Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Lot auf Umverdrahtungsleitungen,
bei dem auf die Oberfläche eines Halbleiterchips eine metallisch leitfähige
Umverdrahtungsleitung, die mit einem Lötpad versehen wird, aufgebracht und
auf das Lötpad das Lot aufgeschmolzen wird.
Bei der Montage von Halbleiterchips ist es bekannt, die Oberfläche
der Halbleiterchips mit Lot zu versehen, um mittels dieses Lots die Halbleiterchips
auf einem Substrat zu montieren und elektrisch leitend zu verbinden.
Eine elektrisch leitende Verbindung ist dabei zwischen einer Kontaktstelle
auf der Oberfläche des Halbleiterchips und einer entsprechenden Kontaktstelle
auf dem Substrat herzustellen. Da sich in aller Regel die Kontaktstellen auf dem
Substrat an einer anderen Position befinden, als die Kontaktstellen auf der Oberfläche
des Halbleiterchips, werden Umverdrahtungsleitungen zwischen den Kontaktstellen
auf der Oberfläche des Halbleiterchips und Kontaktstellen auf dem Halbleiterchip,
die den Kontaktstellen auf dem Substrat entsprechen, vorgesehen.
Wie beispielsweise in der DE
102 58 081 A1 beschrieben, werden die Umverdrahtungsleitungen aus einer
elektrisch leitfähigen Schicht, einem so genannten Redistribution Layer erzeugt.
Dabei wird zunächst auf die Halbleiteroberfläche ganzflächig eine
Opferschicht, ein so genannter Seed Layer, aufgebracht. Auf diesen Seed Layer wird
danach eine Maske aufgebracht, die Maskenöffnungen an den Stellen aufweist,
die später die Umverdrahtungsleitungen aufnehmen sollen. Mittels eines elektrolytischen
Prozesses wird sodann das Metall der Umverdrahtungsleitungen in den Maskenöffnungen
abgeschieden, indem die Seed Layer mit einem elektrostatischen Potenzial beaufschlagt
wird. Dabei wird zunächst eine Kupferschicht abgeschieden. Die Oberfläche
dieser Kupferschicht wird durch eine Nickelschicht passiviert. Da diese Nickelschicht
eine schlechte Haftungsgrundlage für das Lot darstellt, wird die Oberfläche
der Nickelschicht anschließend mit einer Goldschicht versehen.
Möglicherweise wird in einem weiteren fotolithografischen Prozess
sodann die Goldschicht auf dem Redistribution Layer partiell an den Stellen wieder
entfernt, an denen der Redistribution Layer dann nicht mit Lot benetzt werden soll.
Um ein unkontrolliertes Abfließen von Lot in weiteren Prozessschritten
zu verhindern, wird anschließend über die gesamte Oberfläche eine
Schicht aus einem Lötstoplack abgeschieden. An den Stellen, an denen dann das
Lot aufgebracht werden sollen, wird mittels eines fotolithografischen Prozesses
die Schicht aus Lötstoplack geöffnet. In diesen Öffnungen wird sodann
ein Flussmittel abgeschieden und es werden Lotkugeln aufgebracht. Mittels eines
Schmelzprozesses werden die Lotkugeln sodann auf der Redistribution Layer aufgeschmolzen.
Nachteilig ist es bei diesem Verfahren, dass für die Realisierung
der Lötstopmaske zusätzliche aufwändige Prozessschritte, wie Beschichtung,
Belichtung, Entwicklung und Härten erforderlich sind, wodurch ein hoher Herstellungsaufwand
entsteht.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, den Aufwand zur Herstellung einer
Lötstopmaske zu minimieren.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass auf die metallische Oberfläche
der Umverdrahtungsleitung auf das Lötpad ein eine Passivierung der Umverdrahtungsleitung
verhinderndes Abdeckmaterial aufgebracht wird und anschließend eine Passivierung
der Oberfläche der Umverdrahtungsleitung unter Bildung von Lötstopeigenschaften
dieser Oberfläche durchgeführt wird.
In einer ersten Ausführung des Verfahrens wird auf die Oberfläche
eines Halbleiterchips eine metallisch leitfähige Opferschicht aufgebracht.
Die Oberfläche der Opferschicht wird mit einer Maske versehen, die eine Maskenöffnung
für die herzustellenden Umverdrahtungsleitung aufweist. In dieser Maskenöffnung
wird die Umverdrahtungsleitung schichtweise mit einer Kupferschicht und einer Passivierungsschicht
aufgebracht und auf die Oberfläche der Umverdrahtungsleitung, durch die Lötstopschicht
begrenzt, das Lot auf das Lötpad aufgeschmolzen. Dabei wird erfindungsgemäß
nach dem Aufbringen der Kupferschicht auf die Oberfläche der Kupferschicht
auf das Lötpad ein Abdeckmaterial aufgebracht. Dabei bedeckt dieses Abdeckmaterial
eine Fläche, die einer herzustellenden Öffnung in der Passivierungsschicht
auf dem Lötpad entspricht. Das Abdeckmaterial besteht aus einem eine nachfolgende
Abscheidung der Passivierungsschicht verhindernden Material. Anschließend erfolgt
die Abscheidung der Passivierungsschicht zugleich als Lötstopschicht. Danach
wird die Maske und das Abdeckmaterial entfernt und auf das Lötpad in die verbleibende
Öffnung in der Lötstopschicht das Lot in Form einer Lotkugel eingebracht.
Durch das Anordnen des Abdeckmateriales auf der Kupferschicht wird
verhindert, dass sich im Bereich dieses Abdeckmateriales die Passivierungsschicht
abscheidet. Wenn dann das Abdeckmaterial entfernt wird, verbleibt an dieser Stelle
die Öffnung in der Passivierungsschicht. Da die Passivierungsschicht zugleich
Lötstopeigenschaften aufweist, kann die Lotkugel in dieser Öffnung positioniert
und aufgeschmolzen werden, ohne dass es zu einem Abfluss des Lotes
kommt. Damit wird ersichtlich, dass das aufwändige lithografische Verfahren
zur Herstellung einer Lötstopschicht, wie es beim Stand der Technik erforderlich
ist, eingespart werden kann.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieser ersten Ausführung
der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Abdeckmaterial zugleich mit der Maske
entfernt wird. Ein zusätzlicher Prozessschritt zum Entfernen des Abdeckmateriales
kann somit vermieden werden.
In einer zweiten Ausführung des Verfahrens wird wiederrum auf
die Oberfläche eines Halbleiterchips eine metallisch leitfähige Opferschicht
aufgebracht. Die Oberfläche der Opferschicht wird mit einer Maske versehen,
die eine Maskenöffnung für die herzustellenden Umverdrahtungsleitung aufweist.
In dieser Maskenöffnung wird die Umverdrahtungsleitung schichtweise mit einer
Kupferschicht und einer Passivierungsschicht aufgebracht und auf die Oberfläche
der Umverdrahtungsleitung, durch die Lötstopschicht begrenzt, das Lot auf das
Lötpad aufgeschmolzen. Dabei wird nach dem Aufbringen der Kupferschicht auf
die Oberfläche der Kupferschicht auf das Lötpad ein eine nachfolgende
Abscheidung der Passivierungsschicht verhinderndes Abdeckmaterial mit Eigenschaften
eines Flussmittels aufgebracht. Anschließend erfolgt die Abscheidung der Passivierungsschicht
zugleich als Lötstopschicht. Danach wird die Maske entfernt und in eine auf
dem Lötpad verbleibende Öffnung in der Lötstopschicht auf das als
Flussmittel wirkende Abdeckmaterial das Lot in Form einer Lotkugel eingebracht.
Der Unterschied dieser zweiten Ausführung zu der oben dargestellten ersten
Ausführung besteht im Wesentlichen somit darin, dass das Abdeckmaterial nach
Abscheiden der Passivierungsschicht auf der Kupferschicht verbleibt und dieses gleichzeitig
als Flussmittel dient, so dass das zusätzliche Aufbringen eines Flussmittels
eingespart werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren in beiden Ausführungen
kann zweckmäßigerweise weiter ausgestaltet werden, wie dies nachfolgend
dargestellt ist.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass
die Passivierungsschicht, die zugleich die Funktion der Lötstopschicht übernimmt,
selbst aus einem Material mit Lötstopeigenschaften aufgebracht wird.
In einfachster Art und Weise kann diese Passivierungs- und Lötstopschicht
als Nickelschicht aufgebracht werden. Hierbei können herkömmliche galvanische
Prozesse zur Anwendung gebracht werden.
In einer anderen Ausführungsform ist hierzu vorgesehen, dass
die Passivierungs- und Lötstopschicht als Polymerschicht aufgebracht wird.
Das verwendete Polymermaterial übernimmt zum einen die Lötstopfunktion
und dient zum anderen der Abdeckung der Kupferschicht und somit der Verhinderung
von Umwelteinflüssen. Für das Aufbringen einer Polymerschicht ist es nicht
unbedingt erforderlich, dass hierzu ein galvanischer Prozess angewendet wird. Vielmehr
ist auch hier ein Beschichten, Spritzen oder die Anwendung eines Siebdruckverfahrens
möglich.
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass die Lötstopeigenschaften der Passivierungsschicht durch
eine Oxidation der Oberfläche der Passivierungsschicht erzeugt werden. Hierbei
zeigt das Material der Passivierungsschicht selbst keine oder geringe Lötstopeigenschaften.
Durch einen solchen Oxidationsschritt kann die Materialvielfalt, die für die
Passivierungsschicht zur Verfügung steht, erhöht werden.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Passivierungsschicht als
eine Oxidationsschicht aus der Kupferschicht erzeugt wird.
In einer dritten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, dass das Abdeckmaterial in Form einer Lötpaste aufgebracht
wird, anschließend das Lot auf der Lötpaste aufgeschmolzen wird und danach
die Umverdrahtungsleitung passiviert wird.
Hierzu ist es zweckmäßig, dass die Umverdrahtungsleitung
durch Oxidation passiviert wird.
In zweckmäßiger Art und Weise ist bei allen drei Ausführungen
vorgesehen, dass das Abdeckmaterial im Siebdruckverfahren aufgebracht wird. Mit
dem Siebdruckverfahren können relativ kleine Strukturen erzeugt werden, so
dass die Herstellung einer Öffnung in der Passivierungsschicht in der Größenordnung
von 100 bis einigen 100 &mgr;m kein Problem darstellt.
Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
1 den Prozessschritt des Aufbringens einer Kupferschicht
auf ein Halbleiterchip,
2 den Prozessschritt des Aufbringens einer Abdeckschicht,
3 den Prozessschritt des Aufbringens einer Passivierungsschicht
auf das Halbleiterchip,
4 den Prozessschritt des Entfernens von Maske und Abdeckschicht,
5 eine Draufsicht auf die Struktur gemäß
4,
6 den Prozessschritt des Einbringes von Lotmittel,
7 den Prozessschritt des Aufschmelzens einer Lotkugel,
8 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Chips
mit einer aufgebrachten Umverdrahtungsleitung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
9 den Querschnitt nach 8
mit Lötpaste auf dem Lötpad und eine Draufsicht auf das Lötpad und
10 einen Querschnit durch den Ausschnitt des Chips
mit einer passivierten Umverdrahtungsleitung und aufgeschmolzenem Lot und eine Draufsicht
auf das Lötpad.
Wie in 1 dargestellt, sind auch einem
Halbleiterchip 1 Kontaktstellen 2 angeordnet, die mit einer nicht
näher dargestellten Schaltungsstruktur in dem Halbleiterchip 1 elektrisch
leitend verbunden sind. Um diese Kontaktstellen 2 mit entsprechenden Kontaktstellen
auf einem nicht näher dargestellten Substrat zu verbinden, ist es erforderlich,
eine Umverdrahtung vorzunehmen. Hierzu wird auf die Oberfläche 3 des
Halbleiterchip 1 eine Opferschicht 4 abgeschieden. Diese Opferschicht
4 dient der Kontaktierung der gesamten Oberfläche 3 mit einem
elektrischen Potenzial zur späteren elektrolytischen Abscheidung von Schichten.
Die Oberseite der Opferschicht 4 wird mit einer Maske
5 versehen. Die Maske 5 ist mit Maskenöffnungen
6 versehen. Wie in 1 dargestellt, wird im
Bereich der Maskenöffnung 6 eine Kupferschicht abgeschieden, die in
Folge der Strukturierung über die Maskenöffnung eine Umverdrahtungsleitung
7 bildet.
Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben,
welches Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 2 entspricht.
Wie in 2 dargestellt, wird mittels eines
Siebdruckverfahrens in dem Bereich 8, der später das in
4 dargestellte Lötpad 9 in Form einer
Öffnung einer Passivierungsschicht 10 bilden wird, ein Abdeckmaterial
11 aufgebracht, welches aus einem organischen Material besteht.
Wie in 3 dargestellt, wird anschließend
auf die Oberseite der Kupferschicht der Unverdrahtungsleitung 7 die Passivierungsschicht
10 abgeschieden. Die Passivierungsschicht 10 besteht aus einer
Nickelschicht.
Da das Material des Abdeckmateriales 11 so gewählt wurde,
dass dieses eine Abscheidung der Passivierungsschicht 10 auf dem Abdeckmaterial
11 verhindert, entsteht nach Entfernung des Abdeckmateriales
11 von der Oberseite der Umverdrahtungsleitung 7 ein Lötpad
9 in Form einer Öffnung in der Passivierungsschicht 10. Damit
ist die Umverdrahtungsleitung 7 an seiner Vorderseite mit dem Lötpad
9 versehen, welches der späteren Herstellung einer nicht näher
dargestellten elektrisch leitenden Verbindung nach außen dient. Mittels der
Umverdrahtungsleitung 7 ist dann das Lötpad 9 mit den Kontaktstellen
2 elektrisch leitend verbunden.
Wie in 5 dargestellt, wird durch die
Passivierungsschicht 10 das Lötpad 9 in seinem gesamten Umfang
begrenzt. Da die Passivierungsschicht 10 auch als Lötstopschicht wirkt,
wird dadurch ein Abfließen eines Lotes vermieden.
Auf das Lötpad 9, d. h. in die Öffnung der Passivierungsschicht
10 wird dann entsprechend 6 ein Flussmittel
12 eingebracht. Anschließend wird, wie in 7
dargestellt, auf das Lötpad 9 das Lot 13 aufgebracht, indem
eine Lotkugel 14 eingelegt und ein Schmelzprozess eingeleitet wird, so
dass sich die Lotkugel 14 mit Unterstützung des Flussmittels
12 mit der Kupferschicht der Umverdrahtungsleitung 7 verbindet.
Nunmehr steht der Halbleiterchip 1 für eine Montage auf einem Substrat
zur Verfügung.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben,
welches Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 4 entspricht. Hierbei besteht das
Abdeckmaterial 11 bereits aus einem Flussmittel, welches in der ersten
Ausführungsform in 6 als Flussmittel
12 aufgebracht wird.
Wie in 3 dargestellt, wird nach oben
bereits zu 1 und 2 beschriebenen
Prozessschritten anschließend auf die Oberseite der Kupferschicht der Unverdrahtungsleitung
7 die Passivierungsschicht 10 abgeschieden. Die Passivierungsschicht
10 besteht aus einer Nickelschicht.
Da das Abdeckmaterial 11 aus Flussmittel 12 besteht,
welches ebenfalls eine Abscheidung der Passivierungsschicht 10 verhindert,
entsteht auf der Oberseite der Umverdrahtungsleitung 7 ein Lötpad
9 in Form einer Öffnung in der Passivierungsschicht 10. Damit
ist die Umverdrahtungsleitung 7 an seiner Vorderseite mit dem Lötpad
9 versehen, welches der späteren Herstellung einer nicht näher
dargestellten elektrisch leitenden Verbindung nach außen dient. Mittels der
Umverdrahtungsleitung 7 ist dann das Lötpad 9 mit den Kontaktstellen
2 elektrisch leitend verbunden. Eine Entfernung des Abdeckmateriales
11, wie in 4 dargestellt und ein Aufbringen
von Flussmittel 12, wie in 6
dargestellt, kann bei dieser zweiten Ausführungsform entfallen.
Auch bei dieser Variante des Verfahrens wird, wie in 5
dargestellt, durch die Passivierungsschicht 10 das Lötpad
9 in seinem gesamten Umfang begrenzt. Da die Passivierungsschicht
10 auch als Lötstopschicht wirkt, wird dadurch ein Abfließen
eines Lotes vermieden.
Wie in 7 dargestellt, wird dann auf das
Lötpad 9 die Lotkugel 13 eingelegt und ein Schmelzprozess
eingeleitet, so dass sich die Lotkugel 13 mit Unterstützung des Flussmittels
12 mit der Kupferschicht der Umverdrahtungsleitung 7 verbindet.
Nunmehr steht der Halbleiterchip 1 für eine Montage auf einem Substrat
zur Verfügung.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben,
welches Anspruch 1 in Verbindung mit Anspruch 10 entspricht.
Wie in 8 dargestellt, wird auch hier
davon ausgegangen, dass eine Umverdrahtungsleitung 7 für eine Verbindung
einer Kontaktstelle 2 mit einer nicht näher dargestellten äußeren
Kontaktstelle vorgesehen ist. Die Umverdrahtungsleitung 7 besteht auch
in diesem Falle aus einem lötfähigem Metall und ist beispielsweise aus
einer Kupferschicht erzeugt.
Wie in 9 dargestellt, wird nunmehr direkt
auf die Umverdrahtungsleitung 7 durch ein Siebdruckverfahren eine Lötpaste
15 auf das Lötpad 9 aufgebracht. Die Lötpaste
15 selbst ist ein pastöstes Material, welches aus kleinen Partikeln
eines Lotes, die in einem Flussmittel gebunden sind, besteht.
Wie in 10 dargestellt, wird die Umverdrahtungsleitung
7 anschließend einem Oxidationsprozess unterzogen, so dass die Umverdrahtungsleitung
7 auf ihrer Oberseite mit einer Oxidschicht 16 versehen wird.
Da die Lötpaste 15 gleichzeitig die Funktion eines Abdeckmateriales
11, wie es in den vorangegangenen beiden Ausführungsbeispielen beschrieben
ist, einnimmt, erfolgt unter der Lötpaste 15 keine Oxidation der Umverdrahtungsleitung
7. Andererseits stellt die Oxidschicht 16 einen Lötstopschicht
dar. Wird nun anschließend die Umverdrahtungsleitung 7 einer Schmelztemperatur
für die Lötpaste 15 ausgesetzt, so verschmelzen die Lotpartikel
in der Lötpaste 15 und das Lot 14 wird mit dem Lötpad
9 verbunden. Durch die Funktion der Oxidschicht 16 als Lötstopschicht
wird dabei verhindert, dass das Lot 14 auf dem Lötpad 9 breit
fließt. Nunmehr steht der Halbleiterchip 1 für eine Montage auf
einem Substrat zur Verfügung.
- 1
- Halbleiterchip
- 2
- Kontaktstelle
- 3
- Oberfläche
- 4
- Opferschicht
- 5
- Maske
- 6
- Maskenöffnung
- 7
- Umverdrahtungsleitung
- 8
- Bereich
- 9
- Lötpad
- 10
- Passivierungsschicht
- 11
- Abdeckmaterial
- 12
- Flussmittel
- 13
- Lotkugel
- 14
- Lot
- 15
- Lötpaste
- 16
- Oxidschicht