管芯结构、管芯布置以及处理管芯的方法技术

本发明专利技术涉及管芯结构、管芯布置以及处理管芯的方法。管芯结构包括管芯和设置在管芯的前侧上的金属化层。金属化层包括铜。金属化层的至少一个部分具有粗糙表面轮廓。具有粗糙表面轮廓的部分包括引线接合结构待接合到的引线接合区域。

【技术实现步骤摘要】
管芯结构、管芯布置以及处理管芯的方法
实施例通常涉及管芯结构、管芯布置和处理管芯的方法。
技术介绍
引线接合工艺经常用在集成电路管芯的制造中，以便在具有集成电路的管芯和器件封装引脚之间形成互连。而且，越来越希望使用基于铜(Cu)的金属互连。然而，由于例如遍及接合工艺发生的力可能如此强以致可能损坏下面的芯片结构，所以技术上难以将Cu引线接合用于逻辑产品。例如，当在薄Cu焊盘金属化(例如具有约5μm的厚度)上使用Cu引线接合时，发生的力可能导致金属化中的破裂(金属化破裂)或接合引线下的有源结构损坏(例如成坑)。由于铜金属化与铝(Al)金属化相比的较大硬度，所以在Cu芯片金属化上焊接引线材料通常需要高值的接合参数(例如超声、力、时间)。由于接合参数的高值，在接合位置下的金属化中和在下面的有源结构中可能增加机械应力。因而，以破裂形式的损坏可能发生在顶部金属化中或在金属化层布置(Cu、TiN/Al)中或可能发生在金属化下的器件(例如晶体管)的损坏。这可能导致半导体器件的全面故障或导致器件长时间运行后的故障。Cu引线接合的另一问题是时常仅小部分的Cu焊盘将以球焊工艺由Cu球接触。解决上述问题的一个方法是使用具有厚焊盘或大焊盘与大Cu引线结合的Cu基互连结构。这些结构可能相对稳定(例如相对于破裂的形成)，但也是复杂和/或昂贵的。而且，具有大焊盘和粗引线的结构可能不适合于具有细微间距的逻辑产品。解决上述问题的其它方法是调整接合参数或清洗Cu表面防止氧化。附图说明在附图中，参考字符通常指代遍及不同视图的相同部分。附图不必按比例绘制，相反重点通常在于阐释实施例的原理。在以下的描述中，参考以下的附图描述各个实施例，其中：图1示出了根据本专利技术的实施例的管芯结构的示意截面图；图2示出了根据本专利技术的另一实施例的管芯结构的截面扫描电子显微镜图像；图3示出了根据本专利技术的另一实施例的管芯布置的示意截面图；图4A示出了根据本专利技术的实施例的到金属化层的钉头(nailhead)接合；图4B示出了根据本专利技术的另一实施例的到金属化层的楔形接合；图5示出了根据本专利技术的另一实施例的管芯布置中用作管芯封装结构的栅和/或源接线柱(clip)；图6示出了根据本专利技术的实施例的管芯布置的示意截面图；图7示出了根据本专利技术的另一实施例的管芯布置的示意截面图；图8是示出根据本专利技术的实施例的处理管芯的方法的图示；以及图9是示出根据本专利技术的另一实施例的处理管芯的方法的图示。具体实施方式以下的详细描述参考通过图解方式示出其中可以实施专利技术的具体细节和实施例的附图。充分详细地描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实施本专利技术。可以利用其它实施例并且可以作出结构、逻辑和电学的改变而不脱离本专利技术的范围。各个实施例不必相互排斥，因为一些实施例可以与一个或多个其它实施例结合以形成新的实施例。图1示出了根据本专利技术的实施例的管芯结构100的示意截面图。管芯结构100包括管芯101。管芯101包括上侧101a。管芯101的上侧101a还可以称为管芯101的前侧。如本文中使用的，术语管芯的“上侧”或“前侧”可以理解为指代接合引线附着到的管芯的那侧。接合的引线可以附着到具体的接触焊盘或者备选地可以附着到覆盖管芯前侧的大部分的金属化的较大部分。术语“上侧”和“前侧”在下文中可互换地使用。管芯101还可以包括底侧101b。管芯101的底侧101b还可以称为管芯101的背侧101b。如本文中使用的，术语管芯的“底侧”或“背侧”可以理解为指代不经由接合引线接触的管芯的那侧。术语“下侧”和“背侧”在下文中可互换地使用。根据一个实施例，管芯101可以是半导体管芯。换句话说，在该实施例中管芯101可以包括或可以基于半导体材料，诸如例如硅(备选地，可以使用其它半导体材料)。例如，管芯101可以包括层结构，该层结构包括一个或多个层，例如一个或多个半导体层(例如硅层，备选地可以使用其它半导体材料)和/或一个或多个导电层(例如金属层)和/或一个或多个电绝缘或介电层(例如氧化硅或氮化硅层，备选地可以使用其它电绝缘或介电材料)(未示出)。明显地，管芯101可以包括一个或多个集成电路(IC)，该集成电路包括例如多个电力或电子器件(诸如例如晶体管)和对应的电布线或金属化结构，其可以由管芯101的层结构形成(未示出)。备选地，管芯101可以仅包括功率半导体开关，例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、沟槽功率MOSFET、超级结器件、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或二极管。金属化层102设置在管芯101的前侧101a上。金属化层102还可以称为前侧金属化层或前侧金属化。金属化层102可以借助于管芯101内形成的电布线或金属化结构(未示出)而电连接到管芯101的一些或所有IC和/或功率半导体开关元件。根据一个实施例，金属化层102可以包括铜(Cu)或Cu合金。根据一个实施例，金属化层102可以由铜制成。根据另一实施例，金属化层102可以由包含铜的合金制成，例如Cu99,9％，Cu99,99％，Cu99,999％或其他Cu合金，比如Cu1-4％Ni，Cu1-2％Ni1-2％Si，Cu1-4％Al；Cu1-4％Si。金属化层102的厚度由图1中的双箭头“d”表示。根据一些实施例，金属化层102可以具有在从约1μm到约80μm的范围内的厚度，例如根据实施例在从约1μm到约5μm的范围内，例如根据实施例在从约1.5μm到约2.5μm的范围内，例如根据实施例厚度为约2μm。根据另一实施例，金属化层102可以具有约5μm的厚度。根据其他实施例，金属化层102可以具有其他的厚度值。根据一个实施例，金属化层的至少一个部分102可以具有粗糙表面轮廓103。在本上下文中，如本文中使用的术语“表面轮廓”可以理解为指代金属化层102的上表面的轮廓，即面向用于接合到金属化层102的引线接合结构(在图1中未示出，例如参见图3)和/或用于附着到金属化层102的管芯封装结构302(在图1中未示出，例如参见图3)的金属化层102的那个表面，相比之下金属化层102的下表面面向管芯101。如本文中使用的，术语“粗糙表面轮廓”或“粗糙表面”可以理解为指代或包括层的宏观粗糙高度轮廓，其中“高度”可以明显地指代该层的局部厚度。说明性地，如图1中示意性示出的，粗糙表面可以指代或可以包括带有具有多个或许多峰和谷的高低不平的界面的表面。在本上下文中，描述或测量表面(或其高度轮廓)的粗糙度的一种选择是所谓的“峰到峰粗糙度(RPP)”。表面(或其高度轮廓)的峰到峰粗糙度(RPP)可以理解为指代该表面上的最高点(最高峰)和最低点(最低谷)之间的垂直差。换句话说，峰到峰粗糙度可以由RPP＝max(x，y)h(x，y)-min(x，y)h(x，y)给出，其中(x，y)是表面点的横向坐标，h(x，y)是在(x，y)处的表面高度，并且max(x，y)h(x，y)和min(x，y)h(x，y)分别表示所有表面点(x，y)上的表面高度h(x，y)的最大值和最小值。在图1中，金属化层102的表面轮廓103的峰到峰粗糙度由双箭头“RPP”表示。如本文中使用的，术语“粗糙表面”或“粗糙表面轮廓”可以理解为指代或包括具有等于或大于给定阈值的峰到峰粗糙度(RPP)值的(层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.09.14 US 12/8812571.一种管芯结构，包括管芯；以及设置在管芯的前侧上的单个金属化层，该金属化层包括铜，其中整个金属化层具有所述铜的粗糙表面轮廓，所述粗糙表面轮廓包括引线接合结构待接合到的引线接合区域，其中粗糙表面轮廓具有至少1.5μm的峰到峰粗糙度。2.根据权利要求1所述的管芯结构，其中金属化层具有在从1μm到80μm的范围内的厚度。3.根据权利要求1所述的管芯结构，其中金属化层几乎完全覆盖管芯的前侧。4.根据权利要求1所述的管芯结构，其中粗糙表面轮廓具有在从1μm到5μm的范围内的峰到峰粗糙度。5.一种管芯布置，包括：根据权利要求1－4之一所述的管芯结构；所述引线接合结构接合到管芯结构的金属化层的引线接合区域。6.根据权利要求5所述的管芯布置，其中引线接合结构包括铜。7.一种管芯布置，包括：管芯；设置在管芯的前侧上的单个金属化层，其中该金属化层包括铜，其中整个金属化层具有所述铜的粗糙表面轮廓，其中粗糙表面轮廓具有至少1.5μm的峰到峰粗糙度；和引线接合结构，接合到金属化层的部分，其中引线接合结构具有等于或大于金属化层硬度的硬度。8.根据权利要求7所述的管芯布置，其中引线接合结构包括铜。9.根据权利要求7所述的管芯布置，其中金属化层具有在从1μm到80μm的范围内的厚度。10.一种管芯布置，包括：管芯；设置在管芯的前侧上的焊盘，该焊盘包括铜并且整个焊盘具有所述铜的粗糙表面轮廓，其中粗糙表面轮廓具有至少1.5μm的峰到峰粗糙度；以及包括铜并且接合到焊盘的引线接合结构。11.根据权利要求10所述的管芯布置，其中焊盘具有在从1μm到80μm的范围内的厚度。12.一种处理管芯的方法，包括：在管芯的前侧上形成单个金属化层，该金属化层包括铜，其中整个金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·赫格劳尔，K·霍赛尼，F·卡尔曼，G·迈尔贝格，R·奥特雷姆巴，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：