用于将半导体芯片固定在基板上的方法和电子器件技术

提出一种用于将半导体芯片(1)固定在基板(3)上的方法。方法包括如下方法步骤：A)提供半导体芯片(1)，B)将焊料金属层序列(2)施加到半导体芯片(1)上，C)提供基板(3)，D)将金属化层序列(4)施加到基板(3)上，E)将半导体芯片(1)经由焊料金属层序列(2)和金属化层序列(4)施加到基板(3)上，F)加热通过E)产生的用于将半导体芯片(1)固定在基板(3)上的装置，其中焊料金属层序列(2)包括：‑包含铟锡合金的第一金属层(2a)，‑在第一金属层(2a)之上设置的阻挡层(2b)和‑设置在阻挡层(2b)和半导体芯片(1)之间的包括金的第二金属层(2c)，其中在第二金属层中的金的物质量比在第一金属层中的锡的物质量更大。

Methods and electronic devices for fixing semiconductor chips on substrates

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将半导体芯片固定在基板上的方法和电子器件
本专利技术涉及一种用于将半导体芯片固定在基板上的方法和一种电子器件。
技术介绍
为了将半导体芯片与基板、例如导线框架连接，在制造电子器件时通常将半导体芯片焊接到基板上。由于半导体芯片和基板的材料之间在热膨胀特性的差异，在从焊接温度冷却至室温时在由半导体芯片和基板构成的复合件中产生应力。所述应力可以在电子器件的机械负荷下造成例如在半导体芯片的载体材料中引发裂纹。例如，将金锡焊料用于将半导体芯片焊接到基板上。在所述焊料中，焊接温度处于300℃的范围内。由于高的焊接温度和不同的热膨胀性能，在冷却由基板和半导体芯片构成的复合件时产生显著的热感应的机械应力。所述机械应力在器件进一步的机械负荷下可能造成焊接连接的失效或造成在基板或焊接连接中引发裂纹。
技术实现思路
本专利技术的至少一个实施方式的目的是，提出一种用于将半导体芯片固定在基板上的方法，所述方法相对于现有技术改进。另一目的在于提供一种电子器件。所述目的尤其通过具有独立权利要求的特征的方法和电子器件来实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。提出一种用于将半导体芯片固定在基板上的方法。所述方法包括如下步骤，优选以给出的顺序：A)提供半导体芯片。B)将焊料金属层序列施加到半导体芯片上。C)提供基板。优选基板是导线框架。D)将金属化层序列施加到基板上。E)将半导体芯片经由焊料金属层序列和金属化层序列施加到基板上。尤其施加进行成，使得在施加之后，金属化层序列和焊料金属层序列位于基板和半导体芯片之间。F)加热通过E)产生的用于将半导体芯片固定在基板上的装置。尤其在步骤F)中由金属化层序列和焊料金属层序列形成连接层序列。将一个层或一个元件设置或施加在另一层或另一元件“上”或“之上”在此情况下，在此和在下文中可以意味着，将一个层或一个元件直接地以直接机械和/或电接触的方式设置在另一层或另一元件上。此外，这也可以意味着，一个层或一个元件间接地设置在另一层或另一元件上或之上。在此，其他层和/或元件于是可以设置在一个层或另一层之间或者设置在一个元件或另一元件之间。一个层或一个元件设置在两个另外的层或元件“之间”，在此和在下文中可以意味着，一个层或一个元件设置成直接地与两个另外的层或元件中的一个直接机械和/或电接触或者间接接触，并且与两个另外的层或元件中的另一个直接机械和/或电接触或者间接接触。在此，在间接接触时于是可以在一个层和两个另外的层中的至少一个之间或在一个元件和两个另外的元件中的至少一个之间设置其他层和/或元件。根据至少一个实施方式，焊料金属层序列包括第一金属层、在第一金属层之上设置的阻挡层和在阻挡层和半导体芯片之间设置的第二金属层。焊料金属层序列也可以由第一金属层、阻挡层和第二金属层构成。根据至少一个实施方式，焊料金属层序列包括：包含铟锡合金的第一金属层；在第一金属层之上设置的阻挡层和设置在阻挡层和半导体芯片之间的第二金属层，所述第二金属层包括金。优选地，在方法步骤E)之后，第一金属层在金属化层序列之上设置，阻挡层在第一金属层之上设置并且第二金属层在阻挡层之上设置。优选地，第一金属层由铟锡合金构成。优选地，第二金属层由金构成。根据至少一个实施方式，为了产生第二金属层可以施加铟锡合金或者铟和锡可以单独地沉积。例如，首先沉积由锡构成的层，随后沉积由铟构成的层并且随后再次沉积由锡构成的层。铟和锡在室温下已经发生反应以形成合金。由此，在单独地沉积锡和铟时，在室温下从而直接在沉积之后已经至少部分地，优选完全地形成铟锡合金。如果铟锡合金仅部分地形成，那么在第二金属层中除了所述铟锡合金以外也还存在铟和锡。第二金属层也可以由铟锡合金或者铟锡合金和铟和锡构成。根据至少一个实施方式，第二金属层的金的物质量大于第一金属层的锡的物质量。这证实为对于将半导体芯片接合在基板上而言是特别有利的。因此，在所产生的电子器件中，可以确保半导体芯片在基板上的固定的且持续的接合。尤其，在方法步骤F)中在连接层序列之内形成第三金属间层，所述第三金属间层包括至少一种式为Au1-ySny的金锡合金，其中0.10≤y≤0.185。更尤其优选地，第三金属间层包括Zeta(ζ)相的金锡合金。因此，形成第三金属间层，在所述第三金属间层中金的物质量大于铟的物质量。这种第三金属间层在其机械特性方面证实为是特别有利的并且与具有较高锡含量的金锡合金相比尤其是更能承受负荷的、更延展的且脆性明显更小。例如，Zeta相的金锡合金与Delta(δ)相的金锡合金相比是明显更能承受负荷的且更延展的。用n表示的物质量间接地说明物质部分的粒子数。物质量n能由n＝M/m计算，其中M说明以g/mol为单位的摩尔质量并且m说明以g为单位的重量。物质量是本领域技术人员已知的。根据至少一个实施方式，在第二金属层中的金的物质量是在第一金属层中的锡的物质量的至少两倍、优选至少三倍或四倍大。在此，金的物质量可以是锡的物质量的最大七倍大。根据至少一个实施方式，在第一金属层中的铟与锡的物质量的比例位于0.04比0.96和0.2比0.8之间，优选位于0.06比0.94和0.18比0.82之间，尤其优选位于0.08比0.92和0.16比0.84之间，其中包括边界值。根据至少一个实施方式，第二金属层的铟锡合金具有式InxSn1-x，其中0.04≤x≤0.2，优选0.06≤x≤0.18，特别优选0.08≤x≤0.16。优选地，第二金属层由式为InxSn1-x的铟锡合金构成，其中0.04≤x≤0.2。铟锡合金的这种组成已经证实为是特别有利的。由于小的铟份额，熔点与纯的锡相比降低，由此可以将方法步骤F)中的温度保持得小。此外，借助x＝0.2的最大铟份额可以确保，铟锡合金不在将半导体芯片施加到基板上之前已经在可选的其他方法步骤中熔化。令人意外地已经证实的是，金属化层序列的润湿特性在不超过铟含量x＝0.2时是最好的。阻挡层设立用于，将第一金属层的金属，即铟和锡，首先与第二金属层的金分离，因为具有金的铟锡合金在室温下已经产生高熔点的相。因此，第一和第二金属层首先必须彼此分离。在达到铟锡合金的熔化温度之后，也必须将液态铟和液态锡或液态铟锡合金和第二金属层的金在方法步骤F)中彼此分离。这通过阻挡层确保。阻挡层也可以称作为暂时的扩散阻挡。阻挡层优选整面地设置在第一金属层和第二金属层之间。尤其，第一金属层和第二金属层不具有共同的边界面。根据至少一个实施方式，阻挡层包含镍、钛或铂。镍、钛或铂可以是金属或是这些金属的化合物。钛化合物例如可以是TiyWy-1或TizNz-1。优选地，阻挡层包括金属镍、钛或铂，特别优选镍或钛，或者由其构成。这些金属或化合物是特别有利的，因为这些金属或化合物在铟锡合金在方法步骤F)中熔化之后仅缓慢地并且延迟地与液态铟和锡或液态铟锡合金发生反应，进而确保金属化层序列由液态铟和锡或液态铟锡合金充分地润湿。根据至少一个实施方式，在方法步骤F)中将通过方法步骤E)产生的装置加热直至240℃，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将半导体芯片(1)固定在基板(3)上的方法，所述方法包括如下方法步骤：/nA)提供半导体芯片(1)，/nB)将焊料金属层序列(2)施加到所述半导体芯片(1)上，/nC)提供基板(3)，/nD)将金属化层序列(4)施加到所述基板(3)上，/nE)将所述半导体芯片(1)经由所述焊料金属层序列(2)和所述金属化层序列(4)施加到所述基板(3)上，/nF)加热通过E)产生的用于将所述半导体芯片(1)固定在所述基板(3)上的装置，/n其中所述焊料金属层序列(2)包括：/n-包含铟锡合金的第一金属层(2a)，/n-在所述第一金属层(2a)之上设置的阻挡层(2b)和/n-在所述阻挡层(2b)和所述半导体芯片(1)之间设置的第二金属层(2c)，所述第二金属层包括金，其中在所述第二金属层(2c)中的金的物质量比在所述第一金属层(2a)中的锡的物质量更大。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170612 DE 102017112866.21.一种用于将半导体芯片(1)固定在基板(3)上的方法，所述方法包括如下方法步骤：
A)提供半导体芯片(1)，
B)将焊料金属层序列(2)施加到所述半导体芯片(1)上，
C)提供基板(3)，
D)将金属化层序列(4)施加到所述基板(3)上，
E)将所述半导体芯片(1)经由所述焊料金属层序列(2)和所述金属化层序列(4)施加到所述基板(3)上，
F)加热通过E)产生的用于将所述半导体芯片(1)固定在所述基板(3)上的装置，
其中所述焊料金属层序列(2)包括：
-包含铟锡合金的第一金属层(2a)，
-在所述第一金属层(2a)之上设置的阻挡层(2b)和
-在所述阻挡层(2b)和所述半导体芯片(1)之间设置的第二金属层(2c)，所述第二金属层包括金，其中在所述第二金属层(2c)中的金的物质量比在所述第一金属层(2a)中的锡的物质量更大。


2.根据权利要求1所述的方法，
其中在所述第二金属层(2c)中的金的物质量是在所述第一金属层(2a)中的锡的物质量的至少双倍大。


3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述金属化层序列(4)包括在所述基板(3)之上设置的第一层(4a)，所述第一层包括镍。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述阻挡层(2b)包含镍、钛、铂或钛化合物。


5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中在方法步骤F)中形成在所述基板和所述半导体芯片(1)之间的连接层序列(5)并且所述连接层序列(5)包括：
-第一金属间层(5a)，所述第一金属间层包括铟、锡和镍；
-第二金属间层(5b)，所述第二金属间层包括铟、锡和镍；铟、锡和钛；铟、锡和钛化合物或者铟、锡和铂；和
-第三金属间层(5c)，所述第三金属间层包括铟、锡和金。


6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
所述金属化层序列(4)包括在所述基板(3)之上设置的第一层(4a)，所述第一层包括镍；
-在所述第一层(4a)之上设置的第二层(4b)，所述第二层包括钯；和<...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·穆勒，安德烈亚斯·普洛斯尔，马蒂亚斯·文特，
申请(专利权)人：欧司朗OLED股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE