間的第二中間層基本上由Ti形成。
5.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，所述半導體材料基本上由以下材料之一 形成Si、SiC、SiGe、GaAs0
6.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，形成所述釬焊層(5)的晶體的平均晶體 尺寸在至少一個垂直地遠離所述界面(G1、G2)指向的方向上首先是增大的。
7.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，形成所述釬焊層(5)的晶體的平均晶體 尺寸在從位于與其他金屬層的邊界上的接觸面(K1、K2)朝向所述界面(G1、G2)去的方向上 首先是增大的。
8.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，包含在所述釬焊層(5)中的孔隙(P)的頻 度在所述界面(G1、G2)的區域內具有最大值。
9.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，所述釬焊層(5)基本上由Ni或者Ni/V合 金形成。
10.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，所述釬焊層(5)具有至少兩個由不同金 屬制成的層，其中，所述金屬從以下組中選擇Ni、Ti、W或者Ni/V合金。
11.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，所述釬焊層(5)的厚度為0.7至 1. 2μ ，優選為 0. 8 至 1. Ομ 。
12.按照前述權利要求之一所述的芯片，其中，所述物理涂覆法是PVD法或者濺射法。
13.芯片基板復合體，其中，按照前述權利要求之一所述的芯片借助與所述釬焊層(5) 相連的焊料(7)與基板⑶連接。
14.按照權利要求13所述的芯片基板復合體，其中，所述基板(8)是DCB基板，并且所 述焊料(7)與設置于所述DCB基板上的銅層(10)接觸。
15.按照權利要求13或者14所述的芯片基板復合體，其中，所述焊料(7)由基本上由 Sn和Ag形成的合金制成。
全文摘要
本發明涉及一種芯片，在這種芯片中，在由半導體材料形成的芯片體(1)的一側上設置有用于產生釬焊連接的層復合體(2)，其中，所述層復合體(2)由多個彼此相疊跟隨的、用物理涂覆法制成的金屬層(3、4、5、6)形成，并且其中，在位于層復合體(2)表面上的貴金屬層(6)與芯片體(1)之間設置有可被釬焊的釬焊層(5)。為了避免焊料(7)不希望地穿過層復合體(2)，則按照本發明提出，釬焊層(5)具有至少一個通過中斷涂覆法而形成的界面(G1、G2)。本發明給出一種可以盡量簡單并且成本低廉地制造的芯片，這種芯片能夠以很高的工藝可靠性得以釬焊。尤其在多次釬焊時，會確保釬焊連接良好的機械強度和/或導電能力。
文檔編號H01L23/00GK101996954SQ20101025090
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月10日 優先權日2009年8月18日
發明者斯文·貝爾貝里希 申請人:賽米控電子股份有限公司