專利名稱：表面貼裝的正面接觸制備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體設備。
背景技術(shù)：
芯片級的封裝源自于設計與所包含晶片的尺寸接近的半導體封裝的思想。美國專利No.6,624,522闡述了若干種芯片級的封裝，各個封裝包括功率半導體晶片，例如功率MOSFET，具有至少一個功率電極被配置為通過導電粘合體，例如焊料、導電環(huán)氧樹脂等等，與基底例如電路板上的導電板進行直接的電子和機械連接。
為了方便這種直接連接，在功率電極上形成可焊體(solderable body)與鈍化體(passivation body)接觸，所述鈍化體自身駐留在功率電極上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可焊體內(nèi)的某些金屬例如銀在使用一段時間之后形成樹枝狀結(jié)晶。所述樹枝狀結(jié)晶會損壞鈍化體，并且在某些情況下可能將功率電極短接到附近的導電體。例如，在具有置于導電夾內(nèi)的晶片的功率半導體封裝中，所述樹枝狀結(jié)晶可能生長到足夠長從而將功率電極短接到導電夾。當導電夾也包括呈現(xiàn)出形成樹枝狀結(jié)晶的傾向的金屬例如銀時，這種情況會變得更糟。
需要避免這種損壞以確保功率半導體設備的更長的工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本發(fā)明的設備中，在鈍化體和可焊體之間存在間隙，從而防止形成樹枝狀結(jié)晶，由此提高設備的工作壽命。
具體的說，根據(jù)本發(fā)明的半導體設備包括半導體晶片，其一側(cè)配置為通過導電粘合劑與導電板進行直接連接，該側(cè)包括至少一個功率電極，形成在所述至少一個電極上的鈍化體，在所述鈍化體中使所述至少一個電極外露的開口，形成在所述至少一個電極上的可焊體，所述可焊體比所述開口窄，從而在所述鈍化體和可焊體之間存在間隙。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括半導體晶片，具有第一主要表面和相對的第二主要表面；在所述第一主要表面上的第一功率電極，具有形成在其一部分上的至少一個可焊體；在所述第一主要表面上的控制電極，具有形成在其一部分上的至少一個可焊體；以及形成在所述第一功率電極上的鈍化體，具有用于使所述第一功率電極上的所述至少一個可焊體外露的開口，所述開口比所述至少一個可焊體更寬，從而所述至少一個可焊體通過一定間隙與所述鈍化體隔開，所述間隙環(huán)繞所述第一功率電極上的所述至少一個可焊體。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點通過下面參考附圖對本發(fā)明的描述可以更加明白。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體設備的頂視平面圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的設備沿著線2-2剖開并且從箭頭方向查看的截面圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體設備的頂視平面圖；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導體設備的頂視平面圖；
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的封裝的頂視平面圖；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的封裝的底部平面圖；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的封裝在安裝在基底的導電板上時沿著線7-7剖開并且從箭頭方向查看的截面圖；圖8顯示了具有多個晶片的晶圓的頂視平面圖；圖9顯示了具有多個晶片的晶圓在其上形成電極之后的頂視平面圖；圖10顯示了圖4中的晶圓在形成多個可焊層之后的局部5-5；圖11顯示了在形成鈍化體之后的局部5-5；以及圖12顯示了在各個可焊層上的鈍化體中形成開口之后的晶圓的局部5-5。
具體實施例方式
參考圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的半導體設備包括半導體晶片10，在其第一主要表面上具有第一功率電極12和控制電極14。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例，至少一個可焊體16形成在第一功率電極12上，并且至少一個可焊體16形成在控制電極14上。而且，在根據(jù)本發(fā)明的設備中，優(yōu)選的由環(huán)氧樹脂構(gòu)成并可同時作為阻焊劑的鈍化體18置于第一功率電極12和控制電極14上，并且包括用于使第一功率電極12上的可焊體16外露的開口20、以及用于使控制電極14上的可焊體16外露的開口22。在該優(yōu)選實施例中，電極12、14由鋁或者硅化鋁構(gòu)成，并且可焊體16由三金屬堆(trimetal stack)或者任何易于形成結(jié)晶的可焊材料形成。三金屬堆可以在其頂部包括銀層，例如Ti/Pd/Ag三金屬堆。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，開口20比可焊體16更寬。因此，可焊體16通過環(huán)繞可焊體16的間隙24而與鈍化體18隔開。應當注意，在該優(yōu)選實施例中，開口22也比控制電極14上的可焊體16更寬，從而在控制電極14上的鈍化體18和可焊體16之間形成間隙26。
在該優(yōu)選實施例中，鈍化體18包括多個開口20，各個開口均比第一功率電極12上的各個可焊體16更寬并且使各個可焊體16外露，從而在各個可焊體16和鈍化體18之間形成各個間隙24。并且，在該優(yōu)選實施例中，鈍化體18比可焊體16更厚。因此，可焊體16不會延伸到鈍化體18之外。也就是說，各個可焊體16優(yōu)選的置于其各個開口20的底部并且不會到達其頂部。
根據(jù)圖1和圖2所示實施例的半導體設備可以為垂直導電類型并且包括在其與第一主要表面相對的第二主要表面上的第二功率電極28。例如，根據(jù)圖1和圖2所示實施例的設備可以為功率MOSFET，其中第一功率電極12為源極電極，第二功率電極28為漏極電極，并且控制電極14為柵極電極。
根據(jù)本發(fā)明的設備并不限于垂直導電型設備。參考圖3，其中相同的數(shù)字表示相同的部件，根據(jù)第二實施例的設備可以為倒裝芯片類型，在此情況下第一功率電極12、第二功率電極28以及控制電極14置于晶片10的公共表面上。根據(jù)第二實施例的設備可以為功率設備，例如功率MOSFET，在此情況下第一功率電極12為源極電極，第二功率電極28為漏極電極，并且控制電極14為柵極電極。
下面參考圖4，其中相同的數(shù)字表示相同的部件，根據(jù)第三實施例的半導體設備僅包括在其主要表面上的單個功率電極30，而與第一實施例和第二實施例不同的是，第三實施例并不包括控制電極。根據(jù)第三實施例的設備例如可以為垂直導電型二極管，其中一個功率電極(即陽極或者陰極)在其表面上包括鈍化體18，鈍化體18具有在可焊體16上的開口，各個開口比它所包圍的各個可焊體16更寬，并且鈍化體18優(yōu)選的比可焊體16更厚。
所有三個實施例就以下方面而言是相似的，即在各個情況中一側(cè)上的所有電極被配置為通過導電粘合劑例如焊料或者導電環(huán)氧樹脂與基底例如電路板上的導電板直接連接。也就是說，可焊體16被提供到所有電極的相同表面上以允許與基底上的導電板直接連接，同時作為優(yōu)點的是，各個可焊體16和鈍化體18之間的間隙24防止樹枝狀結(jié)晶的形成。
下面參考圖5、圖6和圖7，根據(jù)本發(fā)明的半導體設備可以使用根據(jù)美國專利No.6,624,522所述概念的導電夾32進行封裝。例如，根據(jù)第一實施例的半導體設備可以將其第二功率電極28通過導電粘合劑44例如焊料或者導電環(huán)氧樹脂而電連接到杯形或者罐形的導電夾32的網(wǎng)狀部分34。因此，導電夾32可以作為電連接器與第二功率電極28進行外部電連接。
導電夾32優(yōu)選的由銅或者銅合金制成，可以在其外表面上包括金或者銀。優(yōu)選的，導電夾32包括與網(wǎng)狀部分34整合的邊緣36，并且限定了容納根據(jù)本發(fā)明的半導體設備的內(nèi)部空間。注意，邊緣36作為網(wǎng)狀部分34(電連接到第二功率電極28)與優(yōu)選的兩個終端連接表面38之間的電連接器。連接表面38將導電夾32電連接到基底42例如電路板上的導電板40。注意，連接表面38通過導電粘合劑44例如焊料或者導電環(huán)氧樹脂而電連接到導電板40。并且，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導體設備被配置為使其一側(cè)上的電極直接電連接到基底的導電板。因此，如圖7所示，第一功率電極12可以通過導電粘合劑44例如焊料或者導電環(huán)氧樹脂而電連接到相對的導電板46，并且控制電極14可以類似的電連接到基底42上相對的導電板48。
根據(jù)本發(fā)明的半導體設備可以根據(jù)下面的流程制造。
參考圖8，第一組的多個晶片10通過傳統(tǒng)方式形成在晶圓50中。因此，例如在優(yōu)選實施例中，在硅晶圓中通過任何公知方式形成多個垂直導電型功率MOSFET。
接著，通過任何公知的傳統(tǒng)方式沉積接觸金屬層并且形成圖案。因此，在優(yōu)選實施例中，正面金屬層被沉積在晶圓50中形成MOSFET，并且形成圖案以使如圖4所示為各個晶圓形成第一功率電極12(以下稱為源極接觸或者源極電極)和控制電極14(下面稱為柵極接觸或者柵極電極)。用于此目的的合適的正面金屬可以為鋁(Al)或者硅化鋁(AlSi)。
接著，在接觸金屬層上沉積可焊正面金屬。所述可焊正面金屬可以為任何適當?shù)慕饘俳M合，例如三金屬組合Ti/Pd/Ag。在優(yōu)選實施例中，可焊正面金屬層包括銀的頂層。
此后，可焊正面金屬層被形成圖案，使得在各個接觸端例如源極接觸12上具有至少一個可焊體16，如圖10所示。因此，在優(yōu)選實施例中，可焊正面金屬被形成圖案以產(chǎn)生柵極電極14和源極電極12上的至少一個可焊體16，或者優(yōu)選的在源極電極12上的多個可焊體16。
此后，如果需要對各個晶片形成第二功率電極，則在晶圓24的背面沉積背面金屬接觸(未顯示)。因此，例如在優(yōu)選實施例中，在晶圓背面形成漏極背面金屬。所述漏極背面金屬可以由鋁或者硅化鋁形成，并且可以進一步加工為包括可焊三金屬組合。
接著，在晶圓50的正面形成鈍化體18，如圖11中斜線所示。鈍化體18可以為任何適當?shù)沫h(huán)氧樹脂鈍化體，同時能夠作為阻焊劑。所述環(huán)氧樹脂鈍化體可以被絲網(wǎng)印刷。因此，在優(yōu)選實施例中，可以在源極電極12和柵極電極14上形成適當?shù)沫h(huán)氧樹脂鈍化體。
此后，從各個接觸上的各個可焊體16的頂部去除鈍化體18。去除鈍化體18產(chǎn)生了開口20、22，所述開口延伸到下方的接觸層。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在各個源極電極12上的鈍化體18中形成開口，并且在柵極電極14上也形成開口，從而使各個可焊體外露其上，如圖12所示。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，開口20并且優(yōu)選的開口22形成為足夠?qū)?，以使各個可焊體16可以通過各個間隙與鈍化體18隔開。
接著，通過任何公知方法例如切割而分離各個晶片。然后各個分離后的晶片可以封裝在導電夾32中從而獲得在此描述的半導體封裝。
盡管參考特定實施例描述了本發(fā)明，本領域技術(shù)人員可以做出各種變化和修改以及其他使用。因此，優(yōu)選的，本發(fā)明并不限于在此描述的特定公開，而是僅由所附權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種半導體設備，包括半導體晶片，具有第一主要表面和相對的第二主要表面；在所述第一主要表面上的第一功率電極，具有形成在其一部分上的至少一個可焊體；在所述第一主要表面上的控制電極，具有形成在其一部分上的至少一個可焊體；以及形成在所述第一功率電極上的鈍化體，包括用于使所述第一功率電極上的所述至少一個可焊體外露的開口，所述開口比該至少一個可焊體更寬，從而該至少一個可焊體通過一定間隙與所述鈍化體隔開，所述間隙環(huán)繞所述第一功率電極上的所述至少一個可焊體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其中所述鈍化體包括用于使所述控制電極上的所述至少一個可焊體外露的另一個開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其進一步包括形成在所述第一功率電極上的多個可焊體，以及所述鈍化體中的多個開口，每個所述開口分別使所述第一功率電極上的各個可焊體外露，并且各個開口比所述各個可焊體更寬，從而所述各個可焊體通過一定間隙與所述鈍化體隔開，所述間隙環(huán)繞所述第一功率電極上的所述各個可焊體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其中所述鈍化體比所述第一功率電極上的所述至少一個可焊體更厚，從而該至少一個可焊體不會延伸到所述鈍化體之外。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其中在所述第一電極上的所述至少一個可焊體包括銀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其中在所述第一電極上的所述至少一個可焊體由可焊三金屬組成，所述三金屬的頂部由銀組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其進一步包括在所述第二主要表面上的第二功率電極，以及導電夾，所述第二功率電極通過導電粘合劑電連接到所述導電夾。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體設備，其中所述導電夾在其外表面上包括銀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導體設備，其中所述導電夾為杯形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其進一步包括在所述第一主要表面上的第二功率電極，以及在所述第二功率電極上的至少一個可焊體；其中所述鈍化體包括用于使所述第二電極上的所述可焊體外露的開口，所述開口比該至少一個可焊體更寬，從而在所述第二功率電極上的所述至少一個可焊體通過一定間隙與所述鈍化體隔開，所述間隙環(huán)繞所述第二功率電極上的所述至少一個可焊體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其中所述半導體晶片為功率MOSFET，所述第一功率電極為源極電極并且所述控制電極為柵極電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體設備，其中所述鈍化體由環(huán)氧樹脂基鈍化體組成。
13.一種半導體設備，包括半導體晶片，其一側(cè)被配置為通過導電粘合劑與導電板直接連接，該側(cè)包括至少一個功率電極、形成在所述至少一個電極上的鈍化體、在所述鈍化體中使所述至少一個電極外露的開口、形成在所述至少一個電極上的可焊體，所述可焊體比所述開口窄，從而在所述鈍化體和所述可焊體之間存在間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其中所述一側(cè)進一步包括控制電極以及形成在所述控制電極上的可焊體，其中所述鈍化體包括使所述控制電極上的所述可焊體外露的開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其中所述一側(cè)進一步包括另一個功率電極以及在所述另一個功率電極上的可焊體，其中所述鈍化體包括使所述另一個功率電極上的所述可焊體外露的開口，所述可焊體比該開口更窄，從而在所述鈍化體和所述另一個功率電極上的所述可焊體之間存在間隙。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其中所述半導體晶片為二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其中所述半導體晶片為功率MOSFET。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其進一步包括在所述至少一個功率電極上的并且互相間隔開的多個可焊體，其中所述鈍化體包括多個開口，各個開口比各個可焊體更寬并且分別使各個可焊體外露，從而在各個可焊體和所述鈍化體之間存在間隙。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其中所述可焊體包括銀。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體設備，其中所述鈍化體由環(huán)氧樹脂組成。
全文摘要
一種半導體設備，包括其表面上的功率電極，在所述功率電極上的可焊體，以及與所述可焊體隔開但是包圍所述可焊體的鈍化體。
文檔編號H01L23/48GK101019226SQ200580023952
公開日2007年8月15日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者M·施坦丁, A·梭勒, D·P·瓊斯, M·卡羅爾, M·埃爾溫 申請人:國際整流器公司