СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТАКТНЫХ СТОЛБИКОВ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ КРИСТАЛЛЕ Российский патент 2003 года по МПК H01L23/48 

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов, ИС, БИС и СБИС.

Существуют различные способы изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле.

Известен способ изготовления контактных выступов из припоя на кристалле [1] , включающий последовательное нанесение на кристалл слоя диэлектрика и слоя позитивного фоторезиста, вскрытие контактных площадок, напыление пленок Cr/Cu/Au, нанесение второго слоя фоторезиста, химическое осаждение в окна в нем припойного сплава или Sn, удаление двух слоев фоторезиста с частью металлизации между ними и плавления припоя.

Основным недостатком данного способа является сложность технологического процесса.

Известен способ [2] создания столбиков припоя на подложке и литниковая система для осуществления способа. Суть способа заключается в том, что к контактным площадкам подложки, повернутой этими площадками вниз, подводят разъемную литниковую систему, состоящую из заливочной пластинки и подводящей формы, в каждой из которых выполнены соосные отверстия, сужающиеся к поверхности разъема пластинки и формы и расположенные напротив контактных площадок, к которым обращена пластинка. Затем к пластинке, прижатой вплотную к подложке, подводят форму и подают в отверстия последней расплав припоя, который по отверстиям в пластинке подтекает к контактным площадкам; в этот период температура пластинки ниже температуры формы, но выше температуры ликвидуса припоя. После этого форму отводят от пластинки, и находящийся в отверстиях пластинки припой, смачивая контактные площадки, повисает на них, после чего отводят и пластинку. Таким образом, повисший на пластинках припой затвердевает в форме шариков или конусообразных столбиков.

Недостатками данного способа являются: использование сложного оборудования; трудоемкость технологического процесса; невозможность получать контактные столбики одинаковой формы и объема.

Наиболее близким по технической сущности является способ создания контактных столбиков на кристалле полупроводникового прибора [3]. По данному способу кристалл помещают на разогретый столик и выдерживают в течение некоторого времени. Затем, на контактную площадку опускают тонкую проволоку припоя и выдерживают в таком положении до тех пор, пока нижняя часть проволоки не расплавится с образованием шарика. После этого проволоку поднимают и переносят на следующую контактную площадку. Когда шарики припоя нанесены на все контактные площадки кристалла, столик охлаждают и припой застывает, образуя контактные столбики. Данный способ реализуется при температуре нагрева столика выше температуры плавления припоя, а диаметр проволоки несколько меньше размера контактной площадки. Данные операции проводят в защитной среде.

Недостатком данного способа является большая трудоемкость для изготовления контактных столбиков на кристаллах БИС и СБИС, имеющих десятки и сотни контактных площадок. Кроме того, данным способом невозможно получать контактные столбики одинаковых размеров, что отрицательно скажется на последующей операции присоединения выводов к контактным столбикам кристалла. Более того, данным способом нецелесообразно формировать контактные столбики на площадках кристаллов в составе пластины из-за длительности данной технологической операции.

Изобретение направлено на снижение трудоемкости изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле, получение контактных столбиков одинаковой формы и объема, формирование контактных столбиков на площадках кристаллов в составе пластины. Это достигается тем, что отрезки проволоки из припоя, каждый размером равный объему контактного столбика, совмещают с контактными площадками кристалла через конические отверстия в пластине, вплотную прижатой к кристаллу, при этом угол конуса в отверстии равен краевому углу смачивания припоя металла контактной площадки, после этого кристалл нагревают до температуры расплавления припоя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематично изображены:
на фиг.1 - расположение отрезка проволоки припоя до расплавления;
на фиг.2 - форма контактного столбика после расплавления припоя.

Способ изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле реализуется следующим образом.

На столике 1 размещают кристалл 2 с контактными площадками 3 (фиг.1). К кристаллу вплотную прижимают пластину 4, конические отверстия 5 в которой совмещают с контактными площадками 3. Затем отрезки проволоки припоя 6, каждый размером равный объему контактного столбика, размещают в конических отверстиях 5 пластины 4 на контактных площадках 3 кристалла 2. Затем осуществляют нагрев столика 1 до температуры расплавления припоя 6. После этого столик охлаждают и припой при кристаллизации образует контактные столбики 7 заданной формы (фиг.2).

При необходимости данным способом можно изготавливать контактные столбики на полупроводниковых кристаллах, находящихся в составе пластины.

Использование отрезков проволоки из припоя с размерами, равными объему контактного столбика, позволяет формировать контактные столбики одинаковой формы.

Конические отверстия в пластине с углом конуса в отверстии α, равным краевому углу смачивания припоем металла контактной площадки θ, способствуют центровке контактного столбика относительно контактной площадки, а также свободному отделению пластины 4 от кристалла с напаянными контактными столбиками 7 после охлаждения.

В случае, когда конические отверстия в пластине имеют угол конуса α меньше краевого угла смачивания припоем металла контактной площадки θ, расплавленный припой за счет капиллярного течения полностью заполнит нижнюю часть отверстия, что может привести к разрушению контактных столбиков при отделении пластины от кристалла после его охлаждения.

Если конические отверстия в пластине имеют угол конуса α больше краевого угла смачивания припоем металла контактной площадки θ, то припой при расплавлении может свободно растекаться по металлу контактной площадки, в результате чего контактные столбики при кристаллизации припоя будут иметь некоторое смещение относительно центра контактной площадки.

Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. снижает трудоемкость изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле;
2. позволяет получать контактные столбики одинаковой формы и объема;
3. позволяет формировать контактные столбики на площадках кристаллов в составе пластины.

Источники информации
1. Изготовление контактных выступов из припоя: Заявка 252436 Япония, МКИ⁵ Н 01 L 21/321. Заявл. 17.08.88; опубл. 22.02.90.

2. Способ создания столбиков припоя на подложке и литниковая система для осуществления способа: Заявка 2792861 Франция, МПК⁷ В 23 К 3/06, Н 05 К 3/34. Заявл. 30.04.99; опубл. 03.11.00.

3. Создание контактного столбика: Заявка 1256154 Япония, МКИ⁴ Н 01 L 21/92. Заявл. 06.04.88; опубл. 12.10.89.

Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: способ изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле заключается в том, что к контактным площадкам нагретого выше температуры плавления припоя кристалла опускают проволоку из припоя и выдерживают ее до расплавления нижней части с образованием шарика. Новым является то, что отрезки проволоки из припоя, каждый размером равный объему контактного столбика, совмещают с контактными площадками кристалла через конические отверстия в пластине, вплотную прижатой к кристаллу, при этом угол конуса в отверстии равен краевому углу смачивания припоем металла контактной площадки, после этого кристалл нагревают до температуры расплавления припоя. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости изготовления контактных столбиков, получение контактных столбиков одинаковой формы и объема, формирование контактных столбиков на площадках кристаллов в составе пластины. 2 ил.

Способ изготовления контактных столбиков на полупроводниковом кристалле, заключающийся в том, что к контактным площадкам нагретого выше температуры плавления припоя кристалла опускают проволоку из припоя и выдерживают ее до расплавления нижней части с образованием шарика, отличающийся тем, что отрезки проволоки из припоя, каждый размером равный объему контактного столбика совмещают с контактными площадками кристалла через конические отверстия в пластине, вплотную прижатой к кристаллу, при этом угол конуса в отверстии равен краевому углу смачивания припоем металла контактной площадки, после этого кристалл нагревают до температуры расплавления припоя.