DE102008028072A1

DE102008028072A1 - Halbleitergerät

Info

Publication number: DE102008028072A1
Application number: DE200810028072
Authority: DE
Inventors: Jens Pohl; Markus Brunnbauer; Irmgard Escher-Poeppel; Thorsten Meyer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: US8071428B2; US20090155956A1; CN101339927A; DE102008028072B4; US8829663B2; US20090008793A1

Abstract

Es ist ein Gerät beschrieben, das einen ersten Halbleiterchip, eine Pressmassenschicht, welche den ersten Halbleiterchip einbettet, eine erste elektrisch leitfähige Schicht, welche auf die Pressmassenschicht aufgebracht ist, ein Durchgangsloch, welches in der Pressmassenschicht angeordnet ist, und ein Lötmaterial, welches das Durchgangsloch füllt, aufweist.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Diese Offenbarung betrifft Halbleitergeräte und Verfahren zum Herstellen von Halbleitergeräten.
Zur hochgradigen Systemintegration ist es nützlich, integrierte Schaltungen, Sensoren, mikromechanische Vorrichtungen oder andere Geräte übereinander zu stapeln. Um imstande zu sein, die gestapelten Geräte elektrisch zu verbinden, könnte es nützlich sein, dass mindestens einige der gestapelten Geräte mit elektrisch leitfähigen Durchführungen von ihrer Oberseite zu ihrer Unterseite versehen sind.
Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf an der vorliegenden Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sind zum Bereitstellen eines weitergehenden Verständnisses der vorliegenden Erfindung eingeschlossen und sind in diese Beschreibung eingegliedert und bilden ein Teil davon. Die Zeichnungen stellen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch besseres Verständnis unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung ohne weiteres ersichtlich. Die Elemente sind in Bezug zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende gleichartige Teile.
1 stellt schematisch ein Gerät 100-1 als beispielhafte Ausführungsform dar.
2 stellt schematisch ein Gerät 100-2 als beispielhafte Ausführungsform dar.
3 stellt schematisch ein Gerät 100-3 als beispielhafte Ausführungsform dar.
4A stellt schematisch zwei gestapelte Geräte 100-3 dar.
4B stellt schematisch zwei verschiedene Draufsichten des Geräts 100-3 dar.
5A bis 5L stellen schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Geräts 100-3 dar.
6A bis 6K stellen schematisch ein weiteres Verfahren zum Herstellen des Geräts 100-3 dar.
7A bis 7J stellen schematisch wiederum ein anderes Verfahren zum Herstellen des Geräts 100-3 dar.
8A bis 8C stellen Fotografien von Querschnitten durch eine Pressmassenschicht mit leitfähigen Durchgangslochkontakten als beispielhafte Ausführungsform dar.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die ein Teil hiervon bilden und in denen spezifische Ausführungsformen veranschaulichend gezeigt sind, in denen die Erfindung implementiert sein kann. In dieser Hinsicht ist eine richtungsangebende Terminologie, wie etwa „Ober-", „Unter-", „Vorderseite", „Rückseite", „vorder-", „hinter-" usw., unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) benutzt. Da Bestandteile von Ausführungen der vorliegenden Erfindung in mehreren verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein können, ist die richtungsangebende Terminologie zu Veranschaulichungszwecken und keineswegs einschränkend benutzt. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen angewendet werden können und bauliche oder logische Anderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
In der folgenden Offenbarung werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen durchweg zur Bezugnahme auf gleichartige Elemente benutzt sind, und wobei die verschiedenen Strukturen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. In der folgenden Beschreibung sind zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um für ein gründliches Verständnis von einem oder mehreren Aspekten von Ausführungsformen der Erfindung zu sorgen. Es könnte für den Fachmann jedoch offensichtlich sein, dass einer oder mehrere Aspekte der Ausführungsformen der Erfindung mit einem geringeren Ausmaß an diesen spezifischen Details ausgeführt sein kann bzw. können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Geräte in Blockdiagrammform dargestellt, um die Beschreibung von einem oder mehreren Aspekten der Ausführungsformen der Erfindung zu ermöglichen. Die folgende Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzumfang der Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
Untenstehend sind Geräte mit einem in einer Pressmasse eingebetteten Halbleiterchip beschrieben. Die Halbleiterchips können äußerst unterschiedlicher Art sein und beispielsweise integrierte elektrische oder elektrooptische Schaltungen enthalten. Die Halbleiterchips können als MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems; mikroelektromechanische Systeme) ausgestaltet sein und Mikromechanikstrukturen enthalten, wie etwa Brücken, Membranen oder Zungenstrukturen. Die Halbleiterchips können als Sensoren oder Aktoren, z. B. Drucksensoren, Beschleunigungssensoren, Drehsensoren, Mikrofone usw., gestaltet sein. Halbleiterchips, in denen derartige Funktionselemente eingebettet sind, enthalten im Allgemeinen elektronische Schaltungen, die zum Antreiben der Funktionselemente dienen oder Signale weiter verarbeiten, die von den Funktionselementen erzeugt werden. Die Halbleiterchips müssen nicht aus spezifischem Halbleitermaterial hergestellt sein und können außerdem anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
Die Halbleiterchips können Kontaktstellen (Kontaktflächen) aufweisen, die es ermöglichen, elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterchip herzustellen. Die Kontaktstellen können aus jeglichem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, beispielsweise aus einem Metall, wie etwa Aluminium, Gold oder Kupfer, einer Metalllegierung oder einem elektrisch leitfähigen organischen Material. Die Kontaktstellen können sich auf den Aktivflächen der Halbleiterchips oder auf anderen Flächen der Halbleiterchips befinden.
Zu den im Folgenden beschriebenen Geräten gehört eine Pressmassenschicht, die mindestens Teile der Halbleiterchips bedeckt. Die Pressmassenschicht kann jegliches zweckdienliche thermoplastische oder wärmehärtende Material sein. Es können verschiedene Techniken zum Bedecken der Halbleiterchips mit der Pressmassenschicht eingesetzt werden, z. B. Pressen oder Spritzgießen. Die Pressmasse kann beispielsweise eine Hauptfläche und Seitenflächen des Halbleiterchips umgeben. Die Pressmassenschicht kann derart über den Halbleiterchip hin aus verlaufen, dass die Abmessungen einer Hauptfläche der Pressmassenschicht größer als die Abmessungen einer Hauptfläche des Halbleiterchips sein können.
Eine erste elektrisch leitfähige Schicht kann auf die Pressmassenschicht aufgebracht sein. Die erste elektrisch leitfähige Schicht kann zum elektrischen Koppeln von Kontaktstellen der Halbleiterchips an externe Kontakte benutzt werden. Die erste elektrisch leitfähige Schicht kann eine Umverteilungsschicht (Umverdrahtungsschicht) oder ein Teil davon sein. Die erste elektrisch leitfähige Schicht kann mit einer gewünschten geometrischen Form und jeglicher gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt sein. Die erste elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise aus linearen Leiterbahnen gebildet sein oder besondere Formen aufweisen, beispielsweise zum Ausbilden von Induktionsspulen, kann jedoch außerdem in Form einer Schicht sein, die einen Bereich abdeckt. Jegliches elektrisch leitfähige Material, wie etwa Metalle, beispielsweise Aluminium, Gold oder Kupfer, Metalllegierungen oder organische Leiter, kann als Material benutzt werden. Die erste elektrisch leitfähige Schicht muss nicht homogen oder aus nur einem Material hergestellt sein, d. h. es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der Materialien, die in der ersten elektrisch leitfähigen Schicht enthalten sind, möglich. Die erste elektrisch leitfähige Schicht kann über oder unter oder zwischen dielektrischen Schichten angeordnet sein. Außerdem kann vorgesehen sein, dass mehrere erste elektrisch leitfähige Schichten beispielsweise übereinander gestapelt sind, um Leiterbahnen zu erzielen, die einander überkreuzen.
Es können Durchgangslöcher in der Pressmassenschicht angeordnet sein, die von einer Hauptfläche der Pressmassenschicht zu ihrer anderen Hauptfläche oder von einer Hauptfläche des Geräts zu seiner anderen Haupt fläche verlaufen können. Die Durchgangslöcher können durch mechanisches Bohren, Laserstrahlbohren, Ätzverfahren, Stanzverfahren oder jegliches andere zweckdienliche Verfahren erzeugt sein. Das Streckungsverhältnis (Aspektverhältnis) der Durchgangslöcher, also das Verhältnis ihrer Breite zu ihrer Länge, kann im Bereich von 1:1 bis 1:5 und insbesondere von 1:2 bis 1:4 liegen. Die Breite der Durchgangslöcher kann im Bereich zwischen 50 bis 500 μm und insbesondere im Bereich zwischen 100 und 200 μm liegen. Die Länge der Durchgangslöcher kann im Bereich zwischen 100 und 1000 μm und insbesondere im Bereich zwischen 500 und 800 μm liegen.
Die Pressmassenschicht kann ein Füllmaterial enthalten, das aus kleinen Glaspartikeln (SiO₂) oder anderen, elektrisch isolierenden Füllmaterialien, wie etwa Al₂O₃, oder organischen Füllmaterialien besteht. Die verwendete Korngröße des Füllmaterials kann von der Breite der Durchgangslöcher abhängen, die in der Pressmassenschicht erzeugt werden sollen. Für Durchgangslöcher mit einer Breite im Bereich von 100 μm oder kleiner kann eine Korngröße von 10 μm oder weniger verwendet sein. Für Durchgangslöcher mit einer Breite über 100 μm kann eine durchschnittliche Korngröße von ungefähr 20 bis 30 μm verwendet sein.
Die Durchgangslöcher können mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgekleidet sein. Für diese Schicht können elektrisch leitfähige Materialien, wie etwa Metalle, beispielsweise Aluminium, Gold oder Kupfer, Metalllegierungen oder organische Leiter, als Material benutzt werden. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht kann außerdem aus verschiedenen Einzelschichten bestehen, beispielsweise einer titan- oder palladiumbasierten Keimschicht, einer Kupferschicht und einer Oberflächenausführung aus Nickel und Gold. Andere Schichtvariationen sind möglich. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht kann eine Stärke im Bereich zwischen 0,2 und 75 μm und insbesondere im Bereich zwischen 1 und 10 μm aufweisen. Die zweite elektrisch leitfähige Schicht, die auf den Oberflächen der Durchgangslöcher abgeschieden ist, bildet einen vertikalen Kontakt aus, der eine Hauptfläche der Pressmassenschicht mit ihrer anderen Hauptfläche verbindet. Nach der Erzeugung der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht können die Durchgangslöcher mit Lötmaterial oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material gefüllt werden. Das Lötmaterial kann aus Metalllegierungen hergestellt sein, die beispielsweise aus den folgenden Materialien gebildet sind: SnPb, SnAg, SnAgCu, SnAgCuNi, SnAu, SnCu und/oder SnBi. Das Lötmaterial kann bleifrei sein. Alternativ könnten die Durchgangslöcher nicht mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet sein, sind jedoch mit dem Lötmaterial gefüllt. Gemäß wiederum einer anderen Alternative können die Durchgangslöcher mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet sein, bleiben aber ungefüllt oder können mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt oder beschichtet sein. Zum Korrosionsschutz kann die zweite elektrisch leitfähige Schicht mit einer korrosionsbeständigen Metallschicht beschichtet sein, wie etwa einer NiAu-Oberfläche. Das Füllen oder Beschichten der Durchgangslöcher mit einem zweckdienlichen Material kann dabei helfen, die zweite elektrisch leitfähige Schicht vor Korrosion zu schützen.
Eine dritte elektrisch leitfähige Schicht kann auf die Oberfläche der Pressmassenschicht gegenüber der Oberfläche aufgebracht sein, auf der die erste elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht ist. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht kann mit jeglicher gewünschten. geometrischen Form und jeglicher gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht kann beispielsweise aus linearen Leiterbahnen oder besonderen Formen, beispielsweise zum Ausbilden von Induktionsspulen, gebildet sein, kann jedoch außerdem in Form einer Schicht sein, die einen Bereich abdeckt. Jegliches elektrisch leitfähige Material, wie etwa Metalle, beispielsweise Aluminium, Gold oder Kupfer, Metalllegierungen oder organische Leiter, kann als Material benutzt werden. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht kann mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht und/oder dem Lötmaterial, das in den Durchgangslöchern angeordnet ist, in Kontakt stehen. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht kann es ermöglichen, den Halbleiterchip von der Oberseite des Geräts zu kontaktieren.
1 stellt schematisch ein Gerät 100-1 gemäß einer Ausführungsform dar. Ein erster Halbleiterchip 101 ist in einer Pressmassenschicht 102 eingebettet. Die Pressmassenschicht 102 kann über beide Seiten der größeren Abmessung des Halbleiterchips 100 hinaus verlaufen. Ein Durchgangsloch 103 befindet sich in der Pressmassenschicht 102 und kann von einer Hauptfläche 104 der Pressmassenschicht 102 zu ihrer anderen Hauptfläche 105 verlaufen. Das Durchgangsloch 103 ist mit einem Lötmaterial 106 gefüllt. Eine erste elektrisch leitfähige Schicht 107 ist auf die Pressmassenschicht 102 aufgebracht. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 107 kann durch eine oder mehrere Leiterbahnen ausgeführt sein. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 107 kann eine Kontaktstelle 108 des ersten Halbleiterchips 101 elektrisch an das Lötmaterial 106 koppeln, das in dem Durchgangsloch 103 angeordnet ist. Die Oberfläche des ersten Halbleiterchips 101, auf der sich die Kontaktfläche 108 befindet, kann die aktive Hauptfläche des ersten Halbleiterchips 101 sein. Eine dielektrische Schicht 109 kann zwischen der aktiven Hauptfläche des ersten Halbleiterchips 101 und der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 107 vorgesehen sein. Die dielektrische Schicht 109 ist an der Position der Kontaktstelle 108 geöffnet, um zu ermöglichen, dass eine Verbindung zwischen der Kontaktstelle 108 und der Leiterbahn 107 hergestellt wird.
2 stellt schematisch ein Gerät 100-2 gemäß einer weiteren Ausführungsform dar. Das Gerät 100-2 ist in vieler Hinsicht mit dem Gerät 100-1, das in 1 dargestellt ist, identisch. Im Gegensatz zu dem Gerät 100-1 muss das Durchgangsloch 103 des Geräts 100-2 jedoch nicht notwendigerweise mit einem Lötmaterial gefüllt sein. Anstelle des Lötmaterials kann das Durchgangsloch 103 ungefüllt sein oder kann mit einem anderen Material 106 gefüllt sein, insbesondere einem elektrisch isolierenden Material. Ferner ist die Oberfläche des Durchgangslochs 103 mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 110 beschichtet. Die erste und zweite elektrisch leitfähige Schicht 107 und 110 können miteinander verbunden sein.
3 stellt schematisch ein Gerät 100-3 dar, das eine Entwicklung der Geräte 100-1 und 100-2 ist, die in 1 und 2 dargestellt sind. Das Gerät 100-3 ist mit einer dritten elektrisch leitfähigen Schicht 111 ausgestattet, die über der Hauptfläche 104 der Pressmassenschicht 102 angeordnet ist. Die dritte elektrisch leitfähige Schicht 111 ist mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 110, die die Oberfläche des Durchgangslochs 103 beschichtet, und/oder dem Material 106, das in dem Durchgangsloch 103 abgeschieden ist, elektrisch verbunden. Zudem ist eine dielektrische Schicht 112 auf die Leiterbahnen 107 aufgebracht. In der dielektrischen Schicht 112 sind Öffnungen zum Ausbilden externer Kontaktstellen 113 mit den zugrunde liegenden Leiterbahnen 107 vorgesehen. Als Alternative zu den externen Kontaktstellen 113 sind Kontaktringe oder andere Formen möglich. In dem Bereich der elektrisch leitfähigen Durchführung können die elektrisch leitfähigen Schichten 107 und 111 außerdem durch eine Lötstoppmaske abgedeckt sein.
Die erste elektrisch leitfähige Schicht 107 bildet zusammen mit den dielektrischen Schichten 109 und 112 eine Umverteilungsschicht aus. Die dielektrische Schicht 109 verhindert Kurzschlüsse der Leiterbahnen 107 mit der aktiven Hauptfläche des ersten Halbleiterchips 101. Die erste elektrisch leitfähige Schicht 107 koppelt die Kontaktstellen 108 des ersten Halbleiterchips 101 an die externen Kontaktstellen 113. Die externen Kontaktstellen 113 ermöglichen es, den ersten Halbleiterchip 101 von außerhalb des Geräts 100-3 zu kontaktieren. Die dielektrische Schicht 112 schützt die Leiterbahnen 107 und kann als Lötstoppschicht ausgeführt sein, falls Lotabscheidungen, beispielsweise Lötkugeln, auf den externen Kontaktstellen 113 angeordnet sind. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Schichten der Umverteilungsschicht nicht auf drei beschränkt ist. Zum Ermöglichen einer Gestaltung, bei der die Leiterbahnen 107 einander überkreuzen, können weitere Metallisierungsschichten und dielektrische Schichten vorgesehen sein. Außerdem kann eine weitere dielektrische Schicht zwischen der dritten elektrisch leitfähigen Schicht 111 und der Pressmassenschicht 102 angeordnet sein. Ferner kann die erste elektrisch leitfähige Schicht 111 außerdem durch eine dielektrische Schicht 114 geschützt sein. Die dielektrische Schicht 114 kann ebenfalls Öffnungen zum Ausbilden externer Kontaktstellen 115 auf der Oberseite des Geräts 100-3 aufweisen. Die externen Kontaktstellen 115 können über die zweite elektrisch leitfähige Schicht 110, die die Oberfläche der Durchgangslöcher 103 beschichtet, und/oder das Material 106, beispielsweise Lot, das in den Durchgangslöchern 103 abgeschieden ist, elektrisch an die Kontaktstellen 108 des ersten Halbleiterchips 101 gekoppelt sein. Die dielektrischen Schichten 109, 112 und 114 können aus jeglichem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Siliziumnitrid oder Photoresist (Photowiderstand), hergestellt sein.
Es kann vorgesehen sein, dass sich die externen Kontaktstellen 113 nicht direkt unter den Durchgangslöchern 103 befinden, sondern stattdessen von den Durchgangslöchern 103 weg verschoben sind. Dies kann verhindern, dass das Lötmaterial 106, das in den Durchgangslöchern 103 abgeschieden ist, aus den Durchgangslöchern 103 austritt, wenn das Lot, das auf den externen Kontaktstellen 113 abgeschieden ist, geschmolzen wird.
Die Pressmassenschicht 102 ermöglicht, dass die Umverteilungsschichten über den ersten Halbleiterchip 101 hinaus verlaufen. Die externen Kontaktstellen 113 und/oder 115 müssen daher nicht im Bereich des ersten Halbleiterchips 101 angeordnet sein, sondern können über einen größeren Bereich verteilt sein. Der vergrößerte Bereich, der aufgrund der Pressmassenschicht 102 zur Anordnung der externen Kontaktstellen 113 und 115 verfügbar ist, bedeutet, dass die externen Kontaktstellen 113 und 115 nicht nur in einem großen Abstand voneinander angeordnet sein können, sondern dass die maximale Anzahl externer Kontaktstellen 113 und 115, die dort angeordnet sein können, im Vergleich zu der Situation ebenfalls erhöht ist, in der die externen Kontaktstellen 113 und 115 innerhalb des Bereichs der Hauptflächen des ersten Halbleiterchips 101 angeordnet sind. Der Abstand zwischen benachbarten Kontaktstellen 113 und/oder 115 kann im Bereich zwischen 100 und 600 μm und insbesondere im Bereich zwischen 300 und 500 μm liegen.
4A stellt schematisch ein Gerät 100-3 dar, das auf ein anderes Gerät 100-3 gestapelt ist. Die externen Kontaktstellen 113 des oberen Geräts 100-3 und die externen Kontaktstellen 115 des unteren Geräts 100-3 sind derart angeordnet, dass sie durch Lötperlen oder Lötkugeln 116 miteinander verbunden sein können. Andere Variationen von lotbasierten Zusammenschaltungen, wie et wa dünne Schichten aus Lötmaterial oder Halbkugeln (Lötmaterial in der Form eines Kugelsegments), können auf den Anschlussflächen angeordnet sein. Derartige Zusammenschaltungen haben eine verminderte Stapelhöhe zur Folge. Es können außerdem andere Zusammenschaltungsverfahren, wie etwa leitfähige Klebstoffe, anisotrop leitfähige Materialien oder Diffusionslötmaterialien, angewendet sein. Das Aufeinanderstapeln von Geräten führt zu einer höheren Systemintegration. Die vertikalen Kontakte in den Durchgangslöchern 103 der Pressmassenschicht 102 ermöglichen es, kurze elektrische Verbindungen zwischen den aufeinander gestapelten Geräten zu erzeugen. Ferner können die vertikalen Kontakte in den Durchgangslöchern 103 dabei helfen, die durch die Halbleiterchips 101 erzeugte Hitze durchzuleiten und abzuführen. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die gestapelten Geräte 100-3, die in 4A dargestellt sind, nur als beispielhafte Ausführungsform beabsichtigt sind und zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise können andere Gerätearten als das Gerät 100-3 auf das Gerät 100-3 gestapelt sein.
4B stellt schematisch zwei mögliche Draufsichten des Geräts 100-3 dar. Auf der linken Seite von 4B ist eine Ausführungsform des Geräts 100-3 dargestellt, in der die externen Kontaktstellen 115 über den Durchgangslöchern 103 angeordnet sind. Auf der rechten Seite von 4B ist eine Ausführungsform des Geräts 100-3 dargestellt, in der mindestens einige der externen Kontaktstellen 115 nicht über den Durchgangslöchern 103 angeordnet sind. Die externen Kontaktstellen 115, die nicht über den Durchgangslöchern 103 angeordnet sind, sind über die dritte elektrisch leitfähige Schicht 111 an die jeweiligen Durchgangslöcher 103 gekoppelt. Einige der externen Kontaktstellen 115 sind über dem ersten Halbleiterchip 101 angeordnet. Die externen Kontaktstellen 115 können eine vollständige oder depopulierte Anschlussflächengruppierung auf dem Gerät 100-3 ausbilden.
5A bis 5L stellt schematisch ein Verfahren zur Erzeugung eines Geräts 100-3 dar, von dem ein Querschnitt in 5L dargestellt ist. Wie in 5A dargestellt, werden Halbleiterchips, die zum Fertigen des Geräts 100-3 benutzt werden, auf einem Wafer 117 gefertigt, der aus Halbleitermaterial hergestellt ist. Nach dem Zersägen des Wafers 117 und damit Trennen der einzelnen Halbleiterchips werden der erste Halbleiterchip 101 und ein zweiter Halbleiterchip 118 auf einen Träger 119 mit größerer Beabstandung als in dem Waferverbund versetzt (siehe 5B). Zur Anbringung der Halbleiterchips 101 und 118 an dem Träger 119 kann vor dem Anbringen der Halbleiterchips 101 und 118 beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband auf den Träger 119 laminiert werden (in 5B nicht gezeigt). Alternativ können andere Arten von Anbringungsmaterialien verwendet werden.
Die Halbleiterchips 101 und 118 können auf demselben Wafer hergestellt worden sein, können jedoch alternativ auf verschiedenen Wafern hergestellt worden sein. Ferner können die Halbleiterchips 101 und 118 physisch identisch sein, können jedoch außerdem unterschiedliche integrierte Schaltungen enthalten. Die aktiven Hauptflächen der Halbleiterchips 101 und 118 können dem Träger 119 zugekehrt sein, wenn sie an dem Träger 119 angebracht sind.
Nach dem Anbringen der Halbleiterchips 101 und 118 auf dem Träger 119 werden sie durch Formen (Molding) unter Benutzung einer thermoplastischen oder wärmehärtenden Pressmasse 102 eingekapselt (siehe 5B). Die Lücken zwischen den Halbleiterchips 101 und 118 werden ebenfalls mit der Pressmasse 102 gefüllt. Die Stärke der Pressmassenschicht 102 kann im Bereich zwischen 200 und 800 μm liegen.
Die mit der Pressmasse 102 bedeckten Halbleiterchips 101 und 118 werden von dem Träger 119 gelöst, und das Klebeband wird von den Halbleiterchips 101 und 118 sowie von der Pressmassenschicht 102 abgezogen. Das Klebeband kann Thermo-Release-Eigenschaften (Wärme-Ablöse-Eigenschaften) aufweisen, die die Beseitigung des Klebebands während einer Wärmebehandlung ermöglichen. Die Beseitigung des Klebebands von dem Träger 119 wird bei einer zweckdienlichen Temperatur ausgeführt, die von den Thermo-Release-Eigenschaften des Klebebands abhängt und üblicherweise über 150°C, insbesondere ungefähr 200°C beträgt. Nach der Beseitigung des Trägers 119 sind die Halbleiterchips 101 und 118 durch die Pressmassenschicht 102 zusammengehalten.
Wie in 5D dargestellt, sind Durchgangslöcher 103 in der Pressmassenschicht 102 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 103 reichen von der Oberseite 104 der Pressmassenschicht 102 hinunter zu ihrer Unterseite 105. Die Durchgangslöcher 103 können durch einen Laserstrahl, eine mechanische Bohrung, ein Ätzverfahren, ein Stanzverfahren oder jegliches andere zweckdienliche Verfahren gebohrt werden. Bei Verwendung eines Laserstrahls kann der Laserstrahl eine konische Geometrie aufweisen. Daher kann der Winkel zwischen der Oberseite 104 der Pressmassenschicht 102 und den Seitenwänden der Durchgangslöcher 103 von 90° abweichen.
Ein oder mehrere Reinigungsschritte können der Ausbildung der Durchgangslöcher 103 folgen. Beispielsweise kann die Pressmassenschicht 102 zusammen mit den Halbleiterchips 101 und 118 in ein Ultraschallbad getaucht werden, das Wasser und/oder Isopropanol enthält.
Vor der Erzeugung der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 110 kann eine Maskierschicht 120 auf den aktiven Hauptflächen der Halbleiterchips 101 und 118 abgeschieden werden (siehe 5E). Die Maskierschicht 120 kann beispielsweise eine Schicht aus Photoresist, Siliziumnitrid oder jeglichem anderen Ätzresist sein.
Danach kann die Oberfläche des umgestalteten Wafers mit einer Metallschicht 121 vollständig metallisiert werden, wie in 5F dargestellt. Dazu kann ein standardmäßiges PCB-(Leiterplatten-)Durchgangslochmetallisierungsverfahren angewendet werden. Beispielsweise wird zunächst eine Keimschicht, wie etwa eine Palladiumschicht, auf die Pressmassenschicht 102 abgeschieden. Dann wird eine Schicht aus Kupfer stromlos abgeschieden. Diese Kupferschicht kann eine Stärke von unter 1 μm aufweisen. Danach wird eine weitere Schicht aus Kupfer galvanisch abgeschieden, die eine Stärke von über 5 μm aufweisen kann. Die stromlose Kupferabscheidung kann außerdem ausgelassen werden.
Die Metallschicht 121 kann zum Erzeugen der gewünschten Metallstrukturen unter Anwendung von Lithografie- und Ätzschritten strukturiert werden. Als Ergebnis werden die zweiten elektrisch leitfähigen Schichten 110 erhalten, die die Oberflächen der Durchgangslöcher 103 beschichten (siehe 5G). Die zweiten elektrisch leitfähigen Schichten 110 können außerdem die Hauptflächen 104 und 105 der Pressmassenschicht 102 in Bereichen neben den Durchgangslöchern 103 überdecken und Anschlussflächen 122 ausbilden.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass ein elektrisch isolierendes Material, wie etwa Epoxid, in die Durchgangslöcher 103 gefüllt wird, die mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 110 beschichtet sind. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass die beschichteten Durchgangslöcher 103 mit einer weiteren Schicht, wie etwa einer Nickel-Gold-Schicht, beschichtet werden und dass die restlichen Teile der Durchgangslöcher 103 ungefüllt bleiben. Sowohl das elektrisch isolierende Material als auch die weitere Schicht können die zweite elektrisch leitfähige Schicht 110 vor Korrosion schützen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Durchgangslöcher 103 mit einem Lötmaterial 106 gefüllt. Dazu kann ein Flussmittel 123 zusammen mit dem Lötmaterial 106 auf den Anschlussflächen 122 angeordnet werden (siehe 5H).
Das Flussmittel 123 kann auf die Anschlussflächen 122 gedruckt werden. Eine Schablone kann über der Pressmassenschicht 102 angeordnet werden, und das Flussmittel 123 kann mit einem Quetscher durch die Schablone gepresst werden. Das Lötmaterial 106 kann auf das Flussmittel 123 gedruckt werden. Alternativ kann ein Bestückungsverfahren oder ein Schüttelverfahren zum Anordnen des Lötmaterials 106 in der Form von Lötkugeln auf den Anschlussflächen 122 angewendet werden. Das Lötmaterial 106 kann eine bleifreie Metalllegierung sein, wie etwa SnPb, SnAg, SnAgCu, SnAgCuNi, SnAu, SnCu oder SnBi. Das Flussmittel 123 kann beispielsweise ein No-Clean-Flussmittel (Nicht-Sauber-Flussmittel) sein, das während des Lötvorgangs verdampft.
Das Flussmittel 123 und das Lötmaterial 106 werden über die Schmelztemperatur des Lötmaterials 106 erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen 160°C und 300°C und insbesondere im Bereich zwischen 180°C und 260°C. Das geschmolzene Lötmaterial 106 fließt dann in die Durchgangslöcher 103 und erstarrt dort (siehe 5I).
Die Umverteilungsschichten, zu denen die elektrisch leitfähigen Schichten 107 und 115 sowie die dielektri schen Schichten 109, 112 und 114 gehören, können unter Anwendung von Standardtechniken erzeugt werden (siehe 5J). Beispielsweise kann für die dielektrischen Schichten 109, 112 und 114 Siliziumnitrid auf die Hauptflächen 104 und 105 der Pressmassenschicht 102 gesputtert werden. Die elektrisch leitfähigen Schichten 107 und 115 können durch Metallisierungs- und Strukturierungsschritte ausgebildet werden, beispielsweise in Subtraktions- oder alternativ in Additionsverfahren. Die elektrisch leitfähigen Schichten 107 und 115 sind derart angeordnet, dass sie mit dem Lötmaterial 106 und/oder der zweiten leitfähigen Schicht 110, die die Oberflächen der Durchgangslöcher 103 beschichtet, in Kontakt stehen.
Die dielektrischen Schichten 112 und 114 werden an den Positionen der externen Kontaktstellen 113 und 115 geöffnet. Es können Lötkugeln 124 auf den externen Kontaktstellen 113 und/oder 115 angeordnet werden (siehe 5K). Vor oder nach der Anordnung der Lötkugeln 124 werden die Halbleiterchips 101 und 118 durch Teilung der Pressmassenschicht 102, beispielsweise durch Zersägen, voneinander getrennt (siehe 5L).
6A bis 6K stellt schematisch ein weiteres Verfahren für die Erzeugung des Geräts 100-3 dar. Das in 6A bis 6K dargestellte Erzeugungsverfahren ist in vieler Hinsicht mit dem Erzeugungsverfahren, das in 5A bis 5L dargestellt ist, identisch (siehe beispielsweise 6A bis 6C). Im Gegensatz zu dem Erzeugungsverfahren in 5A bis 5L werden die Umverteilungsschichten, zu denen die elektrisch leitfähigen Schichten 107 und 115 sowie die dielektrischen Schichten 109, 112 und 114 gehören, auf der Pressmassenschicht 102 abgeschieden (siehe 6D), bevor die Durchgangslöcher 103 erzeugt werden (siehe 6E) und die ersten elektrisch leitfähigen Schichten 110, die die Oberflächen der Durchgangslöcher 103 beschichten, erzeugt werden (siehe 6F und 6G).
7A bis 7J stellt schematisch eine weitere Variation des Verfahrens zum Erzeugen des Geräts 100-3 dar. Im Gegensatz zu dem Erzeugungsverfahren gemäß 5A bis 5L werden die dielektrischen Schichten 109 und 114 vor der Erzeugung der Durchgangslöcher 103 (siehe 7E) auf der Pressmassenschicht 102 abgeschieden (siehe 7D). Nach der Erzeugung der Durchgangslöcher 103 wird die Metallschicht 121 abgeschieden (siehe 7F) und strukturiert (siehe 7G). Dadurch werden die elektrisch leitfähigen Schichten 107, 110 und 111 gleichzeitig erzeugt. Die drei elektrisch leitfähigen Schichten 107, 110 und 111 können durch stromlose Abscheidung einer Keimschicht, stromlose Abscheidung einer dünnen und fortlaufenden Kupferschicht und galvanische Abscheidung einer anderen Metallschicht erzeugt werden. Ferner ist zu beachten, dass die dielektrischen Schichten 109 und 114 außerdem ausgelassen werden können.
Nach der Erzeugung der elektrisch leitfähigen Schichten 107, 110 und 111 können weitere dielektrische Schichten 112 und 125 abgeschieden werden (siehe 7I), und das Lötmaterial 106 kann wie oben beschrieben in die Durchgangslöcher 106 gefüllt werden (siehe 7H).
8A bis 8C stellt Fotografien eines Querschnitts durch eine Pressmassenschicht dar, in der Durchgangslöcher angeordnet sind. Alle Durchgangslöcher sind mit einer Kupferschicht beschichtet, einige der Durchgangslöcher sind mit Lötmaterial gefüllt.
Zudem könnte, obgleich ein bestimmtes/er Merkmal oder Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein könnte, nach Wunsch und für jegliche vorge gebene oder besondere Anwendung ein derartiges/er Merkmal oder Aspekt mit einem oder mehreren Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert sein. Ferner ist in dem Ausmaß, in dem die Begriffe „enthalten", „aufweisen", „mit" oder andere Varianten davon in entweder der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen benutzt sind, beabsichtigt, dass derartige Begriffe ähnlich wie der Begriff „umfassen" einschließlich sind. Die Begriffe „gekoppelt" und „verbunden" könnten zusammen mit Ableitungen benutzt worden sein. Es versteht sich, dass diese Begriffe zur Angabe benutzt sein könnten, dass zwei Elemente ohne Rücksicht darauf zusammenwirken oder aufeinander wirken, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht miteinander in Kontakt stehen. Ferner versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung in diskreten Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder vollständig integrierten Schaltungen oder Programmiermitteln implementiert sein könnten. Außerdem ist mit dem Begriff "beispielhaft" lediglich „als Beispiel" gemeint, statt das Beste oder das Optimale. Es versteht sich außerdem, dass hierin dargestellte Merkmale und/oder Elemente mit bestimmten Abmessungen in Bezug zueinander aus Gründen der Einfachheit und leichten Verständlichkeit dargestellt sind, und dass tatsächliche Abmessungen wesentlich von den hierin dargestellten abweichen könnten.
Obgleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann verstehen, dass eine Vielfalt alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Mit dieser Anmeldung ist beabsichtigt, jegliche Adaptionen oder Variationen der hierin besprochenen, spezifischen Ausführungsformen abzudecken. Es ist daher beabsichtigt, dass diese Erfin dung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Gerät, aufweisend: einen ersten Halbleiterchip; eine Pressmassenschicht, die den ersten Halbleiterchip einbettet; eine erste elektrisch leitfähige Schicht, die auf die Pressmassenschicht aufgebracht ist; ein Durchgangsloch, das in der Pressmassenschicht angeordnet ist; und ein Lötmaterial, das das Durchgangsloch füllt.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht elektrisch an das Lötmaterial gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei eine zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Oberfläche des Durchgangslochs bedeckt.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht zu einer ersten Hauptfläche der Pressmassenschicht reicht.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Fläche auf der ersten Hauptfläche der Pressmassenschicht ausbildet.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht über einer Aktivfläche des ersten Halbleiterchips angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 1, wobei eine Fläche des ersten Halbleiterchips gegenüber der aktiven Fläche und Seitenflächen des ersten Halbleiterchips von der Pressmasse umgeben sind.
Gerät nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen zweiten Halbleiterchip, wobei der erste und zweite Halbleiterchip übereinander gestapelt sind.
Gerät nach Anspruch 8, wobei der erste Halbleiterchip über das Lötmaterial elektrisch an den zweiten Halbleiterchip gekoppelt ist.
Gerät, aufweisend: einen ersten Halbleiterchip; eine Pressmassenschicht, die den ersten Halbleiterchip einbettet; eine erste elektrisch leitfähige Schicht, die auf die Pressmassenschicht aufgebracht ist; ein Durchgangsloch, das in der Pressmassenschicht angeordnet ist; und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht, die eine Oberfläche des Durchgangslochs bedeckt.
Gerät nach Anspruch 10, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht elektrisch an die zweite elektrisch leitfähige Schicht gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 10, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht zu einer ersten Hauptfläche der Pressmassenschicht reicht.
Gerät nach Anspruch 10, wobei die zweite elektrisch leitfähige Schicht eine Fläche auf der ersten Hauptfläche der Pressmassenschicht ausbildet.
Gerät nach Anspruch 10, ferner aufweisend ein elektrisch isolierendes Material, das das Durchgangsloch füllt.
Gerät nach Anspruch 10, ferner aufweisend einen zweiten Halbleiterchip, wobei der erste und zweite Halbleiterchip übereinander gestapelt sind.
Gerät nach Anspruch 15, wobei der erste Halbleiterchip über das Lot elektrisch an den zweiten Halbleiterchip gekoppelt ist.
Verfahren, aufweisend: Bedecken eines ersten Halbleiterchips mit einer Pressmasse; Ausbilden eines Durchgangslochs in der Pressmasse; und Abscheiden eines Lötmaterials in das Durchgangsloch.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der erste Halbleiterchip auf einem Träger angeordnet wird, bevor der erste Halbleiterchip mit der Pressmasse bedeckt wird, und der Träger danach entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine elektrisch leitfähige Schicht auf die Pressmasse aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein zweiter Halbleiterchip mit der Pressmasse bedeckt wird und der erste und zweite Halbleiterchip durch Teilen der Pressmasse getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei zur Abscheidung des Lötmaterials in dem Durchgangsloch ein Lötdepot über dem Durchgangsloch angeordnet und geschmolzen wird.
Verfahren, aufweisend: Bedecken eines ersten Halbleiterchips mit einer Pressmasse; Ausbilden eines Durchgangslochs in der Pressmasse; Erzeugen einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht auf einer Fläche der Pressmasse; und Erzeugen einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht auf einer Oberfläche des Durchgangslochs.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Durchgangsloch vor der Erzeugung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht in der Pressmasse ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Durchgangsloch nach der Erzeugung der ersten elektrisch leitfähigen Schicht in der Pressmasse ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine Metallschicht auf der Pressmasse abgeschieden wird und die erste und zweite elektrisch leitfähige Schicht durch Strukturieren der Metallschicht erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Halbleiterchip auf einem Träger angeordnet wird, bevor der Halbleiterchip mit der Pressmasse bedeckt wird, und der Träger danach beseitigt wird.
Gerät, aufweisend: einen ersten Halbleiterchip; eine Pressmassenschicht, die den ersten Halbleiterchip einbettet; eine erste elektrisch leitfähige Schicht, die auf die Pressmassenschicht des ersten Halbleiterchips aufgebracht ist; einen zweiten Halbleiterchip; eine Pressmassenschicht, die den zweiten Halbleiterchip einbettet; eine erste elektrisch leitfähige Schicht, die auf die Pressmassenschicht des zweiten Halbleiterchips aufgebracht ist; wobei der erste und zweite Halbleiterchip übereinander gestapelt sind; und Mittel zum elektrischen Koppeln des zweiten Halbleiterchips an den ersten Halbleiterchip.