专利名称：具有可焊接环接触件的半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置，具体地说，涉及一种具有作为可焊接表面的环接触 件的半导体装置，其提供一种在半导体电路小片上制造可焊接接触件的较不昂贵且更 有效率的方法。
背景技术：
本发明的装置是半导体装置，其制造可焊接接触件的方法更有效率且较不昂贵。 由于所述装置的设计简单，其制造需要较少的时间。此项技术中众所周知半导体装置具有形成于半导体电路小片上的可焊接接触件， 例如凸块、焊料凸块、或螺柱凸块。与本发明装置的制造方法相比，具有形成于装置上的凸块的装置需要额外的程序。电路小片上具有凸块的装置需要用于在电路小片 上形成凸块的铜导线、用助焊剂进行封装、形成焊料凸块，以及最后的回流工艺。与这些现有技术装置相关联的问题所详述的制造工艺。焊料接触件是不可靠的， 因为凸块易于在板安装之后破裂。需要一种制造半导体装置的更有效且较不复杂的方法。 需要用于将半导体装置焊接或附接到板安装件的可靠接触件。发明内容在本发明的实施例中， 一种半导体装置包含半导体电路小片；电路小片附接垫， 其附接到所述电路小片的漏极区域；及可焊接环接触件，其键合到所述电路小片的源 极与栅极区域。所述环接触件由可视情况涂覆有另一可焊接金属的可焊接金属导线或 条带制成。将所述环接触件键合到所述电路小片的方法是超声热键合或超声波键合。更明确地说，在本发明的第一实施例中，本发明包括一种具环接触件的半导体装 置，所述环接触件是以超声热方式键合成单个接触件、多接触件或两者的形式。所述 环接触件由可焊接金属导线制成，例如金或铜，且所述导线可进一步涂覆以铜、镍、 钯或铂。所述装置可用囊封材料封装，并用焊料附接到应用板。在第二实施例中，键合部位在形成于所述电路小片上的螺柱凸块上。将所述环接 触件键合到所述螺柱凸块，而非直接键合到所述电路小片，可防止所述半导体电路小 片不会因所超声热键合工艺所需的热而受到损坏。 一旦形成了所述环接触件形成，便 可用囊封材料来囊封所述装置，以使所述环接触件通过所述囊封材料而暴露。所述金 属导线是铜或金，并可进一步涂覆有铜、镍、钯或铂。在第三实施例中，所述装置具有由金属导线或条带制成的环接触件。所述导线或 条带是由可焊接金属制成的，例如铜、铝或金，且可视情况涂覆有铜、镍、钯及铂。 所述导线或条带是通过直接到电路小片的超声波键合技术而键合到所述电路小片。同 样，所述电路小片可视情况使用囊封材料来封装。本发明的优点是所述装置允许有效率的制造工艺。其消除对光致抗蚀剂分配、显 影、金属镀敷、形成凸块及回焊的需要。在将所述电路小片附接到所述电路小片附接 垫后，可将所述导线或条带直接键合到所述电路小片，而无需中间步骤。如以下的详 细描述，所述超声热键合工艺需要将所述导线插入到键合工具中，将所述导线加热且 接着附接到所述电路小片。此后，可通过将所述键合工具中的导线附接到所述电路小 片，且形成到所述电路小片或键合表面的楔形键合来进行其它键合。至少涉及所述环 接触件制造工艺不需要其它步骤，例如在形成螺柱或焊料凸块的制造工艺中的回流工 艺。本发明的另一优点是所述环接触件是耐用且可靠的焊料接触件。现有技术装置 (例如，具有螺柱球或凸块的装置)容易破裂。本发明的环接触件由坚固的导线或条 带制成。所述坚固的金属导线或条带比焊料或螺柱凸块强韧，因此所述环接触件在板 安装后不会像具有螺柱凸块的装置那样容易破裂。
图1是根据本发明的第一实施例的半导体装置的平面图； 图la是沿图1中的线la-la截取的截面图；图lb是沿图1中的线lb-lb截取的截面图；图2是根据本发明的第二实施例的半导体装置的平面图；图2a是沿图2中的线2a-2a截取的截面图；图3是根据本发明的第三实施例的半导体装置的平面图；图3a是沿图3中的线3a-3a截取的截面图；及图3b是沿图3中的线3b-3b截取的截面图。在所有数个视图中，对应的参考字符指示对应的部件。本文所列的实例图解说明 本发明的数个实施例，而不应认为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
图1图解说明本发明的第一实施例的半导体装置100。所述装置是经封装半导体 100，其具有由可焊接材料制成的环接触件104、 108、 109，所述环接触件被键合到 半导体电路小片102。半导体电路小片102是具栅极、源极及漏极区域的倒装芯片。 所述源极及栅极区域均在半导体电路小片102的顶表面上，而漏极区域在底表面上。 所述漏极区域附接到电路小片附接垫101，从而形成与电路小片附接垫的漏极连接。 半导体电路小片102的源极及栅极区域具有环接触件104、 108、 109。装置100显示 多环接触件104及单环柱接触件108、 109两者。以下将迸一步解释如何使用超声热 球键合方法，将环接触件键合到半导体电路小片102。参考图1及la，装置100可具有由导线制成的多环柱接触件，其中使用单股导 线在半导体电路小片102上形成多个环以形成焊料表面。在此实施例中，使用导线来 制作多环接触件104及单环接触件108、 109。超声热球键合工艺在键合点处形成球形形状，从而形成球形键合106。 一般来说， 用于环接触件的导线穿过中空毛细管。在焊线通过毛细管的过程中，在导线所通过的 毛细管的下面，电烧断系统熔化所述导线。如上所述，此导线被固化成球形形状以形 成球形键合。以充足的力将毛细管下面的经熔化导线压入到将与其形成键合的材料 中，以允许塑性变形及原子互扩散。超声热球键合工艺使用介于IOO'C到28(TC范围 内的温度，且在底座中提供热，待与导线键合的装置便坐落于所述底座上。当使用铜 导线时，由于铜易于氧化，因此必须在惰性氛围中执行所述键合工艺以防止氧化。在形成第一键合之后，将毛细管升高，以通过毛细管释放导线直到所述导线被再 次压入到第二键合部位并随着施加超声波能量而被加热，以导致塑性变形及原子互扩 散。第二个键合因喂入导线所通过的毛细管装置的形状而呈现楔形形状。可在此工艺 后形成所需数量的环接触件。在最后一个环接触件处，闭合导线夹且毛细管在最后楔 形键合的正上方处折断导线。参考图1与la，半导体装置100具有三个环接触件104，在三个环接触件104 之间有一个球形键合106及两个楔形键合107。这些多环接触件104形成于半导体电 路小片102的源极区域上，借此形成源极接触件。通过焊料110将应用板114附接到 环接触件104、 108、 109，且半导体电路小片102是通过电路小片附接材料111键合 到电路小片附接垫101的电路小片。此外，可视情况通过在附接应用板114之前用囊 封材料112囊封所述装置来封装此第一实施例。关于图1与lb，图lb是图1的装置100的单环接触件108、 109的截面图。单 环接触件108形成于半导体电路小片102的源极区域上且因此是源极环接触件108。 图1及lb中的中心中的单环接触件109是形成于电路小片102的栅极区域上的栅极 环接触件109。环接触件104、 108、 109可由金或铜导线或者其它适合的金属制成。此外，所述导线可涂覆以镍、钯、铜、铂或其它可焊接金属。转到图2及2a中所示的第二实施例，图2的半导体装置200具有可焊接环接触 件204、 208、209，所述可焊接环接触件形成于半导体电路小片202上的螺柱凸块214、 215上。半导体电路小片202的漏极区域在电路小片202的底表面上，而上表面含有 源极及栅极区域。参考图2a，半导体电路小片202的漏极区域附接到电路小片附接垫 201,且环接触件204、 208在螺柱凸块214、 215上。环接触件204、 208、 209是通 过类似于上述工艺的超声热球键合形成的，然而，半导体电路小片202具有螺柱凸块 214、 215。所述螺柱凸块用于在键合工艺期间保护半导体电路小片202。如以上所述， 超声热球键合工艺需要热以导致导线及待与导线键合的材料的塑性变形及原子互金 属化。给半导体电路小片直接施加热可能损坏电路小片。因此，将导线键合到电路小 片202上的螺柱凸块214、 215可防止或最小化对电路小片202的损坏。图2显示具多环接触件204及单环接触件208、 209的半导体装置200，其中使 用超声热球键合技术键合导线以形成环接触件204、 208、 209。多环接触件204及单 环接触件208形成于电路小片202的源极凸块214上，而中间的单环接触件209形成 于半导体电路小片202的栅极凸块215上。用来形成环柱接触件204、 208、 209的导 线可以是铜、金或其它适合的金属导线，且其可进一步涂覆有可焊接金属，例如铜、 镍、钯或铂。图2a显示描绘有源极螺柱凸块214的多环接触件204的截面图。然而，多环接 触件204具有直接到半导体电路小片202的一个键合206。如在超声热球键合工艺中 所述，初始球形键合206是直接形成到半导体电路小片202。同样，还可封装半导体 装置202，以使环接触件204、 208、 209通过囊封材料而暴露。暴露的环接触件204、 208、 209用作栅极及源极连接。参考图3、 3a及3b，本发明的第三个实施例显示半导体装置300，其具由条带制 成的环接触件304、 308、 309。然而，可用导线来替代条带。此外，使用超声波楔键 合技术，将所述条带直接键合到半导体电路小片302。半导体电路小片302的一个表 面上具有漏极区域，而相对表面含纳源极及栅极区域。通过焊料310将电路小片302 的漏极区域附接到电路小片附接垫301。装置300具有直接键合到电路小片302的单 环接触件308、 309及多环接触件304。图3a显示图3中的装置300的多环接触件的截面图。多环接触件304是使用超 声波键合方法直接键合到电路小片302。超声波键合通过以一角度将条带或导线喂入 到键合工具中产生楔形键合306。将导线保持到半导体电路小片302，且施加超声波 能量以在导线与电路小片302之间形成键合306。此工艺不需要超声热球键合工艺的 高温；超声波键合所需温度约为25°C。重复此工艺以形成所述数目的环接触件。可 通过与键合工具安装在一起的导线切割器切割导线，或通过将夹子保持在一个位置中 且然后升高键合工具以在键合工具被升高时撕裂导线。图3a是透视图，其显示键合到半导体电路小片302的多环接触件304，其中装置300经囊封以使环接触件304通过囊封材料312而暴露。图3b显示单环接触件308、 309的截面图，所述单环接触件308、 309在源极与 栅极区域上键合到半导体电路小片302，借此形成单源极环接触件308及单栅极环接 触件309。同样，装置300以囊封材料312封装，所述囊封材料312覆盖半导体电路 小片302，以使环接触件308、 309的多个部分暴露供用于焊接到另一表面。图3显 示条带环接触件304、 308、 309，但如以上所述，在此实施例中可用导线来代替条带。 所述导线或条带可以是合适的可焊接金属，例如铝、铜或金，且可进一步涂覆以铜、 镍、钯或铂。制造这些装置的方法形成优于具有凸块或球的先前半导体装置及具有可焊接金 属涂层的半导体装置的显著优点。关于第一实施例，所述制造方法需要将半导体电路 小片的漏极区域附接到电路小片附接垫。此后，使用先前所述的超声热球键合技术将 导线键合到半导体电路小片的源极区域。所述导线键合工艺可用于在电路小片上形成 单环或多环接触件。如第一实施例中所示，半导体电路小片上具有单环接触件及多环 接触件两者。用于环柱接触件的材料可以是视情况涂覆有另一可焊接金属的可焊接金 属。举例来说，导线可以是铜或金，且可涂覆有铜、镍、钯或铂。在将环接触件键合 到电路小片之后，可视情况用囊封材料来涂覆电路小片，以使环接触件通过囊封材料 而暴露。接着，通过焊料将环接触件附接到应用板。制造第二实施例的装置的方法需要使用具有螺柱凸块或球的半导体电路小片，在 半导体电路小片上形成初始球形键合之后，将在所述螺柱凸块或球上形成针脚或楔形 键合。将电路小片的漏极区域附接到电路小片附接垫。接着，通过使用超声热键合技 术将导线键合到半导体电路小片上而形成球形状，其它键合则形成于半导体电路小片 上的螺柱凸块上。同样，此实施例中所使用的导线是可焊接金属导线，例如铜或金， 且可涂覆有可焊接金属，例如铜、镍、钯或铂。此后，可视情况使用适合囊封材料来 囊封半导体装置，以使环接触件通过所述材料而暴露。关于第三实施例，如同第一实施例中一样，半导体装置具有键合到半导体电路小 片的可焊接环接触件。然而，首先将电路小片附接到电路小片附接垫。接着，使用超 声波键合技术在电路小片上形成环接触件。在此实施例中，环接触件可由导线或条带 制成，所述导线或条带由可焊接金属制成，例如铜、金或铝。同样，导线或条带可涂 覆有其它可焊接金属，例如铜、镍、钯或铂。通过使用超声波能量将条带或导线直接 键合到电路小片上并形成楔形键合。环接触件可以单环、多环或两者的形式形成于电 路小片上。第三实施例具有在电路小片的源极区域上的多环及单环接触件两者，以及 单栅极环接触件。可视情况用囊封材料覆盖所述装置，以使环接触件通过囊封材料而 暴露。尽管已用金属氧化物半导体场效应晶体管装置的实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，本发明还可应与其它半导体电路小片一起使用，例如二极管、 绝缘栅双极晶体管、硅可控整流器及双极结晶体管。虽然已参考优选实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，可对本发 明进行各种改变，且可以等效物来替代本发明的元件以适应特定情况，而此并不背离 本发明的范围。因此，并不打算将本发明局限于揭示为预期用于实施本发明的最佳模 式的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求书的范围及精神内的所有实施 例。
权利要求
1、一种半导体装置，其包含a.半导体电路小片，其包含具有一个或一个以上端子的第一表面及具有至少一个端子的第二表面；b.电路小片附接垫，其具有引线；c.至少一个环可焊接接触件，其到所述半导体电路小片的所述第一表面上的所述端子中的一者；及
2、 如权利要求l所述的装置，其中所述可焊接环接触件是由金属导线形成的。
3、 如权利要求2所述的装置，其中所述导线是选自由铜、铝及金组成的群组的金属。
4、 如权利要求3所述的装置，其中所述导线涂覆有可焊接材料。
5、 如权利要求4所述的装置，其中所述可焊接材料是选自由铜、镍、钯及铂组成的 群组的金属。
6、 如权利要求5所述的装置，其进一步包含应用板。
7、 如权利要求3所述的装置，其中所述可焊接环接触件是通过超声热球键合形成的。
8、 如权利要求3所述的装置，其中所述可焊接环接触件是通过超声波楔键合形成的。
9、 如权利要求4所述的装置，其中所述可焊接环接触件是通过超声热球键合形成的。
10、 如权利要求4所述的装置，其中所述可焊接环接触件是通过超声波楔键合形成的。
11、 如权利要求l所述的装置，其中所述可焊接环接触件是由条带形成的。
12、 如权利要求11所述的装置，其中所述条带是选自由铜、铝及金组成的群组的金 属。
13、 如权利要求12所述的装置，其中所述条带涂覆有可焊接材料。
14、 如权利要求13所述的装置，其中所述可焊接材料是选自由铜、镍、钯及铂组成 的群组的金属。
15、 如权利要求14所述的装置，其中所述可焊接环接触件是通过超声波键合形成的。
16、 如权利要求l所述的装置，其进一步包括封装材料。
17、 如权利要求l所述的装置，其中所述半导体电路小片是选自由二极管、金属氧化 物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、硅可控整流器及双极结晶体管组成 的群组中的一者。
18、 一种制造具有环柱接触件的半导体装置的方法，其包含a. 提供半导体电路小片、具有引线的电路小片附接垫及呈导线或条带形式的可 焊接环接触件材料；b. 将所述电路小片附接到所述电路小片附接垫；c. 将所述环柱接触件材料以环形状键合到所述电路小片。
19、 如权利要求18所述的方法，其中所述键合步骤是超声热键合，其中所述环接触件是可焊接环接触件材料，所述可悍接环接触件材料是选自所述铜、金及铝的群 组的金属导线。
20、 如权利要求19所述的方法，其中所述导线涂覆有选自由铜、镍、钯及铂组成的 群组的可焊接金属。
21、 如权利要求20所述的方法，其中所述超声热键合由多针脚下球上键合针脚组成。
22、 如权利要求18所述的方法，其中所述键合步骤是超声波键合，其中所述环柱接 触件是选自由铝、铜及金组成的群组的金属导线或条带。
23、 如权利要求22所述的方法，其中所述导线或条带涂覆有选自由铜、镍、钯及铂 组成的群组的可焊接金属。
24、 如权利要求18所述的装置，其中所述半导体电路小片是选自由二极管、金属氧 化物半导体场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、硅可控整流器及双极结晶体管组 成的群组中的一者。
全文摘要
本发明揭示一种在半导体电路小片上容易地制造可靠焊料接触件的方法，其中所述焊料接触件被制成环形状且由可涂覆有其它可焊接金属的金属导线或条带制成。所述环可以是所述半导体电路小片上的多环形式、单环形式或两者。可使用超声热或超声波键合在所述电路小片上形成所述环接触件。还可用囊封材料来封装所述电路小片，以使所述电路小片通过所述囊封材料暴露以作为用于装置的焊料就绪接触件。
文档编号H01L23/52GK101405861SQ200780009906
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年3月27日
发明者李相道, 玛吉·T·里奥斯 申请人:飞兆半导体公司