半導體裝置及其方法

2023-05-25 10:26:41

專利名稱：半導體裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及將半導體晶片安裝在承載件(carrier)上的技術，並且在具體實施方式
中，涉及擴散焊接的技術。
背景技術：
半導體裝置製造商經常努力增加他們的產品的性能，而減少他們的製造成本。半導體裝置的製造中的成本密集的區域是封裝半導體晶片。如本領域技術人員知道的，在晶片上製作集成電路，然後，將其切割(singulated),以便生產半導體晶片。隨後，可將半導體晶片安裝在電子傳導的承載件上，如引線框架(leadframes)。以低的費用提供高產量的封裝方法是期望的。關於這些和其他原因，對本發明存在需要。


包含附圖，以提供對實施方式的進一步理解，並且將附圖包括在本說明書中且構成本說明書的一部分。

了實施方式，並且與描述一起用來解釋實施方式的原理。如通過參考以下詳細描述將，它們變得更好地被理解一樣，將容易地理解其他實施方式和實施方式的許多預期的優勢。附圖的要素相對於彼此不一定是按比例的。同樣的參考數字指示相應的類似部分。圖1A-1D示意性地示出了將半導體晶片安裝到承載件上的方法的一個實施方式的橫截面圖；圖2A-2C示意性地示出了將半導體晶片安裝到承載件上和將接觸晶片安裝到半導體晶片上的方法的一個實施 方式的橫截面圖；圖3A-3C示意性地示出了將半導體晶片安裝到承載件上和將接觸晶片安裝到半導體晶片和引線上的方法的一個實施方式的橫截面圖；圖4示意性地示出了安裝到承載件上的半導體晶片和連接到半導體晶片上的接觸晶片的一個實施方式的橫截面圖，其中接觸晶片是傾斜的；圖5A-5C示意性地示出了將半導體晶片安裝到承載件上的方法的一個實施方式的橫截面圖；圖6A示意性地示出了根據製造半導體裝置的方法的一個實施方式的引線框架的頂視圖；圖6B示意性地示出了沿著圖6A的線A-A』的橫截面圖；圖6C示意性地示出了沿著圖6A的線B-B 』的橫截面圖；圖7A示意性地示出了根據製造半導體裝置的方法的一個實施方式的在將半導體晶片放置在引線框架上之後，與圖6B對應的橫截面圖；圖7B示意性地示出了如圖7A所示的配置(布置)的頂視圖；圖8A示意性地示出了在將焊料材料沉積在半導體晶片上之後，與圖7A對應的橫截面圖；圖8B示意性地示出了如圖8A中所示的配置(布置)的頂視圖；圖9A示意性地示出了在將接觸晶片放置在半導體晶片上之後，與圖8A對應的橫截面圖；圖9B示意性地示出了如圖9A中所示的配置的頂視圖；圖9C示意性地示出了在被引入到爐子中和形成擴散焊接接縫(焊接接點)之後，圖9A的配置的橫截面圖；圖10示出了利用隧道式爐(隧道爐)來製造半導體裝置的方法的實施方式的示意圖；和圖11示出了在爐子中利用批處理來製造半導體裝置的方法的實施方式的示意圖。
具體實施例方式在以下詳細描述中，參考附圖，所述附圖形成其一部分，並且其中，通過可在其中實施本發明的示例性具體實施方式
來示出。在這點上，參照待被描述的圖的方向使用方向術語，如「頂部」、「底部」、「前面」、「後面」、「前沿」、「尾部」等。因為可以以許多不同取向來設置實施方式的部件，因此方向術語被用於說明的目的，並且決不是限制性的。應該理解，可以利用其他實施方式，並且在不脫離本發明的範圍的情況下，可進行結構改變或邏輯改變。因此，以下詳細描述不應該認為是限制意義上的，並且本發明的範圍由所附的權利要求限定。應該理解，除非另另 外具體指出，否則此處描述的各種示例性實施方式的特徵可以彼此結合。如在本說明書中應用的，術語「耦接的」和/或「電耦接的」不傾向於意味著，要素(元件)必需直接地耦接在一起；可以在「耦接的」或「電耦接的」要素(元件)之間設置中間要素(中間元件)。下面描述包括半導體晶片的設備。特別地，可以涉及具有垂直結構(縱向結構，豎直結構)的半導體晶片，即，可以以電流可在垂直於半導體晶片的主表面的方向中流動的方式來製造半導體晶片。具有垂直結構的半導體晶片在它的兩個主表面上具有電極，即在它的頂面和底面。特別地，可以涉及功率半導體晶片。功率半導體晶片可具有垂直結構(縱向結構，豎直結構)。例如，垂直功率半導體晶片可以被構造成功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效應電晶體)、IGBT (絕緣柵雙極電晶體)、JFET (結型柵極場效應電晶體)、功率雙極電晶體或功率二極體。例如，功率MOSFET的源電極和柵電極可以位於一個主表面上，而將功率MOSFET的漏電極布置在其他主表面上。不需要由特定半導體材料來製造半導體晶片，例如，
S1、SiC, SiGe, GaAs,並且此外，半導體晶片可以包含不是半導體的無機材料和/或有機材料。半導體晶片可能是不同類型的並且可以通過不同的技術來製造。半導體晶片可以具有接觸焊盤(或電極或接觸元件)，其允許與半導體晶片中包括的集成電路進行電接觸。接觸焊盤可以包括一個或更多個金屬層，其施加於半導體晶片的半導體材料。可以利用任何期望的幾何形狀和任何期望的材料組成來製造金屬層。例如，金屬層可以為遮蓋區域的層的形式。可以將能夠形成擴散焊料結合的任何期望的金屬，例如，Cu、N1、NiSn、Au、Ag、Pt、Pd,和這些金屬中的一種或多種的合金用作材料。金屬層不需要是同質的或僅由一種材料製造，即，金屬層中可能含有不同組成(成分)和濃度的材料。可以使用焊料材料以電和機械地將半導體晶片連接至承載件和/或將接觸晶片連接至半導體晶片和/或將接觸晶片連接至承載件的引線。可以使用能夠形成擴散焊料結合(solder bonds)的任何焊料材料,例如,包括Sn、SnAg、SnAu、In、InAg、和InAu中的一種或多種的焊料材料。此外，焊料材料可以不含Pb。特別地，如果焊料材料包括Sn，則焊料材料可以包括大於80%、90%或甚至95%含量的Sn。焊料材料也可以包括100%含量的Sn。焊料材料可以包括直徑在I到30 μ m之間，更具體地在5到10 μ m之間的金屬顆粒。圖1A-1D示意性地示出了根據一個實施方式的用於將半導體晶片安裝在承載件上的方法。圖1A示意性地示出了承載件15。例如，承載件15可以是引線框架的晶片焊盤(die pad)、PCB (印刷電路板)、DCB (直接銅結合(Direct Copper Bond)),其是在它的頂面和底面上具有銅層的陶瓷襯底，等等。承載件15由任何能夠形成擴散焊料結合的期望的金屬來製造或者承載件15具有由任何能夠形成擴散焊料結合的期望的金屬製造的上表面14，例如，Cu、N1、NiSn、Au、Ag、Pt、Pd、或者這些金屬中的一種或多種的合金。在圖1B中，將焊料材料13的第一層沉積在承載件15的上表面14上。焊料材料13的第一層可以由上述提及的任何焊料材料製成。在一個實施方式中，通過利用濺射工藝來沉積焊料材料的第一層13。在這種情況中，將沉積速度設置為這樣的值，使得獲得所需量或沉積的焊料材料的層厚度。在一個實施方式中，可通`過電氣化學沉積工藝來沉積焊料材料的第一層13。對於該目的，將含有焊料顆粒的溶液施加於承載件15，並且在承載件15和參考電極之間施加適當的電壓，使得焊料顆粒沉積在承載件15的上表面14上。在一個實施方式中，可以通過將焊料材料糊印刷或分配在承載件15的上表面14上來沉積焊料材料的第一層13。焊料材料糊可以包含如上提及的金屬顆粒。此外，其可以包含焊劑材料。它可以不含有本領域已知的用於分離金屬顆粒的任何有機溶劑。圖1C示意性地示出了放置在承載件15上的半導體晶片10，其中半導體晶片10的第一主表面11面向承載件15並且第二主表面12遠離面向承載件15。在半導體晶片10的第一主表面11和承載件15的上表面14之間布置焊料材料的第一層13。可在與焊料材料的第一層13相對的和鄰近的半導體晶片10的第一主表面11上安裝第一晶片電極(未不出)。圖1D示意性地示出了為了將半導體晶片10牢固地連接至承載件15，將焊料材料加熱到溫度T。在爐子50中完成加熱。在一個實施方式中，例如，通過爐子50施加給焊料材料的最大溫度可以在250°C到350°C之間，更具體地，例如，在270°C到320°C之間。在一個實施方式中，在焊料材料位於爐子期間的停留時間在30秒到300秒之間，更具體地在60s到120s之間。在一個實施方式中，在它停留在爐子50中期間，沒有將外部壓力施加於圖1D所示的配置(布置，arrangement)ο S卩，當在爐子50中暴露於高溫時,僅重力控制施加於焊料材料的第一層13的力或壓力。在停留在爐子50中期間，將焊料材料的第一層13轉變成第一擴散焊料結合層13a。更具體地，焊料材料開始在熔化溫度下熔融。例如，Sn具有232°C的熔化溫度。將焊料材料暴露於比焊料材料的熔化溫度高的溫度T。通過擴散，在焊料材料的第一層13中形成金屬間相。在爐子50中的停留時間的末端，完全地轉變第一層13的所有焊料材料，例如，已經完全地將其變成金屬間相。用這種金屬間相製造用那樣的方式生產的第一擴散焊料結合層13a。它能夠經受高溫，它是高度機械穩定的並且表現出高的電和熱傳導性。應該注意，可以基於要生產的第一擴散焊料結合層13a的厚度(例如，沉積在承載件15上的焊料材料的量)並且基於用於形成金屬間相的金屬材料的種類(例如，在承載件15的上表面14上的金屬材料和半導體晶片10的電極的金屬材料)，來選擇溫度T和爐子停留時間。在一個實施方式中，第一擴散焊料結合層13a的厚度等於或小於，例如10 μ m，更具體地5μπι。此外，在一個實施方式中，在焊料材料的第一層13的兩側使用的用於形成金屬間相的材料是相同的材料。在這種情況下，在轉變成第一擴散焊料結合層13a期間，在焊料材料的第一層13的兩側上發生的擴散過程具有相同的擴散速度。圖2A-2C舉例說明了將半導體晶片10安裝到承載件15上並且將接觸晶片15安裝到半導體晶片10上的工序。可以將結合圖2A-2C描述的工藝的方面與在前述實施方式中描述的工藝結合，並且反之亦然。首先，可完成 涉及結合圖1A-1C的工序。然後，以圖1C中所示的配置開始，如圖2A中所示，可將焊料材料的第二層16沉積在半導體晶片10的第二主表面12上。第二晶片電極(未示出)可在半導體晶片10的第二主表面12上延伸，並且可將焊料材料的第二層16設置在該第二晶片電極上。焊料材料的第二層16的焊料材料可與焊料材料的第一層13的焊料材料相同。此夕卜，與針對施加焊料材料的第一層13描述相同的工藝可以用於將焊料材料的第二層16沉積在半導體晶片10的第二主表面12上。應該注意，當沉積焊料材料的第二層16時，不能將焊料材料的第一層13轉變成擴散焊料結合層13a。在圖2B中，將接觸夾(接觸鉗，contact clip) 25放置在半導體晶片10上。接觸夾25可具有第一接觸區域26。這樣放置接觸夾25，即，將第一接觸區域26放置在焊料材料的第二層16上。接觸夾25或，至少，接觸夾25的第一接觸區域26可以由任何期望的能夠形成擴散焊料結合的金屬，例如，Cu、N1、NiSn, Au、Ag、Pt、Pd、或這些金屬中的一種或多種的任何合金來製造。接觸夾25可以是連接至半導體裝置的外部終端或形成半導體裝置的外部終端的引線。例如，接觸夾25可以是引線框架的引線並且承載件15可以是引線框架的晶片焊盤。如將在下面更詳細地描述的，在其他實施方式中，接觸夾可以是在第二晶片電極和半導體設備的外部終端(如，例如，引線框架的引線)之間橋接的傳導元件。在圖2C中，將圖2B中所示的配置引入到爐子50中。在爐子50中，將焊料材料的第一層13的焊料材料和焊料材料的第二層16的焊料材料加熱到溫度T。圖2C中使用的熔爐工藝可以與參照圖1D描述的相同，並且為了避免重複，將參考相應的描述。特別地，在它停留在爐子50中期間，沒有將外部壓力施加於圖2C中所示的配置，即，當在爐子50中暴露於高溫時，僅僅通過重力來控制施加於焊料材料的第一層13和施加於焊料材料的第二層16的力或壓力。在停留在爐子50期間，同時分別將焊料材料的第一層13和焊料材料的第二層16轉變成第一擴散焊料結合層13a和第二擴散焊料結合層16a。與第一擴散結合層13a有關的所有的公開可同樣地適用於第二擴散結合層16a，並且為了簡潔，參考相應的公開。特別地，相同的焊料材料可用於焊料材料的第一層13和第二層16，並且第二擴散焊料結合層16a可具有與第一擴散焊料結合層13a的厚度相同的範圍或相同的厚度。圖3A-3C舉例說明了將半導體晶片10安裝到承載件15上和將接觸夾25安裝到半導體晶片10上的工序。可將此處描述的其他實施方式的方面與結合圖3A-3C描述的工藝結合，並且反之亦然。在圖3A中，提供引線20。引線20可以是引線框架的引線，其中，在這種情況下，承載件15可以是引線框架的晶片焊盤。已經將焊料材料的第三層21沉積在引線20的上表面上。涉及焊料材料的第一和第二層13、16的所有公開內容同樣地應用於焊料材料的第三層21。特別地，可通過與上述描述相同的技術，將焊料材料的第三層21的焊料材料沉積在引線20上，並且焊料材料可以與在焊料材料的第一和第二層13、16中使用的材料相同。此夕卜，焊料材料的第三層21的厚度可分別與焊料材料的第一或第二層13、16的厚度的範圍相同或與第一或第二層的厚度相同。在圖3B中，將接觸夾25放置在半導體晶片10和引線20上。接觸夾25具有與焊料材料的第三層21相對的和與其鄰近的第二接觸區域27。第二接觸區域27可由與上面提及的涉及第一接觸區域26相同的材料組成。在圖3C中，將 圖3B中所示的配置引入到爐子50中。以相同的方式加熱焊料材料的第一、第二和第三層13、16和21，並且如上面參照圖1D和2C描述的，在爐子50中處理。特別地，再次，在停留在爐子50中期間，可不將外部壓力施加於圖3C所示的配置，並且可使用如上提及的熔爐停留時間。結果，產生第一、第二和第三擴散焊料結合層13a、16a和21a。分別通過第二和第三擴散焊料結合層16a和21a將接觸夾25牢固地固定到半導體晶片10和引線20上。涉及第一和第二擴散焊料結合層13a和16a的所有公開內容(例如，材料，厚度等)等同地應用於第三焊料結合層21a，並且為了簡潔，避免重複。如圖4中描述的，可通過相對於平面的具體的傾斜距離TD，使接觸夾25傾斜，其中由半導體晶片10的第二主表面12定義平面。當在鄰近接觸夾25的外端的側面上測量時(即，圖4的左側)並且當在相反面上測量時(即，圖4的右側)，通過第二擴散焊料結合層16a的厚度的差異來限定傾斜距離TD。在一個實施方式中，例如，傾斜距離TD等於或小於10 μ m,更具體地5 μ m。換句話說，第二擴散焊接結合層16a的小厚度保證了接觸夾25的最大傾斜也限於小值。應該注意，圖4中示出的傾斜距離同樣地適用於圖2A-2C中所示的實施方式和圖3A-3C中所示的實施方式。圖5A-5C示意性地示出和舉例說明了用於將半導體晶片10安裝到承載件15上的方法。在將半導體晶片10放置在承載件上但是沉積在半導體晶片10的第一主表面11上之前(圖5A)，在將半導體晶片10與焊料材料的第一層13 —起放置在承載件15上之前，除了沒有將焊料材料的第一層13沉積在承載件15上之外，圖5A-5C中公開的方法與結合圖1A-1D描述的方法對應。除了這種差異之外，圖5B中所示的配置與圖1C中所示的配置對應。在爐子50中執行焊料材料的第一層13到第一擴散焊料結合層13a的轉變，並且與結合圖1D中描述的相同的方式完成所述轉變。為了簡潔，參考相應的公開內容，以便避免重複。類似於圖5A-5C中所示的方法，如上面結合圖2A-4描述的，當將接觸夾25放置在半導體晶片10和(可選地)引線20上並且焊接到其上時，在將接觸夾25放置在半導體10和(可選地)引線20上之前，可首先將焊料材料的第二層16和/或焊料材料的第三層21沉積在接觸夾25上。再次，除了這種變化之外，可以如上面描述的相同的方式完成將半導體晶片10安裝到承載件15上和將接觸夾25安裝到半導體晶片10和(可選地)引線20上的這樣的方法。為了簡潔，省略了重複。圖6A-9C舉例說明了根據一個實施方式的製造半導體裝置的階段。在某些方面中，下列公開內容比前述實施方式的公開內容更加詳細。應該注意，可將結合圖6A-9C描述的細節與在前述實施方式中描述的概念和方面結合。反過來，可將關於前述實施方式公開的概念和方面與參照圖6A-9C解釋的實施方式的公開內容結合。圖6A示意性地示出了引線框架100。在平面圖(圖6A)中、沿著線A-A』的橫截面圖(圖6B)和沿著線B-B』的橫截面圖(圖6C)中示出了引線框架100。引線框架100可以包括晶片焊盤101、第一引線102、第二引線103和第三引線104。引線102-104基本上以平行的方式從晶片焊盤101的一側突出。第二引線103可與晶片焊盤101的一側相連。可通過橡皮障(dam)(轉向拉杆)來連接晶片焊盤101和引線102-104，為了簡潔，在圖中沒有闡明所述橡皮障。如圖6B和6C中所示，可選地，可將引線102-104布置在不同於晶片焊盤101的平面中，但是可替換地，可將其布置在相同的平面中。在一個實施方式中，引線框架100可以是承載件15和引線20的具體實現方式。更具體地，晶片焊盤101可與承載件15對應並且第一引線102可與引線20對應，並且反之亦然。可由上面提及的材料來製造引線框架100。引線框架100的厚度可以在IOOym至Imm的範圍內或者甚至可以更厚。可 以通過打孔、軋制或衝壓金屬板來製造引線框架100。圖7Β示意性地示出了作為功率半導體晶片且放置在晶片焊盤101上的半導體晶片10。在一個實施方式中，可將另外的功率半導體晶片放置在相同的晶片焊盤101上或放置在引線框架100的另外的晶片焊盤上，其沒有在圖7Β中示出。如圖7Α中所示，將半導體晶片10放置在晶片焊盤101上，其中它的第一主表面11面向晶片焊盤101。半導體晶片10可以具有在第一主表面上的第一電極17和在第二主表面12上的第二電極22。第一和第二電極17、22是負載電極。此外，如圖7Β中所示，半導體晶片10在它的第二主表面12上可具有第三電極18。第三電極18可以是控制電極。晶片焊盤101的頂面可以比半導體10的第一主表面11大。半導體晶片10被構造成功率電晶體，例如，功率MOSFET、IGBT, JFET或功率雙極電晶體，或功率二極體。在功率MOSFET或JFET的情形中，第一電極17是漏電極，第二電極22是源電極，並且第三電極18是柵電極。在IGBT的情形中，第一電極17是集電極，第二電極22是發射電極，和第三電極18是柵電極。在功率雙極電晶體的情形中，第一電極17是集電極，第二電極22是發射電極，和第三電極18是基極電極。在功率二極體的情形中，第一和第二電極17、22是陽極和陰極，並且不存在第三電極。在操作期間，可在第一和第二電極17,22之間施加高於5、50、100、500或1000V的電壓。
如圖7中所示，在加熱工藝之前，在第一電極17和晶片焊盤101之間布置焊料材料的第一層13。參考前述實施方式，以便避免重複。圖8A-8B示意性地示出了焊料材料的第二和第三層16、21，分別地將它們沉積在半導體晶片10的第二電極22的至少一部分上和第一引線102的上表面上。在已經在晶片焊盤101和半導體晶片10之間形成焊接接縫之前，沉積焊接材料的第二和第三層16、21。通過利用印刷、分配或如以前提及的任何其他適當的技術來沉積焊料材料的第二和第三層16、21。例如，焊料材料的第二和第三層16、21可具有等於或小於IOym,更具體地5μπι的厚度。在一個實施方式中，可利用鎳或銅或任何其他金屬或如上述提及的金屬合金的層來塗覆半導體晶片10的第二電極22和/或第一引線102的上表面，其允許在擴散焊接工藝中生產焊接接縫。另外，可將銀或金層沉積在該層上，銀或金層具有的厚度在10至200nm的範圍內。銀或金層阻止鎳或銅層(或上面提及的任何其他金屬層)的氧化。圖9A-9B示意性地示出了放置在第一引線102和半導體晶片10上的接觸夾25。接觸夾25具有面向半導體晶片10的第二電極22的第一接觸區域26和面向第一引線102的第二接觸區域27。可由如上面提及的金屬或金屬合金來製造接觸夾25。接觸夾25的形狀不限於任何大小或幾何形狀。接觸夾25可具有如圖9B中示例性示出的形狀，但是也可能是任何其他形狀。在一個實施方式中，接觸夾25具有範圍從100至200 μ m的厚度。可通過衝壓、打孔、擠壓、切割、鋸切、軋制或任何其他適當的技術來製作接觸夾25。可通過衝壓、打孔、蝕刻術或任何其他適當的技術來製造第一和第二接觸區域26、27。可利用如上述提及的鎳或銅或任何其他金屬或金屬合金的層來塗覆它們，其允許在擴散焊接工藝中生產焊接接縫。另夕卜，可將銀或金的層沉積在該層上，銀或金層的厚度的範圍是從10至200nm。銀或金層阻止鎳或銅層(或上述提及的任何其他金屬層)的氧化。圖9C示意性地示出了為了將焊料材 料的層13、16和21轉變成各自的擴散焊料結合層13a、16a和21a，同時將引入到爐子50中的圖9A-9B所示的配置和焊料材料的層13、16和21加熱到溫度T。特別是考慮到(沒有)外部壓力施加、熔爐停留時間、溫度、焊料材料、焊料材料沉積的方法、和擴散焊料結合厚度，可如上所述來完成熔爐工藝。圖10示出了根據一個實施方式的熔爐工藝。將承載件15和半導體晶片10，和可選地，接觸夾25，例如，如在圖1C、2B、3B、5B和9A-9B中所示的，稱為配置X。將配置X放置在運輸機31上。例如，可通過步進電動機來驅動運輸機31，並且在圖10中，在通過箭頭P指示的方向中移動配置X。在配置X放置在運輸機31上之後，配置X經過隧道式熔爐501。在隧道式熔爐501中，焊料材料的層13、16、21暴露於加熱，以便獲得最大的溫度T。如果使用連續工藝(即，利用恆定速度來驅動運輸機31)，則可通過運輸機31的速度來控制配置X在隧道式熔爐50_1中的停留時間，或如果使用半連續工藝，則通過運輸機在間歇的操作中停止期間的時間間隔來控制。停留時間應該足夠大，以便允許焊料材料到金屬間相的完全轉變，並且例如，可在30s到300s之間，或更具體地，在60s到120s之間。圖11示出了用於焊接配置X的另外的熔爐工藝的示意圖。這裡，將配置X放置在一個或更多個料鬥(magazines) 36中。隨後,可將料鬥36和可能地另外的料鬥36放置在或引入爐子50_2中。在爐子50_2中，類似於隧道式熔爐50_1，將焊料材料的層13、16、21暴露於加熱，以便獲得最大溫度T。在如上提及的停留時間消逝之後，從爐子50_2除去一個或更多料鬥36。儘管此處已經說明和描述了具體實施方式
，但是本領域技術人員應該理解，在不脫離本發明的範圍的情況下，多種替換和/或等價的實施方式可代替示出和描述的具體實施方式
。本申請旨在涵蓋此處討論的具體實施方式
的任何改變或變化。因此，僅僅用於通過權利要求及其等價物 來限制本發明。
權利要求
1.一種方法，包括: 提供具有第一主表面和第二主表面的半導體晶片； 將所述半導體晶片放置在承載件上，其中所述半導體晶片的所述第一主表面面向所述承載件，其中在所述第一主表面與所述承載件之間設置焊料材料的第一層； 將包括第一接觸區域的接觸夾設置在所述半導體晶片上，其中所述第一接觸區域面向所述半導體晶片的所述第二主表面，其中在所述第一接觸區域與所述第二主表面之間設置焊料材料的第二層；並且之後 將熱施加於焊料材料的所述第一層和所述第二層，從而由焊料材料的所述第一層形成第一擴散焊料結合層並且由焊料材料的所述第二層形成第二擴散焊料結合層。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述承載件包括引線框架。
3.根據權利要求1所 述的方法，其中，所述半導體晶片包括功率半導體晶片。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二擴散焊料結合層具有等於或小於10μ m的厚度。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，施加熱包括將所述承載件、所述半導體晶片和所述接觸夾放置在爐子中。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，當在所述爐子中時，不將外部壓力施加於所述承載件、所述半導體晶片和所述接觸夾。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，通過所述爐子施加於焊料材料的所述第一層和所述第二層的最大溫度在250°C到350°C之間。
8.根據權利要求5所述的方法，其中，焊料材料的所述第一層和所述第二層位於所述爐子中的停留時間在30秒到300秒之間。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述接觸夾的所述第一接觸區域和所述半導體晶片的所述第二主表面由相同的金屬材料構成。
10.根據權利要求9所述的方法,其中，所述金屬材料是Cu、N1、NiSn、Au、Ag、Pt、Pd、或這些金屬中的一種或多種的合金中的一種。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，所述接觸夾包括第二接觸區域並且所述承載件包括引線，所述方法進一步包括: 當將所述接觸夾放置在所述半導體晶片上時，將所述第二接觸區域放置在所述引線上，其中在所述第二接觸區域和所述引線之間設置焊料材料的第三層。
12.根據權利要求11所述的方法，進一步包括: 在將熱施加於焊料材料的所述第一層和所述第二層的同時，將熱施加於焊料材料的所述第三層，從而形成第三擴散焊料結合層。
13.根據權利要求1所述的方法，其中，焊料材料的所述第一層和所述第二層各自包括直徑在I到30 μ m之間的金屬顆粒。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，焊料材料的所述第一層和所述第二層中的至少一個包括大於80%含量的Sn。
15.根據權利要求1所述的方法，其中，焊料材料的所述第一層和所述第二層中的至少一個包括 Sn、SnAg> SnAu> In、InAgjP InAu 中的一種。
16.—種方法,包括:提供承載件； 將第一焊料沉積物施加於所述承載件； 將半導體晶片放置在所述第一焊料沉積物上； 將第二焊料沉積物施加於所述半導體晶片； 將接觸夾放置在所述第二焊料沉積物上；並且之後 將熱施加於所述第一焊料沉積物和所述第二焊料沉積物，從而在所述承載件、所述半導體晶片和所述接觸夾之間形成擴散焊料結合。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，施加熱包括將所述承載件、所述半導體晶片和所述接觸夾放置在爐子中。
18.一種方法，包括: 提供具有第一主表面和第二主表面的半導體晶片； 將所述半導體晶片放置在承載件上，其中所述半導體晶片的第一主表面面向所述承載件，其中在所述第一主表面和所述承載件之間設置焊料材料的第一層；以及 將所述承載件和所述半導體晶片放置到爐子中，從而將熱施加於焊料材料的所述第一層，從而在所述承載件與所述半導體晶片之間形成擴散焊料結合。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，通過所述爐子施加於焊料材料的所述第一層的最大溫度在250°C到350°C之間。
20.根據權利 要求18所述的方法，其中，焊料材料的所述第一層位於所述爐子中的停留時間在30秒到300秒之間。
21.根據權利要求18所述的方法，其中，當在所述爐子中時，不將外部壓力施加於所述承載件和所述半導體晶片。
22.—種半導體裝置，包括: 承載件； 安裝在所述承載件上的半導體晶片； 在所述承載件和半導體晶片之間的第一焊料結合層； 安裝在所述半導體晶片上的接觸夾；以及 在所述半導體晶片和所述接觸夾之間延伸的第二焊料結合層，其中所述第一焊料結合層和所述第二焊料結合層是擴散焊料結合併且所述第一焊料結合層和第二焊料結合層各自具有等於或小於10 μ m的厚度。
23.根據權利要求22所述的半導體裝置，其中，所述第一焊料結合層和所述第二焊料結合層的厚度等於或小於5 μ m。
24.根據權利要求22所述的半導體裝置，其中，所述第一焊料結合層和所述第二焊料結合層中的至少一個包括大於80%含量的Sn。
25.—種半導體裝置，包括: 承載件； 安裝在所述承載件上的半導體晶片；和 在所述承載件和半導體晶片之間延伸的第一焊料結合層，其中所述第一焊料結合層是擴散焊料結合併且具有等於或小於10 μ m的厚度。
全文摘要
本發明涉及半導體裝置及其方法。該方法包括提供具有第一主表面和第二主表面的半導體晶片。以半導體晶片的第一主表面面向承載件的形式，將半導體晶片放置在承載件上。在第一主表面和承載件之間設置焊料材料的第一層。以第一接觸區域面向半導體晶片的第二主表面的方式，將包括第一接觸區域的接觸夾放置在半導體晶片上。在第一接觸區域和第二主表面之間設置焊料材料的第二層。其後，將熱量施加於焊料材料的第一層和第二層，從而在承載件、半導體晶片和接觸片之間形成擴散焊料結合。
文檔編號H01L23/488GK103247545SQ20131004918
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月7日 優先權日2012年2月8日
發明者拉爾夫·奧特倫巴, 林峰, 阿卜杜爾·拉赫曼·穆罕默德, 張翠薇, 艾達·菲舍巴赫, 克薩韋爾·施勒格爾, 于爾根·施雷德爾, 約瑟夫·赫格勞爾 申請人:英飛凌科技股份有限公司