本文件的各方面整體涉及半導(dǎo)體裝置安裝。更具體的實(shí)施方式涉及通過將金屬或金屬焊料進(jìn)行回流焊來安裝半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體裝置的制造通常包括將一個(gè)或多個(gè)管芯和/或其它物體安裝到印刷電路板(pcb)(母板)(板材)或其它襯底上。此耦接過程可通過將金屬或金屬焊料進(jìn)行回流焊來實(shí)現(xiàn)，金屬或金屬焊料凝固后，在管芯(或其它元件)和板材或襯底之間形成粘結(jié)部。管芯和其它元件也可通過將金屬或金屬焊料進(jìn)行回流焊來耦接到散熱片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

形成半導(dǎo)體封裝件的方法的具體實(shí)施方式可包括：在管芯背面形成中間金屬層，該中間金屬層具有多個(gè)子層，每個(gè)子層包含金屬，該金屬選自鈦、鎳、銅、銀、以及它們的任意組合；將錫層沉積中間金屬層上；以及將錫層與襯底的銀層一起回流焊，以形成熔融溫度高于260攝氏度的金屬間化合物層(intermetalliclayer)。

形成半導(dǎo)體封裝件的方法的實(shí)施方式可包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)、全部或任一項(xiàng)：

襯底可包括銅層，在將錫層與襯底的銀層一起回流焊之前，將銅層耦接到襯底的銀層。

中間金屬層的多個(gè)子層可包括含鈦?zhàn)訉雍秃囎訉印?/p>

中間金屬層的多個(gè)子層可包括含銀子層。

多個(gè)子層可包括以下多個(gè)子層的布置方式：直接在管芯背面形成含鈦?zhàn)訉樱苯訉⒑囎訉映练e到含鈦?zhàn)訉由?，以及直接將含銀子層沉積到含鎳子層上。

中間金屬層的多個(gè)子層可包括含銅子層。

多個(gè)子層可包括以下多個(gè)子層的布置方式：直接在管芯背面形成含鈦?zhàn)訉?，直接將含鎳子層沉積到含鈦?zhàn)訉由?，以及直接將含銅子層沉積到含鎳子層上。

中間金屬層的多個(gè)子層可包括含銀子層。

多個(gè)子層可包括以下多個(gè)子層的布置方式：直接在管芯背面形成含鈦?zhàn)訉樱苯訉⒑囎訉映练e到含鈦?zhàn)訉由?，直接將含銅子層沉積到含鎳子層上，以及直接將含銀子層沉積到含銅子層上。

中間金屬層的多個(gè)子層可包括含鈦?zhàn)訉雍秃~子層。

多個(gè)子層可包括以下多個(gè)子層的布置方式：直接在管芯背面形成含鈦?zhàn)訉?，以及直接將含銅子層沉積到含鈦?zhàn)訉由稀?/p>

中間金屬層的多個(gè)子層可包括含銀子層。

多個(gè)子層可包括以下多個(gè)子層的布置方式：直接在管芯背面形成含鈦?zhàn)訉?，直接將含銅子層沉積到含鈦?zhàn)訉由?，以及直接將含銀子層沉積到含銅子層上。

中間層可包括以下中的一者：銀和錫組成的金屬間化合物(intermetallic)；以及銅和錫組成的金屬間化合物。

在實(shí)施方式中，形成半導(dǎo)體封裝件的方法沒有使用任何焊膏和焊料預(yù)制件。

形成半導(dǎo)體封裝件的方法的具體實(shí)施方式可包括：在管芯的頂側(cè)上的多個(gè)裸露焊盤中的每個(gè)裸露焊盤上形成凸塊，每個(gè)裸露焊盤在管芯頂側(cè)由鈍化層包圍，每個(gè)凸塊包括中間金屬層和直接沉積到中間金屬層上的錫層，每個(gè)中間金屬層包括多個(gè)子層，每個(gè)子層包含金屬，該金屬選自鈦、鎳、銅、銀、以及它們的任意組合；將每個(gè)錫層與襯底的銀層一起進(jìn)行回流焊，以形成多個(gè)金屬間化合物層，每個(gè)金屬間化合物層具有大于260攝氏度的熔融溫度并包括銀錫金屬間化合物和銅錫金屬間化合物中的一者。

半導(dǎo)體封裝件的具體實(shí)施方式可包括：多個(gè)子層按以下順序布置：管芯；含鈦層，所述含鈦層耦接到所述管芯上；金屬間化合物層，所述金屬間化合物層包括銀錫金屬間化合物和銅錫金屬間化合物中的一者；襯底，所述襯底包括銅層；其中金屬間化合物層的熔融溫度大于260攝氏度。

半導(dǎo)體封裝件的具體實(shí)施方式可包括以下各項(xiàng)中的一相、全部或任何一項(xiàng)：

在含鈦層和金屬間化合物層之間形成含鎳層。

在含鈦層和金屬間化合物層之間形成含銅層。

可在管芯背面形成含鈦層。

可在管芯的裸露焊盤上形成含鈦層。

對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，通過具體實(shí)施方式以及附圖并通過權(quán)利要求書，上述以及其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)顯而易見。

附圖說明

將在下文中結(jié)合附圖來描述各實(shí)施方式，其中類似標(biāo)號(hào)表示類似元件，并且：

圖1是用于形成半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的管芯、多個(gè)金屬層和襯底的剖視圖；

圖2是由圖1的元件形成的半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的剖視圖；

圖3是用于形成半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的管芯、多個(gè)金屬層和襯底的剖視圖；

圖4是由圖3的元件形成的半導(dǎo)體裝置封裝件的具體實(shí)施方式的剖視圖；

圖5是用于形成半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的管芯、多個(gè)金屬層和襯底的剖視圖；

圖6是由圖5的元件形成的半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的剖視圖；

圖7是用于形成半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的管芯、多個(gè)金屬層和襯底的剖視圖；

圖8是由圖7的元件形成的半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的剖視圖；

圖9是用于形成半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的管芯、多個(gè)金屬層和襯底的剖視圖；

圖10是由圖9的元件形成的半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的剖視圖；

圖11是用于形成半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的管芯、多個(gè)金屬層和襯底的剖視圖；

圖12是由圖11的元件形成的半導(dǎo)體裝置封裝件的實(shí)施方式的剖視圖；

圖13是銅錫二元相圖；

圖14是銀錫二元相圖；

圖15示出了處理步驟的示例，處理步驟可以在形成圖2、圖4、圖6、圖8和圖10中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖16示出了另一處理步驟的示例，另一處理步驟可以在形成圖2、圖4、圖6、圖8和圖10中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖17示出了另一處理步驟的示例，另一處理步驟可以在形成圖2、圖4、圖6、圖8和圖10中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖18示出了另一處理步驟的示例，另一處理步驟可以在形成圖2、圖4、圖6、圖8和圖10中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖19是管芯的剖視圖，該管芯具有在管芯的頂側(cè)上通過鈍化層暴露在外的管芯焊盤；

圖20示出了處理步驟的示例，處理步驟可以在形成圖12的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖21示出了另一處理步驟的示例，另一處理步驟可以在形成圖12的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖22示出了另一處理步驟的示例，另一處理步驟可以在形成圖12的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行；

圖23示出了另一處理步驟的示例，另一處理步驟可以在形成圖12的半導(dǎo)體裝置封裝件的過程中執(zhí)行。

具體實(shí)施方式

本公開、其各方面以及實(shí)施方式并不限于本文所公開的具體部件、組裝工序或方法元素。本領(lǐng)域已知的與具有單個(gè)回流焊金屬間化合物層的預(yù)期半導(dǎo)體封裝件和相關(guān)方法相符的許多其它部件、組裝工序和/或方法元素將顯而易見地與本公開的特定實(shí)施方式一起使用。因此，例如，盡管本發(fā)明公開了特定實(shí)施方式，但此類實(shí)施方式和實(shí)施部件可包括符合預(yù)期操作和方法且針對(duì)具有單個(gè)回流焊金屬間化合物層的此類半導(dǎo)體封裝件的本領(lǐng)域已知的任何形狀、尺寸、樣式、類型、型號(hào)、版本、量度、濃度、材料、數(shù)量、方法元素、步驟等、和相關(guān)方法，以及實(shí)施部件和方法。

如本文所用，管芯“背面”定義為管芯的這樣的側(cè)面，該側(cè)面上不具有電連接件或者該側(cè)面上僅僅具有諸如焊盤或其它元件等電連接件，電子連接件預(yù)期作為管芯的電接地或電氣布線。如本文所用，管芯“頂側(cè)”定義為管芯的這樣的側(cè)面，該側(cè)面上具有至少一個(gè)電連接件，諸如預(yù)期不僅僅作為管芯的電接地的焊盤或其它元件。如本文所用，“金屬間化合物”是指兩種或多種基本金屬的化學(xué)計(jì)量固定的固態(tài)化合物，每種基本金屬的原子在晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)具有固定的而非任意的位置。如本文所用，更一般地來說，“金屬間化合物層”是指包括一種或多種金屬間化合物但是在一些情況下可能不完全由上文定義的金屬間化合物所形成的層。

參見圖1-圖10，形成半導(dǎo)體裝置封裝件(封裝件)的方法的各種實(shí)施方式涉及對(duì)晶圓背襯金屬化件的采用，在管芯已經(jīng)進(jìn)行單切后，稍后將晶圓背襯金屬化件鋸穿或以其它方式進(jìn)行分段。在圖1-圖10中，管芯已經(jīng)進(jìn)行單切，背襯金屬化件已經(jīng)鋸穿或以其它方式進(jìn)行分段。在實(shí)施方式中，在對(duì)晶圓進(jìn)行單切之前，背襯金屬化件，包括中間金屬層(包括所有子層)和錫層，都通過晶圓背襯金屬化技術(shù)來應(yīng)用。

現(xiàn)在參見圖1至圖2，在形成半導(dǎo)體裝置封裝件(封裝件)2的方法的各種實(shí)施方式中，該方法包括在管芯14的背面16上形成中間金屬層26。中間金屬層26包括多個(gè)子層38。包含鈦的第一子層38(鈦?zhàn)訉?40直接沉積到管芯14的背面16上。包含鎳42的子層38(鎳子層)直接沉積到鈦?zhàn)訉?0上。如本文所用，“直接沉積到”鈦?zhàn)訉由系囊馑及ㄈ魏纬练e到非氧化/非還原鈦層上的過程、以及沉積到氧化或以其它方式進(jìn)行還原的鈦層40的膜上的過程，鈦?zhàn)訉?0是在沉積鎳子層42之前形成的(每當(dāng)一層“直接”沉積到另一層上時(shí)，相同的意思適用于本文件全文)。包含銅的子層38(銅子層)46直接沉積到鎳子層42上。包含銀的子層38(銀子層)44直接沉積到銅子層46上。在各種實(shí)施方式中，本文公開的每個(gè)子層均由其所命名的金屬的至少50重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％、至少95重量％、至少96重量％、至少97重量％、至少98重量％、和/或至少99重量％形成。

每個(gè)子層38以及本文所述的所有其它金屬層的沉積過程可使用任何薄膜化學(xué)和/或物理沉積技術(shù)來完成，作為非限制性示例，諸如鍍敷、電鍍、無電鍍、化學(xué)溶液沉積(csd)、化學(xué)浴沉積(cbd)、旋涂、化學(xué)氣相沉積(cvd)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(mocvd)、等離子體增強(qiáng)型cvd(pecvd)、原子層沉積(ald)、物理氣相沉積(pvd)、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、分子束外延(mbe)、濺射、脈沖激光沉積、離子束沉積、陰極電弧沉積(電弧pvd)、電流體動(dòng)力沉積(電噴霧沉積)、以及任何其它金屬層沉積方法。

在通過任何如上所述的晶圓背襯金屬化技術(shù)已經(jīng)沉積了上述數(shù)層之后，可對(duì)晶圓進(jìn)行單切，以形成如圖1所示的隨后可以附接到襯底50上的單個(gè)單元。在一些實(shí)施方式中，然而，可以在單切成單個(gè)單元之后對(duì)這些層進(jìn)行沉積。在實(shí)施方式中，襯底50為陶瓷板的一部分。單切過程的一些代表性示例將在后文進(jìn)行描述。襯底50包括在銅層54上的銀層52，底部錫層48通過傳統(tǒng)的260攝氏度回流焊曲線與銀層52一起進(jìn)行回流焊，使得銀子層44和銅子層46也熔融或至少變得柔軟或散開/混雜，使銀子層44的銀以及銅子層46的銅足以與錫層48的錫混合，以形成錫、銀、和/或銅金屬間化合物。錫層48為純錫或部分為純錫，并在231攝氏度下熔融，濕度對(duì)于襯底50而言正好，空洞最少。熔融的錫中存在銀和銅，即使是少量，也會(huì)很快形成銀、錫、和/或銅中一者或多者的金屬間化合物，金屬間化合物的熔融溫度(即，液相線溫度)高于錫的熔融溫度，這防止了或有助于防止錫在襯底50上橫向流動(dòng)。

參見圖13的銅/錫系統(tǒng)的二元相圖，即使錫中只有少量的約2重量％-3重量％的銅，處于二元相圖中的點(diǎn)66，也會(huì)使液相線溫度從約232攝氏度升高至約260攝氏度。液相線溫度是在此線之上僅存在液相的臨界線，固相線溫度是在此線之下僅存在固相的臨界線。在液相線溫度與固相線溫度之間可能存在一些固相和一些液相。為了實(shí)現(xiàn)本公開的目的，液相線溫度對(duì)應(yīng)物質(zhì)的熔點(diǎn)或熔融溫度。參見圖14的銅/錫系統(tǒng)的二元相圖，即使錫中只有少量的約6重量％的銀，處于二元相圖中的點(diǎn)68，也會(huì)使液相線溫度從約232攝氏度升高至約260攝氏度，而固相線溫度保持在221攝氏度。銀為10重量％且錫為90重量％時(shí)，液相線溫度為295攝氏度，而固相線溫度保持在221攝氏度。銀為5重量％且錫為95重量％時(shí)，液相線溫度為240攝氏度，并且固相線溫度為221攝氏度。銀為約27重量％且錫為約73重量％時(shí)，液相線溫度為400攝氏度，并且固相線溫度保持為221攝氏度。在各個(gè)實(shí)施方式中，在進(jìn)行回流焊以形成73重量％的錫和27重量％的銀結(jié)構(gòu)期間，可以在回流焊之前初始通過1.793微米錫層和1.207微米銀層來形成3微米的焊接點(diǎn)。

半導(dǎo)體封裝件2的金屬間化合物層56的熔融溫度的升高因此導(dǎo)致形成這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在隨后的升溫期間，當(dāng)其它裝置通過標(biāo)準(zhǔn)260攝氏度回流焊曲線進(jìn)行回流焊或以其它方式附接到襯底50上時(shí)，將不進(jìn)行回流焊和/或再熔融的結(jié)構(gòu)。金屬間化合物層56的這些特性由此生成了“單回流焊”封裝件，或者換句話說，金屬間化合物層56為“單回流焊”層，在標(biāo)準(zhǔn)260攝氏度回流焊曲線下將僅僅進(jìn)行一次回流焊。這使管芯14在隨后的回流焊期間當(dāng)其它裝置安裝到板材上時(shí)保持在適當(dāng)位置，襯底50是該板材的一部分。下文所述的更多的傳統(tǒng)鈦/鎳/金-錫背襯金屬層、以及其它傳統(tǒng)背襯金屬材料在第一次進(jìn)行回流焊之后熔融溫度并未升高，但是在經(jīng)受相同的回流焊曲線溫度時(shí)容易再次進(jìn)行回流焊。

就真正的局部化組合物而言，金屬間化合物層56內(nèi)可能存在許多不同的金屬間化合物，盡管金屬間化合物層56也可部分為溶液的形式，其可包括任何包含銀、錫、和/或銅中兩者或多者的金屬間化合物。換句話說，溶液中可存在一些純錫、一些純銅、一些純銀、一些純鎳等，其中散布了一些金屬間化合物，諸如沉淀的固溶體形式的金屬間化合物晶體，以及/或者尤其在邊界點(diǎn)處(諸如金屬間化合物層56與銅層54以及與銅子層46或在本文所述的其它示例中進(jìn)行回流焊之后的最底層38的邊界)存在平面金屬間化合物層，而不是整個(gè)金屬間化合物層56由銀、錫、和/或銅中兩者或多者的金屬間化合物構(gòu)成。然而，由于層56中金屬間化合物的存在，金屬間化合物層56最終的熔融溫度大于260攝氏度，使得其在隨后的高溫處理中不進(jìn)行回流焊，隨后的高溫處理將包括將襯底50和/或半導(dǎo)體封裝件2的溫度升高至或約260攝氏度。

金屬間化合物層56中的金屬間化合物的最終組合物變化范圍很廣，這是因?yàn)?，如二元相圖所示，僅僅需要將超過2重量％的銅或4重量％的銀與錫混合以將總混合物的熔融溫度升高至260攝氏度以上，并且添加更多的銀或銅之后，熔融溫度持續(xù)增加。利用下文進(jìn)一步所述的傳統(tǒng)鈦/鎳/金-錫背襯金屬化件，由于金-錫層(在一些傳統(tǒng)實(shí)施方式中，厚度為3微米)需要金為80+/-0.8重量％的組合物，熱操作范圍相當(dāng)有限。

圖1的結(jié)構(gòu)的層可具有如下厚度，鈦?zhàn)訉?0的厚度可以為或可為約1.15千埃盡管可使用的厚度范圍很廣。此子層用于粘附到管芯14的硅上，并且可以用諸如鈦-鎢(tiw)、鉻(cr)、或鎳-鉻(nicr)等的其它傳統(tǒng)材料替換。鎳子層42可以為或可為約至約在具體實(shí)施方式中，鎳子層可以為此層可能更厚，以用于以下情況：更高溫度下的應(yīng)用(諸如，發(fā)光二極管(led)越熱，存儲(chǔ)溫度要求越高)；或者當(dāng)錫層48更厚，使得許多或大多數(shù)(或全部)鎳被吸收到鎳-錫金屬間化合物中這一通常而言不期望的風(fēng)險(xiǎn)降低；以及/或者當(dāng)襯底50不包括銀層52時(shí)，銀層用以使一些錫被吸收到銀-錫金屬間化合物中，從而降低鎳-錫金屬間化合物的形成率。鎳子層42過厚可造成應(yīng)力過大。銅子層46可為或可為約厚，并且在在實(shí)施方式中范圍可以為至銀子層44可以為或可為約厚，并且在實(shí)施方式中范圍可以介于和之間、或介于和之間(在如本文所述的一些實(shí)施方式中，根據(jù)不存在銀子層44)。在實(shí)施方式中，錫層48可以為或可以為約厚，并且在實(shí)施方式中范圍可以為至

銀與錫之比可根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果襯底50的表面粗糙的話，增加錫層48的厚度可以使襯底50具有附加或加強(qiáng)的濕度并減少空洞。增加銀子層44的厚度可增強(qiáng)對(duì)鎳的保護(hù)(即，防止鎳被吸收到鎳-錫金屬間化合物中)。然而，可能期望一些鎳而非全部鎳被吸收到鎳-錫金屬間化合物中。因此，如果銀子層44太厚，這會(huì)過度限制鎳-錫金屬間化合物的量，并會(huì)實(shí)際上降低半導(dǎo)體封裝件2的剪切強(qiáng)度和硬度。因此可調(diào)節(jié)銀錫之比，使得在回流焊期間形成所期望量的所需銀-錫金屬間化合物。銅錫之比也可根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行調(diào)節(jié)。增加銅子層46的厚度可以使錫層48更厚，這是因?yàn)殂~子層46越厚，越能減慢或抑制鎳-錫金屬間化合物的形成。

通過將圖2與圖1進(jìn)行對(duì)比可以看出，錫層48、襯底50的銀層52、銀子層44、和銅子層46可以被金屬間化合物層56吸收。使用子層38和錫層48也可實(shí)現(xiàn)將管芯14粘附到襯底50上，而不需使用焊膏或預(yù)制件。銅層54和銅子層46的剩余的部分可以為錫和金屬間化合物以及金屬間化合物層56的其它元素提供可焊性表面。在實(shí)施方式中，襯底50的銅層54中的銅也可以與錫層48中的錫形成金屬間化合物，從而進(jìn)一步提供了牢固的管芯附接，并且通過將一些錫吸收到錫-銅金屬間化合物中而減少了鎳-錫金屬間化合物的量。

圖3和圖4示出了與圖1和圖2相似的材料系統(tǒng)，但是其中中間金屬層28不包括銀子層44。其余層可具有與上文所述相同的厚度。過程和結(jié)果與上文相似，除了：金屬間化合物層58可包括從某種程度而言總體上不同的銀、銅、和錫的百分比，因此可具有不同的金屬間化合物和/或不同量的不同金屬間化合物、不同量的沉淀或溶體的金屬或化合物等。然而，金屬間化合物層58的熔融溫度大于260攝氏度，而半導(dǎo)體封裝件4一般具有與上文關(guān)于半導(dǎo)體封裝件2所述的相似的單回流焊特性。通過將圖3與圖4進(jìn)行對(duì)比可以看出，銅子層46、襯底50的錫層48和銀層52可完全或部分被金屬間化合物層58吸收。

圖5和圖6示出了與圖1和圖2相似的材料系統(tǒng)，但是其中中間金屬層30不包括鎳子層42。其余層可具有上文所述的厚度，盡管在實(shí)施中，銅子層46的厚度范圍可以介于和之間。過程和結(jié)果與上文相似，然而，除了：金屬間化合物層60可具有從某種程度而言總體上不同的銀、銅、和錫的百分比，因此可具有不同的金屬間化合物和/或不同量的不同金屬間化合物、不同量的沉淀或溶體的金屬或化合物等。然而，金屬間化合物層60的熔融溫度大于260攝氏度，而半導(dǎo)體封裝件6一般具有與上文關(guān)于半導(dǎo)體封裝件2所述的相似的單回流焊特性。通過將圖5與圖6進(jìn)行對(duì)比可以看出，錫層48、銀子層44、一部分銅子層46、和襯底50的銀層52可以被金屬間化合物層60吸收。

圖7和圖8示出了與圖1和圖2相似的材料系統(tǒng)，但是其中中間金屬層32不包括鎳子層42或銀子層44。其余層可具有上文所述的厚度。過程和結(jié)果與上文相似，然而，除了：金屬間化合物層62可包括從某種程度而言總體上不同的銀、銅、和錫的百分比，因此可具有不同的金屬間化合物和/或不同量的不同金屬間化合物、不同量的沉淀或溶體的金屬或化合物等。然而，金屬間化合物層62的熔融溫度高于260攝氏度，而半導(dǎo)體封裝件8一般具有與上文關(guān)于半導(dǎo)體封裝件2所述的相似的單回流焊特性。通過將圖7與圖8進(jìn)行對(duì)比可以看出，錫層48、一部分銅子層46、和襯底50的銀層52可以完全或部分被金屬間化合物層62吸收。

圖9和圖10示出了與圖1和圖2相似的材料系統(tǒng)，但是其中中間金屬層34不包括銅子層46。其余層可具有上文所述的厚度，盡管在實(shí)施中，銀子層44的厚度可以為并且厚度范圍可以介于和之間。過程和結(jié)果與上文相似，然而，除了：金屬間化合物層64可具有從某種程度而言總體上不同的銀、銅、和錫的百分比，因此可具有不同的金屬間化合物和/或不同量的不同金屬間化合物、不同量的沉淀或溶體的金屬或化合物等。具體來說，由于不存在銅子層46，盡管由襯底50的銅層54形成的金屬間化合物層64中存在某些銅，但是金屬間化合物層64的金屬間化合物主要包含銀錫金屬間化合物。然而，銅錫金屬間化合物可以在金屬間化合物層64與襯底50的銅層54的界面處形成。金屬間化合物層64的熔融溫度也大于260攝氏度，并且半導(dǎo)體封裝件10一般具有與上文關(guān)于半導(dǎo)體封裝件2所述的相似的單回流焊特性。通過將圖9與圖10進(jìn)行對(duì)比可以看出，錫層48、銀子層44、和襯底50的銀層52可以在回流焊期間被金屬間化合物層64吸收。鎳子層42與錫層48之間的銀子層44抑制錫與鎳的擴(kuò)散，并且限制鎳-錫金屬間化合物的形成，這可以實(shí)現(xiàn)更牢固的管芯粘結(jié)接合或焊接接合。

圖9和圖11的材料系統(tǒng)在一些實(shí)施中可遭遇問題，其中如果所含的錫層48太厚，所有或基本上所有鎳都被鎳-錫金屬間化合物所吸收。作為非限制性示例，在實(shí)施方式中，當(dāng)襯底50不是陶瓷襯底的一部分時(shí)，當(dāng)要求空洞更少時(shí)，或者當(dāng)需要更高焊接合以提高可靠性時(shí)，為了回流焊到更粗糙的襯底50(諸如，更粗糙的陶瓷襯底)上，可能需要更厚的錫層48。在此類情形下，增加錫銀之比，并且在此類情形下，可使用圖1、圖3、圖5、或圖7的實(shí)施方式，而不是不包括鎳子層42或包括錫層48與鎳子層42之間的銅子層46以(通過使一些錫吸收到錫-銅金屬間化合物中)防止或抑制鎳-錫金屬間化合物的形成的實(shí)施方式。減少鎳-錫金屬間化合物可形成更牢固的管芯粘結(jié)接合/焊接接合。一些鎳-錫金屬間化合物是可能期望的并在回流焊期間顯示出良好的濕潤性和粘附性，但是當(dāng)所有鎳被錫吸收到鎳-錫金屬間化合物中時(shí)，如此則不再有任何純鎳存在，粘附性整體降低，并且半導(dǎo)體封裝件的剪切強(qiáng)度下降。

此外，鎳子層42為高應(yīng)力金屬化件，在單切期間，其比其它背襯金屬更加難以分離。例如，取決于管芯尺寸，如果鎳子層42的厚度超過1微米，則鎳子層42可能難以通過射流消融工藝進(jìn)行分離。在具體實(shí)施方式中，對(duì)于不同的管芯形狀、或極小的管芯14諸如在側(cè)面上小于180微米的管芯、或非常薄的管芯14諸如厚度低于100微米，可能期望不用鎳即可形成半導(dǎo)體封裝件。此類管芯可固有地具有很高的應(yīng)力，這意味著鎳并非可行的(或不可作為可行的)選項(xiàng)。另外，由于破壞厚的鎳層所需的射流消融力可能會(huì)對(duì)管芯施加比管芯與膠帶之間的吸引力更大的力，試圖用射流來消融厚的鎳可能將膠帶上的管芯沖掉。在此類實(shí)施方式中，鎳子層42可以用銅子層46替代。此類替代也可改善射流消融過程中的性能。

圖11和圖12示出了使用不同的方法實(shí)施方式所形成的半導(dǎo)體封裝件12，其中為了形成凸塊22用于倒裝芯片封裝，將中間金屬層36施加到管芯14的頂側(cè)18上而不是背面16上。在此類方法實(shí)施方式中，這些層仍可具有上述任一厚度。與上文關(guān)于背襯金屬方法實(shí)施方式所述的情況相似，也可在單切之前對(duì)整個(gè)晶圓執(zhí)行倒裝芯片過程，現(xiàn)在參考圖19-23和圖11和圖12對(duì)該過程的描述。單切之前，每個(gè)管芯14的頂側(cè)18包括多個(gè)焊盤20(焊盤為電觸件，并非預(yù)期首要作為接地件)，其中每個(gè)焊盤20由鈍化層24所包圍，如圖19所示。作為非限制性示例，鈍化層可以是氧化物、氮化物、聚酰亞胺、或能夠使硅表面鈍化的其它材料，并且可通過用于沉積/形成此類材料的各種鈍化工藝方法中任一者來形成。

中間金屬層36的每個(gè)子層40依次進(jìn)行沉積，如圖20所示先直接將子層40沉積到焊盤20上。鈍化層24(或稍后進(jìn)行移除的鈍化層24上方的掩蔽材料)防止在將子層40(通過電鍍、濺射、蒸發(fā)等)沉積到焊盤20之間的空間期間形成電連接。因此，當(dāng)沉積了子層40時(shí)以及當(dāng)沉積了錫層48時(shí)，形成凸塊22。作為代表性示例，圖20-圖22示出了直接沉積到每個(gè)焊盤20(圖20)上的鈦?zhàn)訉?0，直接沉積到每個(gè)鈦?zhàn)訉?0(圖21)上的鎳子層42和直接沉積到每個(gè)鎳子層42(圖22)上的銀子層44。錫層48直接沉積到每個(gè)銀子層44(圖23)上。然后將錫層48與襯底50的銀層52一起進(jìn)行回流焊，這也致使銀子層44熔融或至少軟化并變得分散，從而形成金屬間化合物層64，每個(gè)金屬間化合物層64均可吸收銀子層44、錫層48、以及直接在凸塊22下方的襯底50的銀層52。作為非限制性示例，可使用電鍍、無電鍍法、以及其它金屬層沉積法來完成將每個(gè)金屬層僅僅選擇性地沉積到?jīng)]有鈍化的部分。

盡管附圖所示的中間金屬層36與圖9的中間金屬層34相似，此僅僅作為代表性示例給出，相反，圖11和圖12的倒裝芯片程序可能具有如圖7所布置的中間金屬層32、或如圖5所述布置的中間金屬層30、如圖3所布置的中間金屬層28、或如圖1所布置的中間金屬層26。在任何情況下，過程和結(jié)果與上文關(guān)于圖1-10所示的背襯金屬結(jié)構(gòu)所述相似，其中所得的金屬間化合物層具有整體上不同的銀、銅、和錫的百分比，并因此根據(jù)所用的具體子層38，具有不同的金屬間化合物和/或不同量的不同金屬間化合物、不同量的沉淀或溶體的金屬或化合物等。無論使用何種子層38，半導(dǎo)體封裝件12的金屬間化合物層64的熔融溫度都大于260攝氏度，并因此半導(dǎo)體封裝件12具有與上文關(guān)于半導(dǎo)體封裝件2所述的相似的單回流焊特性。

參見圖15-圖18并回到圖1-圖10的背襯金屬示例，在各種實(shí)施方式中，沉積到晶圓的背面16上的背襯金屬70可包括本文所述的中間金屬層26、28、30、32、34、36中一者以及錫層48。如圖15所示，作為非限制性示例，在移除鈍化層的所選部分之后，可以通過基于sf6等離子體的干法刻蝕來從頂側(cè)18(在所示實(shí)施方式中，頂側(cè)是包括預(yù)期不僅僅作為接地件的焊盤20的側(cè)面)對(duì)晶圓進(jìn)行刻蝕，該基于sf6等離子體的干法刻蝕采用bosch工藝或時(shí)分多路復(fù)用(tdm)刻蝕法。鈍化層在實(shí)施方式中可以是本文件公開的任何鈍化層。等離子體刻蝕可導(dǎo)致厚度低至15微米的窄劃線格，并且也不會(huì)對(duì)管芯邊緣造成機(jī)械損壞(諸如，碎屑或裂紋)、各晶圓的管芯增大、成型管芯、帶鍵管芯、圓角、以及管芯單切吞吐量增加。

如圖16所示，在將第二膠帶76施加到單切管芯14的頂側(cè)18以及施加到邊框72后，可移除在單切過程中將背襯金屬70聯(lián)接到邊框72上的第一膠帶74。作為非限制性示例，第一膠帶74(以及第二膠帶76和后文所述的第三膠帶80也)可以是在對(duì)膠帶進(jìn)行uv輻照后更易于移除的紫外線(uv)膠帶。可翻轉(zhuǎn)膜邊框72，使得水射流件78如圖17所示進(jìn)行定位，并且水射流件78用于在稱為背襯金屬射流消融的過程中將水噴射到背襯金屬70上，以移除背襯金屬的與上述劃線格或劃線槽對(duì)應(yīng)的部分，從而單切背襯金屬70并形成多個(gè)半導(dǎo)體封裝件2、4、6、8、或10。在此過程中，膜邊框72旋轉(zhuǎn)，同時(shí)水射流件78噴嘴左右擺動(dòng)以進(jìn)行完全覆蓋，因此移除所有與劃線格或劃線槽對(duì)應(yīng)的背襯金屬70。在各種實(shí)施方式中，可使用除了水以外的一種或多種其它液體。如圖18所示，然后可再次翻轉(zhuǎn)邊框72，可將第三膠帶80施加到每個(gè)管芯14的背襯金屬70側(cè)面，并且可移除第二膠帶76用于進(jìn)行進(jìn)一步處理，諸如可選的晶圓清洗。單切單元，包括管芯14和中間金屬層26、28、30、32、34、或36以及錫層48，然后準(zhǔn)備好執(zhí)行上述回流焊過程。當(dāng)然，圖11和圖12所示的倒裝芯片示例并不涉及此類背襯金屬處理過程。通過晶圓清洗工具移除背面金屬化件，實(shí)現(xiàn)了將采用如上所述的等離子體刻蝕的管芯干法單切用于窄劃線槽以及實(shí)現(xiàn)其它益處，同時(shí)將另一工藝用于對(duì)背襯金屬70進(jìn)行單切。這一點(diǎn)在一些環(huán)境中是可用的，其中背襯金屬70通過等離子體干法刻蝕工藝進(jìn)行單切耗時(shí)較長(zhǎng)，或者無法通過等離子體干法刻蝕工藝進(jìn)行移除。即使在裸露錫存在且提供了合適的加工條件的情況下，也可使用射流消融。

在實(shí)施方式中，襯底50無需具有銀層52，并且子層38本身可具有形成金屬間化合物層56、58、60、62、或64的期望的金屬間化合物所需的所有銀和/或銅。

傳統(tǒng)焊膏或焊料預(yù)制件工藝結(jié)果并不推薦使用背襯金屬裝置和本文公開的倒裝芯片裝置。絕大多數(shù)傳統(tǒng)管芯附接工藝包括添加焊膏或焊料預(yù)制件，以在管芯與粘結(jié)表面之間添加焊料。一般來說，具有多種加工優(yōu)勢(shì)，包括：此類工藝僅要求管芯表面和粘結(jié)表面是可焊性表面(換句話說，用簡(jiǎn)單可焊性背襯金屬來制作晶圓比用可焊性同時(shí)本身也是焊料的背襯金屬來制作晶圓更簡(jiǎn)單)；可以為管芯附接材料實(shí)現(xiàn)更高的柔性(即，如果需要的話，不同的焊盤可通過不同類型的焊膏或預(yù)制件進(jìn)行焊接——這一點(diǎn)當(dāng)整個(gè)晶圓上的焊盤鋪設(shè)成背襯金屬時(shí)將難以實(shí)現(xiàn))；并且一般來說，對(duì)于熱致應(yīng)力變成潛在問題的情況，可以用焊膏或預(yù)制件制作更厚的連接件(諸如，用塑料封裝件)。同樣地，試圖用包括布置成業(yè)界所用的鈦/鎳/錫結(jié)構(gòu)的多層的背襯金屬結(jié)構(gòu)來替代焊膏已經(jīng)證明，由于鎳層太厚，導(dǎo)致應(yīng)力太高，這一點(diǎn)可以在沉積和/或包括稍后進(jìn)行回流焊的高溫時(shí)可以見到，這會(huì)在終端用戶組裝處導(dǎo)致掉線問題。在這些嘗試中，需要使用厚的鎳層，或換句話說，在此鈦/鎳/錫結(jié)構(gòu)中，鎳層厚度增加，以彌補(bǔ)擴(kuò)散到鎳層中的錫并保證鎳-錫金屬間化合物的形成?？梢杂^察到，鎳的完整性受到限制，這是因?yàn)殒嚤幌囊孕纬涉?錫金屬間化合物，這削弱了管芯的剪切強(qiáng)度。其它觀察結(jié)果表明，由于之前的鎳背襯金屬結(jié)構(gòu)較厚，鋪設(shè)多個(gè)層也需要很長(zhǎng)的沉積過程，并且一般來說，與使用焊膏相比，成本更高。傳統(tǒng)工藝的這些公認(rèn)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知，這將促使他們嘗試非焊膏/焊料預(yù)制件工藝，非焊膏/焊料預(yù)制件工藝涉及鎳和其它背襯金屬的金屬間化合物，僅僅將背襯金屬或凸塊材料用于焊接。

在實(shí)施方式中，封裝件2、4、6、8、10、12進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，用于應(yīng)力更小的應(yīng)用場(chǎng)景，諸如襯底50為陶瓷單板的一部分的情況。本文件公開的封裝件和方法可具有其它優(yōu)點(diǎn)。本文公開的方法實(shí)施方式可實(shí)現(xiàn)對(duì)極小管芯的粘結(jié)。例如，如果通過傳統(tǒng)分配體積的焊料進(jìn)行粘結(jié)，面積約200微米×200微米(或約220微米×220微米)的管芯可導(dǎo)致管芯在管芯粘結(jié)期間發(fā)生傾斜，從目標(biāo)位置發(fā)生位移(管芯浮動(dòng))等等。對(duì)于此類較小管芯而言，用本文公開的方法一般不會(huì)出現(xiàn)此類不利方面。

關(guān)于本文公開的倒裝芯片結(jié)構(gòu)與方法，傳統(tǒng)的倒裝芯片凸塊結(jié)構(gòu)通過焊膏安裝到板材或襯底上，諸如，錫-鉛或銅-錫-銀焊膏，以助于將管芯與板材或襯底的應(yīng)力隔絕開來。有時(shí)使用大量焊料。在回流焊過程中，通過此類焊膏形成金屬間化合物，但是由于大量的焊料，倒裝芯片凸塊結(jié)構(gòu)仍將在隨后的回流焊過程中熔融。這實(shí)際上設(shè)計(jì)如此，使得倒裝芯片裝置可重新發(fā)揮作用，或者如果經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些裝置發(fā)生故障，進(jìn)行替換。因此，對(duì)于普通技術(shù)人員而言，通過焊膏進(jìn)行傳統(tǒng)的倒裝芯片加工并不推薦用凸塊材料自身將管芯附接到襯底上。

如上所述，可以將實(shí)施方式中的半導(dǎo)體封裝件2、4、6、8、10、12用于發(fā)光二極管(led)應(yīng)用中。在實(shí)施方式中，也可將半導(dǎo)體封裝件用于涉及將管芯安裝到陶瓷襯底上(諸如，作為非限制性示例，將管芯安裝到陶瓷襯底的襯底50上)的非led應(yīng)用中。在實(shí)施方式中，也可將半導(dǎo)體封裝件用于涉及將管芯安裝到非陶瓷襯底上的應(yīng)用中，作為非限制性示例，所述非陶瓷襯底諸如引線框、有機(jī)襯底、以及任何其它不含陶瓷材料的襯底類型。

在實(shí)施方式中，本文所述的背襯金屬示例可用于發(fā)光二極管(led)半導(dǎo)體封裝件，并且比傳統(tǒng)的背襯金屬材料成本更低，其可包括以鈦/鎳/金-錫層的順序進(jìn)行布置的背襯金屬結(jié)構(gòu)(在一些情況下，金-錫層的厚度為3微米)，與傳統(tǒng)晶圓背襯金屬成本相比，這節(jié)省了超過77％的材料成本。使用本文公開的材料也可通過為多層涂敷實(shí)現(xiàn)成本更低的蒸發(fā)技術(shù)來替代成本高昂的噴射技術(shù)來降低加工成本。傳統(tǒng)的鈦/鎳/金-錫示例中的金-錫層的金錫比率為80/20(重量比例)，并且在280攝氏度時(shí)熔融，這比用于隨后將裝置添加到板材或襯底上的標(biāo)準(zhǔn)260攝氏度回流焊曲線更高。本文所述的倒裝芯片示例也可用于led半導(dǎo)體封裝件，其中消除絲焊將防止光線被絲線擋住。

在以上描述涉及具有單個(gè)回流焊金屬間化合物層的半導(dǎo)體封裝件和相關(guān)方法以及實(shí)施部件、子部件、方法和子方法的具體實(shí)施方式的地方，應(yīng)當(dāng)易于顯而易見的是，可在不脫離其實(shí)質(zhì)的情況下做出多種修改，并且這些實(shí)施方式、實(shí)施部件、子部件、方法和子方法可應(yīng)用于其它具有單個(gè)回流焊金屬間化合物層的半導(dǎo)體封裝件和相關(guān)方法。