具有焊接引线的半导体器件及其制造方法

专利名称：具有焊接引线的半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及制造方法，具体地，涉及一种外引 线(external lead)焊接到半导体芯片的电极上的半导体器件和制造方法。
背景技术：
用于消费类电子产品例如蜂窝电话、个人电脑和数字视听设备或 用于驱动车辆发动机的电源中采用的金属-氧化物-半导体场效应晶体
管(MOSFET)载送接近1至200A的大电流。该强电流需要利用有大截 面面积的粗的外导线(external wire)。因此为了使大电流流出，约100 至500/mi的多条大的规范焊接线(large gage bonding wire)作为外导线 连接至MOSFET源电极。
焊接线一般通过超声波焊接或热压焊接连接至源电极。该焊接连 接需要约1.5至3倍的导线截面面积的面积。然而，源电极或栅电极限 制于小面积，因此对导线截面面积可以放大到什么范围有限制。而且， 大导线截面的导线需要施加更高的压力以获得所需要的较大焊接强 度，并且那种机械冲击会对半导体芯片造成损伤。大的规范焊接线中 的弯曲部分(loop)也会导致较低的生产率。
为了解决这些问题，日本未审专利申请公布No.2002-313851 (Oono 等人)和2002-314018(Funato等人)焊接线利用平板电子构件作为外导线 代替焊接线并且扩大了外导线的截面面积。图1是Ono等人公开的
SOP(小外形封装)的外部透视图。图2A是沿着图1的线A-A的横截面 图。图2B是沿着图1的线B-B的垂直截面图。
图2A和2B中的半导体器件101包括模压树脂102。源电极104a 和栅电极104g形成在半导体芯片105的顶表面上，并且漏电极(未示出) 形成在半导体芯片105的下面。
在八条外引线当中，四个漏极侧端子103d集成为一组以在模压树 脂102内形成漏极侧接线柱107d。半导体芯片105放置在漏极侧接线 柱107d上方，使得漏极侧接线柱107d与漏电极(未示出)电连接。在剩 余的四条外引线当中，三个源极侧端子103s集成为一组以在模压树脂 102内形成源极侧接线柱107s，并且一个栅极侧端子103g在模压树脂 102内形成栅极侧接线柱107g。
源极侧接线柱107s和源电极104s通过电路构件(electric path member)106电连接。形成在电路构件106和源电极104s—端的电极侧 连接部分106a和形成在电路构件106和源电极侧接线柱107s另一端的 引线侧连接部分106d，通过超声波焊接彼此直接连接。利用平板电路 构件106能使在源极侧接线柱107s和源电极104s之间电流流动的路径 的截面面积显著大于流过多条焊接线的电流流动路径。栅极侧接线柱 107g通过一条焊接线108电连接至栅电极104g。
在日本未审专利申请公布No.SH061-53737(图2)(Matsuda等人)中 公开了用于利用激光进行导线焊接的焊接技术。图3是示出Matsuda 等人公开的半导体器件的截面图。半导体芯片201放置在引线框的焊 盘芯片安装焊盘(die pad)(岛)203上。放置在半导体芯片201上的电极 焊盘202和引线框的引线204通过焊接线205电连接。激光焊接连接 电极焊盘202和导线205。
然而，由Oono等人和Funato等人公开的超声波焊接方法由于超
声波振动而会对半导体芯片造成机械损伤。而且难于焊接到一些金属 上，因为该方法是机械焊接方法。
具体地，在300摄氏度或更高的温度下进行在引线框的焊盘芯片 安装焊盘(岛)上安装半导体芯片的步骤，从而在半导体芯片电极的表面 上形成了氧化膜。为了在低温下在外导线和电极之间进行机械焊接， 必须剥离掉电极表面上的氧化膜以露出新表面。这些动作需要将超声 波振动施加到彼此接触放置的外导线和电极上。然而，如果外导线具 有大的截面面积，则由外导线的振动而使大的机械冲击施加到电极上，
且会将机械损伤传达给电极下面的半导体芯片。MOSFET产品是尤其 易受击穿攻击的产品，因为直接在电极的下面存在有源单元。而且， 当存在具有厚表面氧化膜的材料例如铜(Cu)时，很难焊接。
另一方面，由Masuda等人公开的激光焊接方法，会对电极下面的 半导体器件造成热损伤。使用约100至500/mi或更大的大直径导线降 低导通电阻以使MOSFET载送大电流。该电流对应于100至500Mm厚 度。另一方面，电极的厚度可以是如Oono等人描述的2至6/mi那么 小。当激光焊接构件具有显著不同的厚度时调节激光强度是极其困难 的，因为高的激光强度可能会热损伤半导体器件，并且低的激光强度 可能会使得未能连接或仅形成差的连接。

发明内容
接下来利用优选实施方案的详细说明中使用的数字和附图标记， 说明本发明的特征。括号中示出了这些数字和附图标记以阐明权利要 求中的说明和优选实施方案的详细说明之间的对应关系。然而，在权 利要求中说明的本发明的技术范围的说明中没有使用这些数字和附图 标记。
本发明的一个方面是半导体器件，其中第一外引线(7a)的第一半导 体焊盘(4a)焊接到形成于半导体芯片(3)顶表面上的第一连接电极(3a)。
第一连接孔(5a)形成在第一连接焊盘(4a)中。第一连接孔(5a)与第一连接 电极(3a)交叠，且第一连接焊盘(4a)的熔融部(9)被焊接到第一连接孔(5a) 周围的部分中的第一连接电极(3a)。
本发明的另一方面是用于将第一外引线(7a)的第一连接焊盘(4a) 激光焊接到形成于半导体芯片(3)顶表面上的第一连接电极(3a)的方法。 第一连接孔(5a)与第一连接电极(3a)交叠，且将激光束(10)照射到包括第 一连接孔(5a)的区域上。第一连接焊盘(4a)在第一连接孔(5a)周围的部分 中熔融，且被焊接到第一连接电极(3a)。
本发明提供了一种半导体器件制造方法，其能够防止对半导体器 件造成机械和热损伤，同时还提供了高的可靠性和生产率。


结合附图，从优选实施方案的以下说明，本发明的上述和其它目 的、优点和特征将变得更加显而易见，其中
图1是现有技术的半导体器件101的外部透视图； 图2A是沿着图1的线A-A的横截面图； 图2B是沿着图1的线B-B的垂直截面图； 图3是现有技术的另一半导体器件的截面图4A是示出用于本发明第一实施方案的半导体器件100的透视
图4B是沿着图4A的线C-C的截面图5是沿着图4A的线D-D的截面图6A是示出用于制造半导体器件100的方法的透视图6B是沿着图6A的线E-E的截面图7是半导体器件100的焊接区周围的部分的放大截面图8是比较每种类型金属的熔点和反射率的表；
图9是示出对于图8中所示的每种金属的熔点和反射率之间关系
的图10是半导体器件100的变形的第一连接孔5a的部分的放大截
面图IIA是半导体器件100的另一变形中的第一连接孔5a的部分的 放大截面图11B是半导体器件100的另一变形中的第一连接孔5a的部分的 放大截面图12A是示出本发明第二实施方案的半导体器件200的俯视图； 图12B是沿着图12A的线F-F的截面图13A是示出本发明第三实施方案的制造半导体器件300的方法 的截面图13B是示出本发明第三实施方案的制造半导体器件300的方法 的截面图14是用于半导体器件300的第一连接孔5a的部分的放大截面图。
具体实施例方式
接下来将参考示例性实施方案说明本发明。本领域的技术人员将 认识到，可以利用本发明的知识实现许多可选的实施方案，且本发明 不限于为了说明目的而示例的实施方案。适当地简化以下说明和附图 以使该说明变清楚。
第一实施方案
接下来参考各图说明本发明的第一实施方案。在第一实施方案中， 将该发明应用到半导体器件，其中多个MOSFET单元组合成一个 MOSFET，用于大电流和低导通电阻使用。虽然单个晶体管单元通常载 送约0.1安培的电流，但该类型的组合晶体管可以载送约1至200安培 的电流且可用于消费类电子产品中的电源或驱动车辆发动机等。
图4A是示出应用到第一实施方案的半导体器件100的透视图。图 4B是沿着图4A的线C-C的截面图。图5是沿着图4A的线D-D的截
面图。如图4A、图4B和图5所示的半导体器件100包括引线框焊盘 芯片安装焊盘(岛)2、半导体芯片(芯片(die))3、源电极3a(第一连接电 极)、源极引线7a(第一外引线)。用导电糊将半导体芯片3安装到焊盘 芯片安装焊盘2上。在源极引线7a上形成用于电连接至源电极3a的源 极焊盘4a(第一连接焊盘)。在源极焊盘4a中形成多个第一连接孔5a。 半导体器件100进一步包含栅电极3b(第二连接电极)和栅极引线7b(第 二外引线)。在栅极引线7b上形成用于电连接至栅电极3b的栅极焊盘 4b(第二连接焊盘)。在栅极焊盘4b中形成第三连接孔5b。
图6A是示出用于制造半导体器件IOO的方法的透视图。图6B是 沿着图6A的线E-E的截面图。从激光照射装置(未示于图中)将激光束 10照射到半导体器件100上。在聚焦到包括各个第一连接孔5a的区域 上的同时照射激光束10，且没有照射到其它区域上。激光束IO熔融第 一连接孔5a周围的部分中的第一连接焊盘4a的部分且形成焊接区到第 一连接电极3a。除了外引线的尖端部分(连接到安装衬底的部分)之外， 然后将所有的结构元件密封到环氧树脂和形成的封装中(未示于图中)。
图7是焊接区周围的部分的截面图。如图4A和图4B所示，源极 焊盘4a连接至源极引线7a。每个部分的比例和尺寸不同于实际的半导 体器件。例如在半导体芯片3中形成垂直MOSFET。形成在n+型漏极 区31的背面上的漏极37通过导电糊38电连接至焊盘芯片安装焊盘2。 漏极引线(第三外引线未示于图中)从焊盘芯片安装焊盘2延伸，且电 连接至半导体芯片3的漏极37。在n+型漏极区31上形成n型漂移区 32，且在该n型漂移区32的上侧形成多个p型基区33。在p型基区 33的上侧形成n+型源极区34。夹在n+型源极区34和n型漂移区32之 间的P型基区33的一部分形成垂直MOSFET的沟道区。借助栅极绝 缘膜在沟道区的上部上形成栅电极35。栅电极35相互连接(未示于图 中)，且电连接至图4A中所示的栅电极3b。用于覆盖栅电极的层间绝 缘膜36形成有暴露出p型基区33和n+型源极区34的一部分的开口 。 源电极3a形成在层间绝缘膜36上，且电连接至p型基区33和n+型源
极区34的露出部分。
源极焊盘4a与源电极3a交叠。第一连接孔5a形成在源极焊盘4a 中。激光束10照射到包括第一连接孔5a的源电极3a和源极焊盘4a 的顶部上的区域上，且源极焊盘4a的一部分熔融第一连接孔5a的内部 以形成熔融部9，其焊接到源电极3a。虚线示出了通过激光焊接之前的 第一连接孔5a的形状，实线示出了通过激光束焊接之后的第一连接孔 5a的形状。
发明人认识到，通过抑制源电极3a的熔融，及促使源极焊盘4a 的熔融，可以甚至进一步防止对半导体芯片3的损伤。常用于源电极 3a的材料是铝(A1)、 Cu、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钨(W)和/ 或钽(Ta)。相比之下，Cu和Au是常用于源极焊盘4a的主要材料。这 里使用的材料是交叠在该表面上的具有Ni镀层、Ag镀层和/或Au镀 层的Cu或Al的基础材料，或者通过在Cu板上交叠Ni板然后辊压该 金属而获得的Cu-Ni覆盖材料。
发明人首先注意到这些材料对激光的反射率。在比较Al、 Cn、 Ni、 Au、 Ag、 Pt、 W和Ta的反射率之后，发明人以高反射率的顺序排列 Ag>Au>Cu〉Ta>Al〉Pt>Ni〉W。激光吸收效率随着反射率降低而 变大。换句话说，源电极3a的电极材料的反射率应选作产生比源极焊 盘4的材料高的反射率的组合。如果在源极焊盘4a中使用Al，则可以 选择Ag、 Au、 Cu和Ta用于源电极3a，且如果在源极焊盘4a中使用 Cu，则可以选择Ag和Au用于源电极3a。
然而，仅基于反射率选择材料限制了材料的选择范围。在此发明 人集中在熔点上。反射率在具有高熔点的金属例如W、 Ta和Pt中低， 而该材料熔点显著高于其它材料，因此其它材料会首先熔融。因此甚 至在源极焊盘4a中使用Cu时，也可以在用于源电极3a的电极材料中 使用W、 Ta和Pt。换句话说，应该选择材料的组合，以便源极焊盘4a
的材料在源电极3a的材料熔融之前熔融。图9示出了表示对于图8中 所示的每种金属的熔点和反射率之间的关系图。
如果熔点存在很大差异，则由于反射率差引起的效应小，因此可 以选择许多组合。如果熔点差异小，则应当选择具有大差异反射率的 组合。如果用于源极焊盘4a的材料为Al，则反射率和熔点都最小，因 此可以利用Cu、 Au、 Ag、 Ni、 Pt、 W和Ta作为源电极3a的电极材料。 如果用于源极焊盘4a的材料为Au，则可以利用Ni、 Pt、 W和Ta作为 源电极3a的电极材料。当利用具有低熔点和比Cu高的反射率的Au和 /或Ag作为源电极3a的电极材料时，则需要激光束的精细控制，以熔 融Cu而不会熔融Au和/Ag。或者必须加厚Au和/或Ag，然后控制激 光使得即使熔融了其表面部分，也不熔融源电极3a的下层部分。
在垂直MOSFET中，MOSFET单元直接形成在源电极3a的下方， 以防止例如在焊接期间由于热传播至MOSFET单元而引起器件特性波 动的问题，可形成源电极3a为约5/rni厚度。材料例如Pt、 W和Ta不 容易形成到上述厚度，结果在形成Al和/或Cu之后形成底层22至几 pm，可形成几百nm的W、 Ta禾口/或Pt的叠层结构作为熔融防止层24， 如图10所示。甚至在源极焊盘4a材料熔融了状态下，源电极22表面 上的该熔融防止层24也会抑制源电极22的熔融。
可在源极焊盘4a的表面上形成易熔融的材料，以在源电极3a的 电极材料之前熔融源极焊盘4a的一部分。图IIA示出了其中熔融促进 剂层28形成在基础材料26的表面上的源极焊盘4a的实例。如果例如 Cu是源电极3a的电极材料，则Al是用于源极焊盘4a的理想材料，然 而如果利用Cu作为基础材料26，则还可利用Al的镀层作为熔融促进 剂层28。如果形成了熔融促进剂层28，则目前广泛用在引线框中的材 料可以用在基础材料26中，例如A1材料、Cu材料、在由Cu禾Q/或Al 制成的基础材料的表面上形成有Ni镀层和/或Ag镀层的材料、Cu-Ni 覆盖材料等。熔融的促进剂层28可形成有足以用特定的强度将熔融源
极焊盘4a焊接到源电极3a的量(厚度)，并且如果熔融促进剂层28形 成在激光将被照射的第一连接孔5a周围的部分中，则是足够的。如图 IIA所示，熔融促进剂层28可形成在基础材料26的两侧上；或者可正 好形成在由激光照射的一侧上，如图11B所示。
如上所述，应当考虑到用于在第一连接电极(源电极3a)的表面和 要被熔融的第一连接焊盘(源极焊盘4a)的部分上形成的材料的组合，其 将是用于激光焊接的理想组合。也就是说，应选择这样的组合，其包 括当由用于第一连接焊盘(源极焊盘4a)的激光照射时易熔融的材料，和 当由用于第一连接电极(源电极3a)的激光照射时不易熔融的材料。因 此，如果第一连接焊盘的材料比第一连接电极的材料更难以熔融，则 可在比第一连接焊盘的表面更难熔融的第一连接电极的表面上形成熔 融防止层24，或者可在第一连接焊盘的表面上形成比第一连接电极的 表面容易熔融的熔融促进剂层28。利用熔融防止层24和熔融促进剂层 28的组合将进一步改善激光焊接条件。
可以利用第一连接孔5a观察源极焊盘4a的焊接状态和源电极3a 的状态，并控制激光束。而且，熔融部9加宽第一连接孔5a的内侧， 这对于获得足够的面积形成焊接区以及产生足够的焊接强度是有效 的。还可以利用第一连接孔5a对准源极焊盘4a和源电极3a的位置。
大电流流动并且小电阻在源极焊盘4a中流动，其厚度从约几十至 几百微米变动。如果没有形成连接孔5a，则必须熔融厚的源极焊盘4a 以使得焊接连接到源电极3a。然而，有如下问题，即使具有好的激光 吸收效率，当将该类型的厚源极焊盘4a焊接到源电极3a时，直接在源 电极3a下面的MOSFET也会瞬间熔融。通过形成第一连接孔5a，源 极焊盘4a上的第一连接孔5a的尖端会容易开始熔融，且焊接连接形成， 所以不需要熔融源极焊盘4a的整个板厚度。第一连接孔5a可形成为垂 直壁形状，但如果形成为薄的、具有锥形尖端的点状，则具有该薄的 点尖端的部分将比厚的部分更快地达到熔融温度。而且，尖端部分的熔融将会逐渐朝着厚部分前进，以便可以容易形成激光焊接，同时控
制该熔融状态。如果没有形成连接孔5a，则不能检查源电极3a的状态， 使得难于在控制激光束以便不熔融源电极3a的同时形成连接。然而， 可以控制源极焊盘4a的状态，同时在激光焊接期间经由第一连接孔5a 检查源电极3a的状态，以便可以更好地防止对半导体芯片3的损伤。
还可以使栅电极3b、栅极焊盘4b和第三连接孔5b制作成与源电 极3a、源极焊盘4a和第一连接孔5a相同的结构。可修改和改变连接 孔5a和5b的数量。
在上述半导体器件100中，可以选择组合以允许激光焊接，以便 外引线的连接焊盘比半导体芯片上的连接电极更容易用激光熔融。因 此，可以连接外引线的连接焊盘和半导体芯片的连接电极而不损伤半 导体芯片。此外，可以形成焊接连接，同时在激光焊接操作期间控制 在外引线连接焊盘上的焊接状态并通过经连接孔监测来检查半导体芯 片上的连接电极状态。因此，可以容易形成激光连接，同时防止对半 导体芯片的损伤。
接下来，说明制造半导体器件100的方法。首先用分别形成在对 应于每个半导体芯片的源极引线7a和栅极引线7b —端上的源极焊盘 4a和栅极焊盘4b来制备引线框。引线框允许连接到多个半导体芯片。 在源极焊盘4a和栅极焊盘4b中分别形成第一和第三连接孔5a和5b。 第一和第三连接孔5a和5b可形成为锥形形状。在图中所示的实施例中， 使源极焊盘4a和栅极焊盘4b制作得比源极引线7a和栅极引线7b薄， 然而这些部分可制作为相同的厚度。
接下来，在焊盘芯片安装焊盘2上安装半导体芯片3。源极焊盘 4a和栅极焊盘4b分别与形成在半导体芯片3的顶侧上的源电极3a和 栅电极3b交叠。将激光束IO(参见图6A和图6B)照射到包括第一和第 三连接孔5a和5b的各自区域上，源极焊盘4a和栅极焊盘4b的每个部
分则熔融并形成熔融部9(参见图7)，且源电极3a和栅电极3b分别紧 密焊接到第一和第三连接孔5a和5b。然后在除了外引线的尖端部分之 外的整个结构上方覆盖模压树脂(图中未示出)，且完成每个半导体器 件。图6A和6B示出了在所有的第一连接孔5a上激光焊接的实施例。 然而，如果不存在有焊接强度或电特性的问题，则多个连接孔不需要 激光焊接。
YAG(钇铝石榴石)激光器可以用作激光束10。如上所述，选择用 于源电极3a和栅电极3b的电极材料以及用于源极焊盘4a和栅极焊盘 4b的材料的组合。激光束10的焊点直径可比第一和第三连接孔5a和 5b稍微大些。用于激光束的照射时间和光束位置对准时间相比用于机 械焊接例如导线焊接的时间极短，使得将生产效率提升到更高阶段。 位置对准非常精确，以便连接电极和连接焊盘之间以及连接焊盘之间 的对准余裕(positioning margin)可以制作得小，因此可以使半导体器件 制作得小。
通过在源电极3a和栅电极3b的顶侧上形成熔融防止层24，和/ 或在源极焊盘4a和栅极焊盘4b的顶侧上形成熔融促进剂层28，可以 使用不同材料作为源电极3a和栅电极3b和/或源极焊盘4a和栅极焊盘 4b中的基础材料，可以提高生产率且可以扩大用于半导体器件的设计 的可能范围。
在上述的半导体器件100中，在第一连接焊盘(源极焊盘4a)中形 成了第一连接孔5a，并且第一连接孔5a与第一连接电极(源电极3a)交 叠，激光束10照射到包括第一连接孔5a的区域上，并且第一连接焊盘 (源极焊盘4a)的熔融部9焊接到第一连接孔5a周围的部分中的第一连 接电极(源电极3a)，以便防止对半导体芯片3的机械损伤和热损伤，并 且第一外引线(源极引线7a)牢固地连接至第一连接电极(源电极3a)，且 具有更高的生产效率。具有较低导通电阻和较高电流性能的功率晶体 管的生产率显著提高。
上述的实例说明了源电极3a、栅电极3b、源极引线7a、栅极引线 7b、源极焊盘4a、栅极焊盘4b、第一连接孔5a和第三连接孔5b。然 而，连接电极、外引线、连接焊盘和连接孔的类型和数量不限于以上 描述且可以进行所有类型的改变。
第二实施方案
接下来，说明本发明第二实施方案的半导体器件200。在以下说 明中，与上述半导体器件100相同的结构元件赋予相同的附图标记且 省略了它们的详细说明。在半导体器件100的实施例中，第一和第二 外引线7a和7b以及第一和第二连接焊盘4a和4b以集成结构由相同材 料制成，但这些可以是分离的构件。在半导体器件200中，制备第一 和第二连接夹lla和llb，其由与第一和第二外引线14a和14b隔开的 构件形成。第一和第二连接夹lla和llb在其一端用作第一和第二连接 焊盘4a和4b，且在其另一端分别与第一和第二外引线14a和14b连接。
图12A是示出半导体器件200的俯视图。图12B是沿着图12A的 线F-F的截面图。半导体器件200不同于半导体器件100之处在于，源 极焊盘4a(第一连接焊盘)和栅极焊盘4b(第二连接焊盘)分别形成在源 极夹lla(第一连接夹)和栅极夹llb(第二连接夹)上。这些部件分别电连 接至源极引线14a(第一外引线)和栅极引线14b(第二外引线)。第一连接 孔5a和第三连接孔5b分别形成在源极夹lla和栅极夹lib的一端中； 且分别焊接到源电极3a和栅电极3b,与半导体器件100的相同。选择 用于源极夹lla和栅极夹lib的材料以及用于源电极3a和栅电极3b的 电极材料，与半导体器件100的源极焊盘4a和栅极焊盘5b的源电极 3a和栅电极3b的电极材料相同。
第二连接孔13a和13b分别形成在源极夹lla和栅极夹lib的另 一端12a和12b上。第二连接孔13a和13b分别与源极引线14a和栅极 引线14b交叠，激光束则可照射包括第二连接孔13a和13b的区域，且
源极夹lla和栅极夹llb可分别焊接到源极引线14a和栅极引线14b。 在源极夹lla和源极引线14a之间、以及在栅极夹llb和栅极引线14b 之间没有形成半导体芯片，且由于那些夹和引线的厚度几乎从几十到 几百微米，所以不需要与用于源电极3a和栅电极3b的照射条件相同苛 刻的激光照射条件。用于源极夹lla和源极引线14a(还用于栅极夹lib 和栅极引线14b)的材料的组合不必总是不同的材料，且可使用相同的 材料组合，例如Cu和Cu、 Al和Al。
而且，源极引线14a和源极夹lla的另一端12a之间(还在栅极引 线14b和栅极夹lib的另一端12b之间)的连接不限于激光连接，且可 通过导电糊(未示于图中)焊接。在那种情况下，不需要第二连接孔13a 和13b。顺便提及，图12A中的实例，显示了多个源极夹lla分别连接 至多个源极引线14a，然而一个大的源极夹可连接至多个源极引线14a。
在半导体200中，激光束10还照射到包括分别形成在源极夹lla 和栅极夹lib中的第一和第三连接孔5a和5b的各区域上；以及分别焊 接到第一和第三连接孔5a和5b周围的部分中的源电极3a和栅电极3b 的源极夹lla和栅极夹lib的熔融部上。因此可以防止对半导体芯片3 的机械损伤和热损伤，这与半导体器件100中的相同，且源极引线14a 和源电极3a以及栅极引线14b和栅电极3b可以分别以更高的生产效率 牢固连接。
在半导体器件100和200的上述实施例中，源电极3a和源极焊盘 4a(或源极夹lla)被激光焊接，且栅电极3b和栅极焊盘4b(或栅极夹llb) 也被激光焊接。然而，尽管源电极3a和源极焊盘4a(或源极夹lla)通 过激光焊接连接，但栅电极3b和栅极焊盘4b(或栅极夹llb)之间的连 接可以通过导线焊接或导电糊形成，而不利用激光焊接。通过应用本 发明，通过大电流的至少第一连接电极(源电极3a)可以以高的生产效率 牢固地连接至板状第一连接焊盘或板状第一连接夹。第三实施方案
接下来，说明本发明第三实施方案的半导体器件300。本实施方
案的半导体器件300不同于半导体器件IOO之处在于，凸块30(凸块电 极)分别形成在源电极3a和栅电极3b上，源极焊盘4a和栅极焊盘4b 分别焊接到形成于源电极3a上的凸块30，并焊接到形成于栅电极3b 上的凸块30。
图13A和图13B是示出制造半导体器件300的方法的截面图。图 14是示出半导体器件300的焊接区周围的部分的截面图。凸块30电连 接在源电极3a上，如图13A所示。每个凸块30是柱状或球状，且可 利用包括Cu和/或含锡(Sn)的焊料的导电材料。例如，通过利用焊料或 导电粘合剂将凸块30连接在源电极3a上。在使第一连接孔5a与凸块 30交叠之后，将激光束10照射到包括第一连接孔5a的区域上。
将源极焊盘4a的熔融部9焊接到第一连接孔5a周围的部分中的 凸块30，如图14所示。在该情况下，凸块30与第一连接电极等效。 第一连接孔5a周围的部分中的虚线示出了在源极焊盘4a的熔融之前的 状态。激光束熔融源极焊盘4a，其熔融并落在凸块30上，并且熔融部 9形成不规则形状。
如上所述，可以考虑用于凸块30和源极焊盘4a的材料的选择。 凸块30可由单一导电材料形成，或者熔融防止层可形成在基础材料的 表面上。熔融防止层是在源极焊盘4a开始熔融时没有熔融的导电材料。
凸块30可以制作成几十pm的厚度或直径，以及几倍或几十倍于 源电极3a或栅电极3b的厚度的厚度。凸块越厚，熔融就越难，因此实 际上不存在损坏底层上的MOSFET单元的烦恼。由激光束照射的表面 部分变得最热，但离表面部分的距离越远，温度就越不容易升高。由 此，可以容易得到凸块30的表面部分熔融而下部(连接到源电极3a的 一侧)不熔融的状态。即使源极焊盘4a是与凸块30相同的材料(例如Cu和Cu)，凸块30和源极焊盘4a也会在第一连接孔5a周围的部分中 熔融，并且形成凸块30的下部没有熔融的状态。熔融防止层可形成在 凸块30的表面上。例如，源极焊盘4a由Cu-Ni覆盖材料形成，且由于 可以利用涂布有Cu材料作为熔融防止层的基础材料，所以凸块30由 焊料的组合形成。通过利用凸块30，对可以由比源极焊盘4a更易熔融 的材料制成的源电极3a的表面材料没有特别的限制焊盘。然而，如果 在源电极3a的表面上还形成与形成于凸块30的表面上的熔融防止层相 同的材料，则不仅可以防止源电极3a的熔融，而且凸块30和源电极 3a也将会具有好的相互吸引力。利用凸块30能进一步增加可选材料的 组合，增加生产率，并扩大半导体器件的设计可能性。
尽管连同其几个优选实施方案说明了上述发明，但本领域的技术 人员应当意识到，提供那些实施方案仅用于阐明本发明，并且应当不 依靠它来以限制的意义解释所附的权利要求。例如，半导体芯片3不 限于垂直MOSFET且可以是LSI例如微型计算机、存储器和/或高功率 器件例如晶闸管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)，且对半导体芯片3的使 用没有特别的限制。连接孔、焊接区、夹和凸块的数量不限于以上描 述且可以进行修改和改变。
权利要求
1.一种半导体器件，包括半导体芯片，其包括形成于其顶表面上的第一连接电极；和第一外引线，其包括形成有第一连接孔的第一连接焊盘，其中第一连接孔与第一连接电极交叠，且第一连接焊盘的熔融部焊接到第一连接孔周围的部分中的第一连接电极上。
2. 根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一连接电极的材料 是在第一连接焊盘的部分开始熔融时不会熔融的材料。
3. 根据权利要求1或2的半导体器件，其中所述第一连接电极包 括底层和形成在该底层上方的熔融防止层。
4. 根据权利要求1至3中任一项的半导体器件，其中所述第一连 接焊盘包含基础材料和形成于该基础材料顶表面上的烙融促进剂层。
5. 根据权利要求1的半导体器件，进一步包括凸块电极，其中第一连接孔与作为第一连接电极的替代物的凸块电极交叠，且第一连接 焊盘的熔融部焊接到凸块电极上。
6. 根据权利要求5的半导体器件，其中所述凸块电极的部分和第 一连接焊盘的部分熔融并形成熔融部。
7. 根据权利要求5的半导体器件，其中所述凸块电极包括基础材 料和形成于该基础材料表面上的熔融防止层。
8. 根据权利要求1至7中任一项的半导体器件，进一步包括形成 有连接孔的第一连接夹，其中第一连接夹和连接孔分别用作第一连接 焊盘和第一连接孔的替代物。
9. 根据权利要求8的半导体器件，其中 在所述第一连接夹中进一步形成第二连接孔； 所述第二连接孔与所述第一外引线交叠；和所述第一连接夹焊接到所述第二连接孔周围的部分中的第一外引 线上。
10. 根据权利要求8的半导体器件，其中第一连接夹通过导电糊 电连接至第一外引线。
11. 根据权利要求1至10中任一项的半导体器件，进一步包括 第二外引线，其包括形成了第三连接孔的第二连接焊盘，和 第三外引线，其中所述半导体芯片包括垂直MOSFET，该垂直MOSFET包括用 作源电极的第一连接电极、用作顶表面上的栅电极的第二连接电极、 和形成在与顶表面相反的背面上的漏电极，其中第三外引线电连接至漏电极，和其中第三连接孔与第二连接电极交叠，且第二连接焊盘的熔融部 焊接到第三连接孔周围的部分中的第二连接电极上。
12. 根据权利要求11的半导体器件，进一步包括另一凸块电极， 其中所述第三连接孔与作为所述第二连接电极的替代物的另一凸块电 极交叠，且第二连接焊盘的熔融部焊接到另一凸块电极上。
13. —种半导体器件的制造方法，包括制备半导体芯片，其具有形成于其顶表面上的第一连接电极； 制备第一外引线，其包括形成有第一连接孔的第一连接焊盘； 使第一连接孔与第一连接电极交叠；和将激光束照射到包括第一连接孔的区域上，并且将第一连接焊盘 焊接到第一连接孔周围的部分中的第一连接电极上。
14. 根据权利要求13的半导体器件的制造方法，其中所述激光束的光源是YAG激光器。
15. 根据权利要求13或14的半导体器件的制造方法，其中所述 方法使用在开始熔融第一连接焊盘的部分时不会熔融第一连接电极的 材料。
16. 根据权利要求13至15中任一项的半导体器件的制造方法， 进一步包括在第一连接电极上形成凸块电极，其中第一连接孔与作为 第一连接电极的替代物的凸块电极交叠，且第一连接焊盘焊接到作为 第一连接电极的替代物的凸块电极上。
17. 根据权利要求13至16中任一项的半导体器件的制造方法， 进一步包括制备第一连接夹，其在一端形成有连接孔和在另一端形成有第二 连接孔，第一连接夹和连接孔分别用作所述第一连接焊盘和所述第一 连接孔的替代物；使所述第二连接孔与所述第一外引线交叠；和将激光束照射到包括所述第二连接孔的区域上，并且将所述第一 连接夹焊接到第二连接孔周围的部分中的第一引线上。
18. 根据权利要求13至17中任一项的半导体器件的制造方法， 其中所述半导体芯片包括垂直MOSFET，其包括用作源电极的第一连 接电极、用作形成于顶表面上的栅电极的第二连接电极、和形成在与 顶表面相反的背面上的漏电极，该方法进一步包括制备第三外引线和第二外引线，该第二外引线包括形成有第三连 接孔的第二连接焊盘；将第三外引线电连接至漏电极； 使第三连接孔与第二连接电极交叠；和将激光束照射到包括所述第三连接孔的区域上，并且将第二连接 焊盘焊接到所述第三连接孔周围的部分中的第二连接电极上。
19.根据权利要求18的半导体器件的制造方法，进一步包括在第二连接电极上形成另一凸块电极，其中所述第三连接孔与作为第二连 接电极的替代物的另一凸块电极交叠，且所述第二连接焊盘焊接到作 为第二连接电极的替代物的另一凸块电极上。
全文摘要
一种用于防止对半导体芯片的机械和热损伤的半导体器件及制造方法。激光束将形成于第一外引线上的第一连接焊盘焊接到形成于半导体芯片表面上的第一电极上。第一连接孔形成在第一连接焊盘中，且第一连接孔与第一连接电极交叠。激光束照射包括第一连接孔的区域，并且第一连接孔周围的部分中的第一连接焊盘熔融形成熔融部，其焊接到第一连接电极上而容易形成具有更优良电特性的半导体器件。
文档编号H01L21/60GK101339934SQ200810135608
公开日2009年1月7日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年7月5日
发明者田中壮和, 高桥康平 申请人:恩益禧电子股份有限公司