半導體晶片的金屬化源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法

2023-10-09 17:43:09

專利名稱：半導體晶片的金屬化源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法
半導體晶片的金屬化源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法
背景技術：
本發明涉及一種半導體封裝的製作方法，特別是指一種半導體晶片的金 屬化源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法。特別說明，本發明方法和本
申請人的另一相關美國專利申請案同時處於申請待審中，請參考於公元2005 年9月13日遞交的，申請號為第11/226， 913號的，題目為"具有內連接層 板之半導體封裝(Semiconductor Package Having Plate Interconnections)"的美 國專利所公開的內容。
傳統上，半導體裝置不是藉由內連接層板就是藉由打線接合的方式連接 到導線架。鈳如，美國專利第5，821，611號公井一種半導體組件，其包含有第 一導線、半導體晶片單元以及複數個額外的導線，其中第一導線具有尖端部 與島部，半導體晶片單元則利用焊接層安裝於第一導線的島部上，並具有多 個電極凸塊而突出遠離該島部，而每條額外的導線都具有尖端，這些尖端透 過個別的焊鍍而連接至電極凸塊，並且，額外的導線至少包含有第二導線與 第三導線。前述導線會在加熱爐中和電極凸塊形成合金，且焊接凸塊可能會 在加熱過程中延展開來並形成不可預期的形狀。
美國專利第6,040,626號公開了一種半導體封裝，其是使用混合的連接部 位在包含低電阻的層板部位的氧化半導體場效電晶體(MOSFET)的上表面 以及金屬打線之間，分別用以連接至源極與柵極。然而，在打線過程中，金 屬打線可能會由於組件的介電層受損而導致組件發生電流短路。
美國專利第6，249，041號則公開了一種使用直接連接導線的半導體封裝。 一半導體裝置包含有半導體晶片，此半導體晶片上表面或下表面具有多個接
觸區域，另外，第一導線組件是由導電材料的半硬式層板所形成，其具有一 導線組件接點貼附於半導體晶片的多個接觸區域之一，且第一導線組件也具 有至少一個導線連接導線組件並從導線組件接點延伸而出。此外，第二導線組件也是由導電材料的半硬式層板所形成，其具有一導線組件接點貼附於半 導體晶片的另一個接觸區域，且第二導線組件也具有至少一個導線連接導線 組件並從導線組件接點延伸而出。並以封膠封住半導體晶片、第一導線組件 的導線組件接點與第二導線組件的導線組件接點。由於導線組件是直接連接 到半導體晶片，使得半導體裝置的封裝具有低的電阻與熱阻。而導線組件接 觸區域是藉由導電黏著層來和半導體晶片上的導線接觸區域相連接，且導電 黏著層可為銀填充膠、或聚亞醯胺膏、或焊接凸塊。另外，假如有所需要的 話，亦可以將此導電黏著層在烘箱中進行烘烤，而導電黏著層並不包括軟焊 料或焊膏。
美國專利第6,479,888號公開了另一種使用直接連接導線的半導體封裝。 一 MOSFET包含有複數個內導線，這些內導線是電性連接至半導體圓球的表 面電極的主要表面，該主要表面上設有場效應電晶體。並且，藉由多個凸塊 所構成的柵極連接部位與源極連接部位，使這些內導線可機械連接以及電性 連接至所述的主要表面。
為了減少焊接凸塊的需求，因而有必要去尋求該技術領域中對於^屬化 源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法。並且，也有必要尋求一種半導體 封裝結構，其具有鎳/金金屬化區域，可以用來限制焊接過程中所造成的焊料 過溢。再者，也有必要尋求一種半導體封裝過程，藉以獲得生產力的提升。 另外，也有必要尋求一種半導體封裝方法，來提供功率半導體裝置上的圖案 化層板的軟接合製作。還有必要尋求一一中具有外露的源極層板的半導體封裝 結構。還有必要尋求一種可縮減電阻的半導體封裝結構。此外，更有必要尋 求一種可提升散熱特性的半導體封裝結構。還有必要尋求一種可提升機械特 性的半導體封裝結構。

發明內容
本發明提供一種具有鎳/金金屬化源極、柵極與漏極的半導體裝置的封裝 方法，藉以大體上解決先前技術存在的種種困難與限制。本發明所提供的方 法改善了金屬化源極、柵極與漏極區域的焊接與接合。
根據本發明的一個方面所提供的一種半導體晶片的金屬化源極、柵極與 漏極接觸區域的晶圓級方法，其步驟包括有(a)將鎳植入至半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域，及(b)在完成步驟(a)之後，植入金至半導 體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域。
根據本發明的另一方面所提供的一種半導體封裝，其包括有導線架、半 導體晶片、圖案化源極連接部位、圖案化柵極連接部位及封膠，其中導線架 具有漏極導線、源極導線與柵極導線，半導體晶片連接於導線架，半導體芯 片具有鎳/金金屬化源極、柵極與漏極接觸區域，且該鎳/金金屬化源極、柵 極與漏極接觸區域是藉由前述本發明提供的半導體晶片的金屬化源極、柵極 與漏極接觸區域的晶圓級方法所形成的。並且，圖案化源極連接部位是連接 源極導線與半導體晶片鎳/金金屬化源極接觸區域，圖案化柵極連接部位是連 接柵極導線與半導體晶片鎳/金金屬化柵極接觸區域。另外，半導體晶片鎳/ 金金屬化漏極接觸區域是連接至漏極導線，而封膠則覆蓋至少一部分的半導 體晶片以及漏極導線、源極導線與柵極導線。
根據本發明的又一方面所提供的一種半導體封裝，其具有柵極夾持部， 且該柵極夾持部卡鎖於半導體晶片鎳/金金屬化柵極鈍化區域，此半導體封裝 包含有導線架、半導體晶片、源極夾持部及封膠，其中導線架具有漏極導線、 源極導線與柵極導線，半導體晶片連接於導線架，半導體晶片具有鎳/金金屬 化源極與柵極接觸區域，且鎳/金金屬化源極與柵極是藉由前述的本發明提供 的半導體晶片的金屬化源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法所形成的。 至於源極夾持部是連接源極導線至半導體晶片鎳/金金屬化源極接觸區域，半 導體晶片漏極接觸區域是連接至漏極導線，而封膠是覆蓋至少一部分的半導 體晶片以及漏極導線、源極導線與柵極導線。並且，其中柵極夾持部上形成 一開孔，並通過該開孔使得柵極夾持部連接柵極導線至半導體晶片鎳/金金屬 化柵極接觸區域。
以上概略地與寬廣地描述了本發明，而有關本發明的更多特徵可由下述 的詳細說明進行更進一步的了解，並使本發明對於此技術領域的貢獻更被突 顯出來。當然，本發明的其它特徵也將在下文作詳細說明，並構成本發明的 權利要求。
就這方面而言，在詳細解釋本發明的至少一個實施例之前，必須了解本 說明書中的後述內容及附圖，僅為詳細說明笨發明的實施方式和具體流程， 並非用以限定本發明。本發明能夠以各種方式的實施例來實行與實現。並且，必須了解在此所使用的措詞與用語，乃是和摘要相同地，其內容僅是為了說 明本發明的目的，並不應該視為一種限制。
也就是說，任何熟習本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍 內，均可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當視權利要求所界 定的為準。


圖1是本發明提供的半導體封裝的結構示意圖2是本發明圖1所示的半導體封裝沿著剖面線A-A的剖面示意圖； 圖3是本發明圖1所示的半導體封裝沿著剖面線B-B的剖面示意圖； 圖3A是本發明的圖案化柵極連接部位位於金屬化柵極區域的示意圖； 圖3B是本發明的柵極卡鎖的示意圖3C是本發明圖1所示的半導體封裝具有另一種金屬化柵極區域的示 意圖4是本發明圖1所示的半導體封裝的局部示意圖5是本發明圖1所示的半導體封裝的另一幅局部示意圖6是本發明所提供的半導體封裝的另一實施例的結構示意圖7是本發明圖6所示的半導體封裝沿著剖面線A-A的剖面示意圖8是本發明圖6所示的半導體封裝沿著剖面線B-B的剖面示意圖9是本發明圖6所示的半導體封裝的局部示意圖IO是本發明所提供的半導體封裝的另一實施例的結構示意圖11是本發明圖10所示的半導體封裝沿著剖面線A-A的剖面示意圖12是本發明圖IO所示的半導體封裝沿著剖面線B-B的剖面示意以及
圖13是本發明中用以形成鎳/金上鍍層方法的流程圖。
具體實施例方式
以下詳細說明目前本發明的最佳實施例。此詳細說明並不會導致一種限 制，其目的僅僅作為說明本發明的基本原理。本發明的保護範圍是由權利要 求所界定的為準。本發明主要提供一種用於提供半導體裝置的封裝方法，此半導體裝置封
裝是在導線架的源極與柵極接觸區域之間設有多個連接層板，並具有功率半
導體裝置金屬化源極與柵極區域。此金屬化源極與柵極區域最好為鎳/金施鍍
或濺鍍的表面。而金屬化源極與柵極區域可改善連接層板並能減少過度接合
的狀況，可防止在接合過程期間經常會因為介電層受損所導致的短路問題。
金屬化源極與柵極區域更可減少焊接凸塊與膠合黏著層的需求，而可以使用 軟焊料與焊膏來連接每個連接層板至金屬化源極與柵極區域。
在本發明的第一部分中，請參考圖1 圖5， 一種半導體封裝100可包括 導線架105，且導線架105具有漏極接觸區域107、源極接觸區域110與柵極 接觸區域115。另外，功率半導體晶片120可具有一金屬化漏極區域(圖中 未標示)，且該金屬化漏極區域是藉由回流焊接的方式連接到漏極接觸區域 107的。
金屬化半導體源極與柵極區域可以藉由鎳/金施鍍或濺鍍的方法來形成。 請參照圖3A，金屬化柵極區域160可以為環形結構，且發現此環形金屬化柵 極區域160的優點是，可以在回流婷接期間將軟婷豐鬥與諄膏限制在環形金屬 化柵極區域160的範圍內，因此，將可以減少預期之外的形狀與短路的狀況 發生。
圖案化源極層板125可包括外露部位127與內部部位130。該內部部位 130可連接到源極接觸區域110，外露部位127可露出在封膠135的外側。另 外，圖案化源極層板125可藉由回流焊接的方式，使用軟焊料或焊膏來連接 到金屬化源極區域，且金屬化源極區域可覆蓋在功率半導體晶片120上表面 的大部分區域，用以改善散熱並減少電阻與電感。
圖案化柵極層板137可連接金屬化柵極區域140到導電架的柵極接觸區 域115，圖案化柵極層板137可包含孔洞165，此孔洞165形成在圖案化柵極 層板的末端167。球形鎖155可以在回流焊接期間形成，用以提供圖案化柵 極層板137的機械穩定性(請見圖3B)。本發明的一方面，可以在回流焊接 期間將軟焊料設置在孔洞165中，金屬化柵極區域160可以提供一個供焊料 接合的表面，而將焊料流體限制在環形區域內。
請參照圖3C，顯示了另一種金屬化柵極區域170,其包含有十字形區域。
根據本發明的另一個方面，以及如圖6 圖9所示，其半導體封裝600可包含導線架605，且導線架605具有漏極接觸區域607、源極接觸區域610 與柵極接觸區域615。另外，功率半導體晶片620可具有一金屬化漏極區域 (圖中未標示)，其連接到漏極接觸區域607。
金屬化半導體源極與柵極區域可以藉由鎳/金施鍍或濺鍍的方法來形成。 圖案化源極層板625可包括外露部位627與內部部位630。該外露部位627 可露出在封膠635的外側。另外，圖案化源極層板625可藉由回流焊接方式， 使用軟焊料或焊膏來連接到金屬化源極區域。
圖案化柵極層板637可連接金屬化柵極區域640到導電架的柵極接觸區 域，且圖案化柵極層板637可藉由回流焊接方式，使用軟焊料或焊膏來連接 到金屬化柵極區域640，用以提供圖案化柵極層板637的機械穩定性。
在本發明的另一方面中，請參照圖10 圖12所示，其半導體封裝IOOO 可包含有導線架1005,且導線架1005具有漏極接觸區域1007、源極接觸區 域1010與柵極接觸區域1015。另外，功率半導體晶片1020可具有一金屬化 漏極區域(圖中未標示)，其藉由回流焊接的方式連接到漏極接觸區域1007。
半導體源極與柵極金屬化區域可以藉由鎳/金施鍍或濺 1方法來形成。 圖案化源極層板1025可包括外露部位1027與內部部位1030。該外露部位 1027可露出在封膠1035的外側。另外，圖案化源極層板1025可藉由回流焊 接方式，使用軟焊料或焊膏來連接到金屬化源極區域。
圖案化柵極層板1037可連接金屬化柵極區域1040到導電架柵極接觸區 域。該圖案化柵極層板1037可包含一卡扣部位1039，用以連接到金屬化柵 極區域1040。且圖案化柵極層板1037可藉由回流焊接方式，使用軟焊料或 焊膏來連接到金屬化柵極區域1040，用以提供圖案化柵極層板1037的機械 穩定性。
本發明優越地使用了鎳/金金屬化源極、柵極與漏極接觸區域，鎳/金提 供了圖案化源極層板與圖案化柵極層板間的連接改善，並讓源極、漏極與柵 極的金屬化製作過程可藉由一個鎳/金的製作過程獲得簡化，從而幫助生產力 的提升。
另外，此鎳/金製作過程提供了位於源極、漏極與柵極金屬化區域上的鎳 鍍層，以及提供了金鍍層去保護鎳鍍層。同時，為了避免鎳不會擴散到鋁的 源極、漏極與柵極接觸區域，會利用包含鎳/鋁的介金屬層去提供一個高密度鍍層給可能被焊接的圖案化源極與柵極連接部位。
請參照圖13，其顯示了用以在一晶圓上的源極、漏極與柵極接觸區域形 成鎳/金上鍍層的方法1300，其首先包含步驟1310，將晶圓經過鈍化清洗。 然後，可於步驟1320中，將晶圓經過鹼洗。接著，可於步驟1330中，對於 晶圓進行加鋁脫氧的過程。之後，可於步驟1340中，將晶圓經過酸鍍鋅的步 驟，以鋅的薄層披覆於源極、漏極與柵極接觸區域上。然後，還可於步驟1350 中，進行自身催化鍍鎳。並可於步驟1360中，將晶圓浸鍍於一金/硫化物的 浸鍍液中，以在鎳鍍層上形成金鍍層。
本發明優越地提供了一種金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區 域的晶圓級方法。而金屬化源極與柵極接觸區域則提供了連接層板的改善並 能減少過度接合的狀況，可防止在接合過程期間經常會因為介電層受損所導 致的短路問題。金屬化源極與柵極區域更可減少焊接凸塊與膠合黏著層的需 求，而可以使用軟焊料與焊膏來連接每個層板至金屬化源極與柵極區域。
雖然本發明的實施例描述如上，但是其並非用以限定本發明。在不脫離 本發明的精神和範圍內，任柯的更改與滴飾，均屬本發明的專利保護範圍。 關於本發明所界定的保護範圍請參考所附的權利要求。
權利要求
1. 一種金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法，其特徵在於，包含步驟(a)植入鎳至該半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域；及(b)在完成步驟(a)之後，植入金至該半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域。
2. 如權利要求1所述的金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域的晶 圓級方法，其特徵在於，在步驟(a)及步驟(b)之前，還包含一鈍化清 洗的步驟。
3. 如權利要求1所述的金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域的晶 圓級方法，其特徵在於，在步驟(a)及步驟(b)之前，還包含一鹼洗的
4. 如權利要求1所述的金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域的晶 圓級方法，其特徵在於，在步驟(a)及步驟(b)之前，還包含一加鋁脫 氧的步驟。
5. 如權利要求1所述的金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域的晶 圓級方法，其特徵在於，在步驟(a)及步驟(b)之前，還包含一酸鍍鋅 的步驟。
6. —種半導體封裝，其特徵在於，包含一導線架，具有一漏極導線、 一源極導線與一柵極導線； 一半導體晶片，與導線架連接，該半導體晶片具有根據權利要求1所述的方法所形成的鎳/金金屬化源極、柵極與漏極接觸區域；一圖案化源極連接部位，連接該源極導線與該半導體晶片鎳/金金屬化源極接觸區域；一圖案化柵極連接部位，連接該柵極導線與該半導體晶片鎳/金金屬化柵極接觸區域；一半導體晶片鎳/金金屬化漏極接觸區域，連接該漏極導線；及 一封膠，覆蓋至少一部分所述的半導體晶片以及所述的漏極導線、源極導線與柵極導線。
7. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化源極連接部 位的其中一部分是穿過封膠曝露出來的。
8. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化柵極連接部 位包含一開口，且圖案化柵極連接部位通過該開口焊接於該金屬化柵極接 觸區域。
9. 如權利要求8所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的焊接所使用的焊料 在圖案化柵極連接部位的頂部形成一卡鎖。
10. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化柵極連接部 位與圖案化源極連接部位是分別焊接至金屬化柵極接觸區域與金屬化源 極接觸區域上。
11. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化柵極連接部 位的一端包含一卡扣部位。
12. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化柵極連接部 位的一端包含一平板部位。
13. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的金屬化柵極接觸區 域包含一環形金屬化接觸區域。
14. 如權利要求6所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的漏極導線的末端部分是穿過封膠曝露出來的。
15. —種半導體封裝，其特徵在於，包括一導線架，具有一漏極導線、 一源極導線與一柵極導線； 一半導體晶片，與導線架連接，該半導體晶片具有根據權利要求1所述的方法所形成的鎳/金金屬化源極、柵極與漏極接觸區域；一圖案化源極連接部位，連接所述的源極導線與半導體晶片鎳/金金屬化源極接觸區域，且該圖案化源極連接部位是焊接到所述半導體晶片鎳/金金屬化源極接觸區域上的；一圖案化柵極連接部位，連接所述的柵極導線與半導體晶片鎳/金金屬化柵極接觸區域，且該圖案化柵極連接部位是焊接到所述半導體晶片鎳/金金屬化柵極接觸區域；一半導體晶片漏極接觸區域，連接所述的漏極導線；及一封膠，覆蓋至少一部分所述的半導體晶片以及所述的漏極導線、源極導線與柵極導線。
16. 如權利要求15所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化源極連接 部位的其中一部分是穿過封膠曝露出來的。
17. 如權利要求15所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化柵極連接 部位包含一開口，且圖案化柵極連接部位通過該開口焊接於所述的鎳/金 金屬化柵極接觸區域。
18. 如權利要求n所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的焊接所使用的焊 料在圖案化柵極連接部位的頂部形成一卡鎖。
19. 一種半導體封裝，具有一柵極夾持部，且該柵極夾持部是鎖固於一半導體晶片鎳/金金屬化柵極鈍化區域，該半導體封裝包含一導線架，具有一漏極導線、 一源極導線與一柵極導線；一半導體晶片，與導線架連接，該半導體晶片具有根據權利要求1所述的方法所形成的鎳/金金屬化源極、柵極與漏極接觸區域；一源極夾持部，連接所述的源極導線至半導體晶片鎳/金金屬化源極 接觸區域；一半導體晶片漏極接觸區域，連接所述的漏極導線；一封膠，覆蓋至少一部分所述的半導體晶片以及所述的漏極導線、源極導線與柵極導線；及在所述的柵極夾持部上形成一開孔，該柵極夾持部通過該開孔，連接柵極導線至半導體晶片鎳/金金屬化柵極接觸區域。
20. 如權利要求19所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的圖案化源極連接 部位的其中一部分是穿過封膠曝露出來的。
21. 如權利要求19所述的半導體封裝，其特徵在於，所述的柵極夾持部與源 極夾持部分別焊接至所述的鎳/金金屬化柵極接觸區域與鎳/金金屬化源極 接觸區域上，且焊接該柵極夾持部所使用的焊料形成一卡鎖。
全文摘要
本發明涉及一種金屬化半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域的晶圓級方法，其包含有步驟(a)植入鎳至半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域，並在完成步驟(a)之後，進行步驟(b)植入金至半導體晶片的源極、柵極與漏極接觸區域。另外，本發明也涉及一種半導體封裝結構，其包含有數個內連接層板，設置於導線架的數條導線與數個金屬化鈍化區域之間。
文檔編號H01L21/50GK101443895SQ200680035632
公開日2009年5月27日 申請日期2006年9月30日 優先權日2005年9月30日
發明者何約瑟, 明 孫 申請人:萬國半導體股份有限公司