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