JPH06501816A - 合成ハイブリッド半導体ストラクチャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従来技術 本発明は、請求の範囲ｌの上位概念に示されたハイブリッド半導体ストラフチャ の製造法ならびに、独立請求項７の上位概念に記載のハイブリッド半導体ストラ フチャに関する。

米国特許第３２９２２４０号（ドイツ連邦共和国特許第１２３３４４８号も参照 のこと）および米国特許第３３０３３９３号に、請求の範囲１の上位概念に記載 のハイブリッド半導体ストラフチャが示されている。

支持体板サブストレート上での半導体チップサブストレートの接触接続は、それ ぞれ金属球接点により構成されている。この接点は、一方では半導体チップサブ ストレートのチップ端子スポットにより、他方では支持体板サブストレートの所 属の支持体端子スポットにより、それぞれ鉛錫軟ろうでろう付けされている。

米国特許第３５１７２７９号（ドイツ連邦共和国第１６２７７６２号も参照のこ と）に、いわゆるフリップ・チップ技術のこの公知の方法の別の構成が示されて いる。この構成においては、金属球が省略され、チップ端子スポット上におよび ／または支持体端子スポット上に軟ろう層が被着され、ハイブリッド半導体スト ラフチャだけがこの軟ろう層を用いて還流ろう付は法でまとめてろう付けされる 。

さらにドイツ連邦共和国特許公開公報第１６１４３７４号に、金属端子スポット の設けられた半導体チップサブストレートの表面の少なくとも一部の上に不動態 化層を被着する構成が示されている。

このフリップ・チップ技術の公知の方法の欠点は、軟ろうをチップ端子スポット 上へおよび／または支持体端子スポット上へ多量に被着して、溶融の際にここに 次のことを維持することが困難であることによる。

これにより一方では当該の端子スポット間の確実な機械的、電気的接続を達成し 、他方では互いに隣り合う端子スポットの短絡を回避することが困難である。別 の欠点として、半導体チップ−または半導体ウェハーサブストレートの面積が大 きいと、ハイブリッド半導体ストラフチャは、両方のサブストレートの異なる熱 膨張のために、両方のサブストレートの固着のろう接続により定まるせん断応力 を受けてしまう。

本発明の利点 従来技術に比較して、請求項１の特徴部分に示さた構成を有する本発明の方法は 次の利点を有する。即ち使用された導電性の接着層の柔軟性のため、大きな面積 の半導体チップ−または半導体ウェハーサブストレートもハイブリッド半導体ス トラフチャの中に取り付は可能となり、この場合、完成されたハイブリッド半導 体ストラフチャに、両方のサブストレートの異なる熱膨張により定められるぜん 断応力が生じなくなる。

請求の範囲１による方法の具体的な構成が請求の範囲２から６に示されている。

本発明による方法により製造されるハイブリッドストラフチャが、独立請求項７ とこれに従属する形式の請求の範囲に示されている。

図面 次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、フリップ・チップ技術で実施された公知の半導体ストラフチャの簡単 化された横断面図である。

第２図は、支持体板サブストレート上へ半導体チップ−または半導体ウェハーサ ブストレートを載置する前の、本発明によるハイブリッド半導体ストラフチャの 斜傾図である。

第３図は、接触接続のために前もって準備された支持体板サブストレートの部分 断面図である。

第４ａ図は、接触接続のために準備された、ダイオードとして形成された半導体 チップサブストレートの部分切欠図である。

第４ｂ図は、第４ａ図の半導体チップサブストレートを対称線に沿って切欠して 示す平面図である。

第５図は、接触接続のために準備処理された、トランジスタとして構成された半 導体チップサブストレートの平面図を示す。

第６図は、両方のサブストレートがその端子スポットにより相互に配向されて相 互に接着されている、本発明のハイブリッド半導体ストラフチャの部分切欠図で ある。

発明の説明 第１図は米国特許第３３０３３９３号公報によるフリップ−チップ技術で実施さ れたハイブリッド半導体ストラフチャを示す。支持板サブストレート１１は上の 半導体チップサブストレート１０の接触接続は、金属球接点１２により形成され ている。この接点は、第１図に示されていない、半導体チップサブストレート１ ０の金属端子スポットに取り付けられている。鉛錫軟ろうから形成されている金 属球接点１２は、半導体チップサブストレート１０の前記図示されていない金属 チップ端子スポットと、および所属の、支持体板サブストレート１１の金属の支 持体端子スポット１３と、鉛錫軟ろうによりろう付けされている。金属の支持体 端子スポット１３は、支持体板サブストレート１１の上へ被着されている回路パ ターンを構成する。

第２゛図は本発明によるハイブリッド半導体ストラフチャを、半導体チップ−ま たは半導体ウェハサブストレート１０を矢印方向Ａへ取り付ける前に示した切欠 斜視図を示す。支持体板サブストレート１１の上に破線１０ａで、半導体チップ −または半導体ウェハーサブストレート−１０が接着される際に位置定めされる 個所が示されている。第２図のサブストレート２はその下面に、同じく破線で示 されている多数のチップ端子スポット１６を有する。前記のチップ端子スポット １６を有するサブストレート１０の下面の上に、端子スポット１６の外側の領域 に、第２図には示されていない不動態層が被着されている。支持体板サブストレ ート１１の上の支持体端子スポットは１３で、所属の導体路も１４で示されてい る。支持体板サブストレー１−１１の回路パターンの構成部材として、第２図に は１７または１８で厚膜抵抗または薄膜抵抗が示されている。この回路パターン を有する支持体板サブストレート１１の上に、支持体端子スポット１３の外側の 領域に、第２図に示されていない不動態層が被着されている。半導体チップ−ま たは半導体ウェハーサブストレート１０の金属端子スポット１６と支持体板サブ ストレート１１の金属端子スポット１３との間の導電接続を形成可能にする目的 で、端子スポット１３の上へ、スクリーン印刷法により形成されている導電接着 層１３′が被着されている。

第２図に破線で示されている位置に、半導体チップ−または半導体ウェハーサブ ストレート１０を支持体板サブストレートＩＩへ載置する際に、サブストレート ｌＯの金属のチップ端子スポット１６とサブストレート１１の金属の支持体端子 スポット１３との間の機械的に固定された導電接続は、次のようにして形成され る。即ち前記の端子スポット１６と１３を、スクリーン印刷法により被着された 接着層１３′を用いて、相互に接着することにより、形成される。

第３図に、第２図の支持体板サブストレート１１の、２つの互いに隣り合う支持 体端子スポット１３の切欠横断面が示されている。支持体端子スポット１３の外 側領域において、支持体板サブストレー）−１１の上に全面【ニわたり不動態層 ４０が被着されている。回路パターンを支持する、不動態層４０の設けられた支 持体板サブストレート１１の上へ、支持体端子スポット１３の領域に、導電接着 層１３′がスクリーン印刷法で被着されている。図示されている様に、接着層１ ３′は支持体端子スポット１３を完全には被わない。

本発明による方法において用いられる半導体チップ−または半導体ウェハーサブ ストレート１０の構成が、まず最初に第４ａ図と第４ｂ図を用いて、半導体チッ プサブストレートの実施例で示されている。このサブストレートは、ブレーナ技 術で実施されたダイオードとして構成されている。しかし本発明は、このように して構成された半導体チップサブストレートを有するハイブリッド半導体ストラ フチャの製造法だけに限定されるものではない６本発明は公知のフリップチップ 技術法を、ハイブリッド半導体ストラフチャへ拡張可能に修正するのに適してお りさらにこの目的に用いられる。即ち著しく大きい面積の半導体チップ−または 半導体ウェハーサブストレートを例えばトランジスタ、集積回路、ＳＣＲを含む ハイブリッド半導体ストラフチャへ拡張することである。

ディスク状の単結晶シリコンから形成されるｎ形半導体１９−逆の層順序も可能 である−において、その上面から、Ｐ形陽種領域２０とこの陽極領域を中心とす るｎ＋トド−ングされたリング状の陰極領域２１が拡散されている。この拡散過 程の結果として、半導体１９の前記の上面に２酸化シリコン層２３が形成されて いる。陽極領域２０と陰極領域２１との接触接続の目的で２酸化シリコン層２３ の中へ接触窓２４．２５がエツチングされている。接触窓２５は接触窓２４をリ ング状に囲む。陽極領域２０の上へ、接触窓２４の領域に金属化体２６が被着さ れている。リング状に形成された接触窓２５の領域における陰極領域２１の上に 金属化体２７が設けられている。金属化体２６．２７は、それらの縁においてわ ずかに２酸化シリコン層２３も越えて、延在する。金属化体２６．２７はアルミ ニウム、ニッケルまたは金、またはこれらの金属と他の金属との合金から形成で きる。特別に適した合金はアルミニウム・ニッケル・銀から成る合金である。

２酸化シリコン層２３と金属化体２６．２７の設けられた半導体１９の上へ、例 えばフォトマスキング技術を用いて、不動態層２８が被着されている。不動態層 ２８は２酸化シリコン２３の、金属化体２６．２７におおわれない部分を付加的 に不動態化する目的で、さらにチップ端子スポット１６の面領域を区画する目的 で、用いられる。この場合、外側のチップ端子に対して用いてはならない、金属 化体２６．２７の表面領域が不動態層２８により被われる。不動態層２８で被わ れない、金属化部２６．２７のこの部分が、チップ端子スポット１６を形成する 。

第５図に接触接続のために前もって準備処理された、トランジスタとして構成さ れた半導体チップサブストレート１０が、平面図で示されている。チップ端子ス ポット１６が不動態層２８を用いて、この不動態層によりおおわれない、金属化 体の部分領域−これらの領域とトランジスタの相応の領域（エミッタ、ベースお よびコレクタ）が接触接続されている−が区画される。

本発明によるハイブリッド半導体ストラフチャの製造は次のように行なわれる： 回路パターンと不動態化層４０の設けられた支持体板サブストレート１１の上へ 、まず最初にスクリーン印刷法を用いて、支持体端子スポット１３の領域内に導 電接着層１３′が被着される。次にこのように前もって準備処理された支持体板 サブストレート１１の上へ、半導体チップ−または半導体ウェハーサブストレー ト１０が次のように載置される。即ちチップ端子スポット１６が支持体端子スポ ット１３と、接着層１３′を用いて接触するように、載置される。両方のサブス トレート１０．１１の相互の押圧により、チップ端子スポット１６が支持体端子 スポット１３と、接着層１３′を用いて接着される（第６図）。

湿っている接着層１３’　は、表を下にして組み立てられた半導体チップサブス トレートｌＯの押圧力により、次のように拡大される。即ち端子スポット１３゜ １６の表面全体が湿らされるように、しかもこの場合、電位の異なる、端子スポ ットへの十分な間隔を下回わらないように、拡大される。そのため接着層１３′ の硬化後に十分に薄い厚さの層（γ＞　２８０　ｍのリング状端子スポットの場 合、例えばｄ　＝　４５　ｍ　）が、半導体に対して代表的なＲｔｈ＜１．３に ／Ｗで実現できる。

載置圧力に対して、湿った導電接着剤の凝集が反対に作用する。この作用は電極 の少ない部品（例えばダイオード、トランジスタ）の場合は、次の時に付加的な ブラインド接点により増加されて安定化できる。即ち端子スポット１６．１３が 、半導体チップ−または半導体ウェハーサブストレート１０のまたは支持体板サ ブストレート１１の表面にわたり一様に分布してはならず、そのため、両方のサ ブストレート１０．１１が、相互に押圧の際に傾斜するおそれがある時は、前記 の拡大と安定化がなされる。ブラインド接点とは、支持体板サブストレート１１ の表面への接触接続のために用いられる接触層１３′のほかに、支持体端子スポ ット１３の外側の債域に、スクリーン印刷法により接着層１３′と共通に製造さ れる、さらに１つまたは複数個の別の接着層１３０′が被着される（第６図）こ とである。このようにして形成されたブラインド接点は、両方のサブストレート の相互の押圧の際にスペーサのように作用する。そのため接点の全体にわたり一 様に分布される載置圧力が形成される。さらにこのブラインド接点により熱放出 用の付加的な移行個所が形成される。

わずかな電極の構成素子の場合、端子スポットと間隔との最小の大きさにより前 もって与えられる所要面積は、従来の表を上にして組み立てられた半導体の場合 よりもわずかに大きくなるが、この場合に必要とされるボンＦ接続体を考慮すれ ば著しく小さくなる。多極の構成素子の場合は、外部端子を、相応のＩＣ設計に より、マトリクス状に表面にわたり分布して設けることができる。そのため所要 スペースは周辺に配置される“ボンドパッド”に比較して、著しく少なくなり、 さらにサブストレート上に配置可能な、導体路の端子密度だけにより定められる 。

支持体板サブストレート１１は酸化アルミニウムＡｌ、０１、ちっ素化アルミニ ウムＡＩＮ、ガラス、または各々の適切な層ストラフチャ（例えばサブストレー ト上のテープ、多層体）−これらにより十分に平らな表面が形成できるーから構 成できる。

ＦＩＧ、１ ス 国際調査報告 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　ハルトマン、　ユルゲンドイツ連邦共和国　Ｄ−７４１０ロイ トリンゲン　力イザーシュトラーセ　２７

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．支持体板サプストレート（１１）、該支持体板サプストレート（１１）の表 面の上の少なくとも２つの支持体端子スポット（１３）、半導体チップーまたは 半導体ウエハーサプストレート（１０）、半導体チップーまたは半導体ウエハー サプストレート（１０）の表面の上の少なくとも２つのチップ端子スポット（１ ６）を備えているハイブリツド半導体ストラクチャの製造法において、 ａ）支持体板サプストレート（１１）の表面へ、支持体端子スポット（１３）の 領域内に各１つの熱的におよび電気的に伝導性の接着層（１３′）を選択的に被 着し、 ｂ）前記の両方のサプストレート（１１，１０）の表面を相互に、それらの各端 子スポット（１３，１６）が互いに向き合うように、かつ互いに少なくとも近似 的に心合わせされるように、相対的に配向し、 ｃ）両方のサプストレート（１１，１０）を次のように互いに押圧し、即ち熱的 にかつ電気的に伝導性の接着層（１３′）がそれぞれ設けられた、支持体板サプ ストレート（１１）の支持体端子スポット（１３）を、半導体チップーまたは半 導体ウエハーサプストレート（１０）へ押圧し、これにより両方のサプストレー ト（１１，１０）の端子スポット（１３，１６）を次のように電気的的互いに接 続し、即ち支持体端子スポット（１３）とチップ端子スポット（１６）との間の 伝導性のかつ機械的に固定の接続を形成するように接続することを特徴とする、 ハイブリツド半導体ストラクチャの製造法。
2. ２．熱的にかつ電気的に伝導性の接着層（１３′）の、支持体端子スポット（１ ３）への選択的な被着を、スクリーン印刷法で行なう、請求の範囲１記載の方法 。
3. ３．前記の方法が、支持体板サプストレート（１１）の前記の表面の上での不動 態化層（４０）の形成のステップを含み、さらに支持体端子スポット（１３）に は不動態化層（４０）は設けないようにし、続いて電導性の接着層（１３′）の 、支持体端子スポット（１３）への選択的被着の前記のステップを行なう、請求 の範囲１又は２記載の方法。
4. ４．前記の方法が、半導体チップーまたは半導体ウエハーサプストレート（１０ ）の前記の表面の上での不動態化層（２８）の形成のステップを含み、チップ端 子スポット（１６）には不動態化層（２８）は設けないようにし、続いて両方の 前記のサプストレート（１１，１０）の相互の間の配置のステップを行なう、請 求の範囲１又は２記載の方法。
5. ５．不動態化層（４０〕がガラス層たとえば硫化ガラス層またはポリマー層であ る、請求の範囲３記載の方法。
6. ６．不動態化層（２８）がガラス層たとえば２酸化シリコン層、ちつ素化シリコ ン層、ポリマー層たとえばポリイミド層である、請求の範囲４記載の方法。
7. ７．支持体板サプストレート（１１）、該支持体板サプストレート（１１）の表 面の上の少なくとも２つの支持体端子スポット（１３）、半導体チップーまたは 半導体ウエハーサプストレート（１０）、半導体チップーまたは半導体ウエハー サプストレート（１０）の表面の上の少なくとも２つのチップ端子スポット（１ ６）を備えている合成ハイブリツド半導体ストラクチャにおいて、支持体板サプ ストレート（１１）の表面へ、支持体端子スポット（１３）の領域内に各１つの 熱的におよび電気的に伝導性の接着層（１３′）を選択的に被着し、前記のサプ ストレート（１０，１１）が前記の端子スポット（１３，１６）で互いに対向し 、かつ前記のサプストレート（１０，１１）が導電性のかつ機械的に固定の接続 において、前記の導電性の接着層（１３′）により互いに結合されていることを 特徴とする、合成ハイブリツド半導体ストラクチャ。
8. ８．前記サプストレート（１０，１１）の機械的な固定の接続と熱伝導とを改善 するために、少なくとも１つの熱的にかつ電気的に伝導性の接着層（１３０′） を、支持体端子スポット（１３）の領域の外側で支持体板サプストレート（１１ ）の表面上に設けた請求の範囲の記載７記載のストラクチャ。