Способ изготовления корпуса по размерам кристалла интегральной микросхемы

Авторы патента:

Громов Владимир Иванович (RU)

H01L23/02 - корпусы, уплотнения (H01L 23/12,H01L 23/34,H01L 23/48,H01L 23/552 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2410793:

Закрытое акционерное общество "ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ" (RU)

Изобретение относится к микроэлектронике. Сущность изобретения: в способе изготовления корпуса по размерам кристалла интегральной микросхемы, включающем присоединение к лицевой стороне исходной кремниевой пластины со сформированным кристаллом интегральной микросхемы другой кремниевой или стеклянной пластины-крышки, утонение исходной пластины, формирование на обратной утоненной стороне металлизированных контактных площадок, имеющих с соответствующими контактными площадками интегральной микросхемы низкоомное электрическое соединение, формирование на базе контактных площадок обратной стороны столбиковых выводов интегральной микросхемы, разделение на отдельные кристаллы-корпуса, низкоомное электрическое соединение между контактными площадками лицевой и обратной стороны исходной кремниевой пластины формируют с помощью сквозных низкоомных каналов в исходной кремниевой пластине перед процессом изготовления кристалла интегральной микросхемы путем локального травления канавок с обратной стороны исходной кремниевой пластины на глубину несколько большую толщины активных структур будущего кристалла интегральной микросхемы, термического окисления обратной стороны исходной пластины и стенок протравленных канавок до создания требуемой толщины изолирующего диоксида кремния, заполнения канавок сильнолегированным поликристаллическим кремнием, после чего к планарезированной обратной стороне исходной кремниевой пластины приклеивают опорную кремниевую пластину, затем лицевую сторону исходной кремниевой пластины сошлифовывают до появления поликремниевых областей локальных сквозных канавок и на этой поверхности формируют интегральную микросхему, затем к ней по всей площади лицевой поверхности присоединяют кремниевую или стеклянную пластину-крышку, устраняют опорную пластину и на вскрытой обратной стороне исходной кремниевой пластины в местах выхода локальных областей поликремния формируют столбиковые вывода микросхемы. Изобретение обеспечивает высокий процент выхода годных, низкую материалоемкость и себестоимость процесса корпусирования, высокие надежность и технические характеристики. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к изготовлению интегральных микросхем и полупроводниковых приборов в корпусах для поверхностного монтажа с минимальными размерами.

Известна конструкция корпуса и способ его изготовления, включающий создание кристаллов микросхемы на лицевой стороне первой полупроводниковой пластины первого типа проводимости и сквозных проводящих каналов в ней второго типа проводимости к областям контактных площадок микросхемы, присоединение к полупроводниковой пластине второй полупроводниковой пластины-крышки с полостями над кристаллами микросхемы, формирование на обратной стороне первой пластины металлических шариковых выводов в местах выхода сквозных проводящих каналов, разделение соединенных пластин на отдельные корпуса микросхем [А.С. СССР №1393249, кл. H01L 21/56].

Недостатком известного способа является создание сквозных проводящих каналов из того же полупроводникового материала другого типа проводимости, что не обеспечивает надежной изоляции и требуемого малого электрического сопротивления.

Известна серия матричных корпусов типа BGA (Ball Grid Array - «матрица шариковых выводов»):

- PBGA ("Plastic Ball Grid Array") - пластмассовые корпуса с матрицей шариковых выводов фирмы «Моторола»;

- CBGA - ("Ceramik B.G.A.") - керамические корпуса с матрицей шариковых выводов;

- CCGA - ("Ceramik Column Ball Grid Array") - керамические корпуса с матрицей столбиковых выводов;

- TBGA - ("Таре Bold Grid Array ") - матричные TAB корпуса («Матричные корпуса ИС», журнал «Электронные компоненты» 5-6, 1997, стр.20-23).

Все перечисленные корпуса обладают следующими одинаковыми технологическими процессами изготовления:

- формирование миниатюрной многослойной печатной платы с металлическими контактными площадками на лицевой и обратной стороне, связанных между собой должным образом сквозными металлизированными соединениями;

- присоединение кристалла микросхемы к лицевой поверхности платы;

- соединение контактных площадок лицевой поверхности платы с контактными площадками кристалла микросхемы термокомпрессионной разваркой золотой проволокой или методом «перевернутого» кристалла (Flip-Chip);

- создание матрицы шариковых выводов из припойного материала на базе контактных площадок обратной стороны платы;

- заливка лицевой стороны платы, включая кристалл микросхемы и контактные площадки, компаундом.

Технология изготовление корпусов BGA имеет ряд следующих недостатков. Определяющий конструкцию корпусов BGA способ соединения контактных площадок кристалла микросхемы с шариковыми выводами корпуса с помощью промежуточной многослойной платы увеличивает габаритные размеры корпуса, снижает его надежность из-за наличия большого количества составных компонентов корпуса, проволочных и интерметаллических межсоединений, повышает стоимость.

Известна конструкция и способ изготовления корпуса типа CSP (Chip Scale Package - корпус по размерам кристалла), который разработала фирма "Chip Scale Inc." и назвала "Micro SMT" ("MSMT"). Корпус изготавливается после формирования кристаллов микросхем с помощью ряда технологических операций в составе полупроводниковой пластины следующим способом: лицевую сторону кремниевой пластины со сформированными интегральными микросхемами приклеивают к стеклянной пластине-крышке, утоняют кремниевую пластину, травят в пластине-крышке сквозные каналы к областям контактных площадок микросхемы, наносят на стенки каналов металлическое покрытие и заполняют каналы полимерным материалом, затем сошлифовывают полимерный материал до появления металлизированного покрытия, на основе которого формируют столбиковые вывода корпуса, затем пластину скрайбируют на отдельные кристаллы-корпуса.

Более простой вариант изготовления подобного корпуса заключается в следующем: после приклейки стеклянной пластины-корпуса утоняется кремниевая пластина, локально травятся в кремнии каналы в областях под контактными площадками и в местах будущего разделения пластины на кристаллы до появления металлизированных контактных площадок микросхемы каналы заполняются полимером, локально травятся до повторного появления металлизированных контактных площадок, наносится слой металлизации, каналы снова заполняются полимером и локально травится металлизация, формируя контакты корпуса, затем следует скрайбирование (WWW. Chipscale. Com, 1998 Chip Scale REVIEW Design).

Недостатком данного способа является невозможность реализации матричной структуры выводов и наличие интерметаллических соединений.

Предлагаемый способ изготовления корпуса по размеру кристалла представляет собой следующий технологический маршрут (Фиг.1÷10):

- на обратной стороне кремниевой пластины (1) локально травят канавки (2) на глубину несколько большую толщины активных элементов (транзисторов и т.п.) будущего кристалла микросхемы (Фиг.1);

- термически окисляют обратную сторону исходной пластины и стенок протравленных канавок до создания требуемой толщины изолирующего диоксида кремния (3) (Фиг.2);

- окисления канавки заполняются сильнолегированным поликристаллическим кремнием (4) (Фиг.3);

- поверхность обратной стороны исходной пластины планаризируют (сошлифовывают) с удалением поликремния до появления оксида кремния в непротравленных областях обратной стороны исходной пластины (Фиг.4);

- к обратной стороне исходной пластины приклеивают с помощью высокотемпературного соединительного стекла (5) опорную кремниевую пластину (6) (Фиг.5);

- сошлифовывают лицевую сторону исходной кремниевой пластины до появления поликремниевых областей локальных сквозных канавок (Фиг.6);

- на сошлифованной лицевой стороне исходной кремниевой пластины любым из известных способов формируют кристаллы интегральной микросхемы (7) (Фиг.7);

- к лицевой стороне исходной пластины со сформированными кристаллами микросхемы присоединяют пластину-крышку (8) с помощью низкотемпературного соединительного стекла (9) (Фиг.8);

- отсоединяют или устраняют опорную пластину одним из известных способов (Фиг.9);

- на открытой окисленной обратной стороне исходной пластины в местах выхода локальных областей поликремния формируют столбиковые выводы микросхемы (10), выступающие над поверхностью обратной стороны на заданную величину (Фиг.10);

- разделяют известными методами всю пластину на отдельные кристаллы-корпуса.

На фиг.11 схематично изображен разрез части предлагаемого корпуса по размерам кристалла интегральных микросхем, изготовленного по предлагаемому способу. Формирование локальных сквозных канавок с изолированными диоксидом кремния боковыми поверхностями совмещают с формированием полной щелевой диэлектрической изоляцией компонентов микросхемы друг от друга.

Для увеличения уровня рассеиваемой мощности микросхемы (в применении для мощных тепловыделяющих микросхем) используют низкотемпературный соединительный материал с высокой теплопроводностью. Таким образом, малое тепловое сопротивление «кристалл микросхемы - корпус» определяется тем, что основание корпуса - это и есть кристалл микросхемы, который соединяют с крышкой тонким слоем теплопроводящего низкотемпературного соединительного стекла. Малое тепловое сопротивление перехода «корпус-теплоотвод» реализуется увеличением площади столбикового вывода без увеличения габаритов корпуса.

Для расширения области применения микросхем в корпусах по размеру кристалла для поверхностного монтажа на различные типы печатных плат столбиковые выводы формируют из поликристаллического кремния или гальванически выращенной меди или припойного материала.

Весь технологический цикл изготовления корпуса по предлагаемому способу производят одновременно с изготовлением кристаллов микросхемы в одной и той же чистой зоне полупроводникового кристального производства высокопроизводительными интегральными групповыми методами обработки, заканчивающимися маркировкой отдельных микросхем методами фотолитографии поверхности пластины-крышки, с последующим контролем электрических параметров и классификацией микросхем на пластине с помощью многозондовой автоматической установки, разделением на отдельные микросхемы, корпусированные по размеру кристалла, и упаковкой их в соответствующую транспортную тару.

Предлагаемое решение корпуса в части формирования сквозных каналов реализует технологический маршрут создания кремниевых структур типа «кремний на диэлектрике» (КНД) или «кремниевых структур с диэлектрической изоляцией компонентов» (КСДИ), в которых полная диэлектрическая изоляция элементов осуществляется или V-образными канавками (на кремнии ориентации <100>) или щелевой изоляцией.

Предлагаемое решение не исключает и использование изоляции элементов р-п переходом. Стоимость предлагаемого корпусирования может быть увеличена только при корпусировании стандартных микросхем, изготавливаемых обычно по биполярной технологии на исходном кремнии или простых однослойных эпитаксиальных структурах.

При производстве сложных ИС и СБИС, при использовании сложных исходных кремниевых структур, таких как КСДИ, КНД, изготовление этих структур входит составной частью в процесс изготовления корпуса, поэтому стоимость корпусирования снижается. Таким образом, отсутствуют ограничения по используемым технологиям изготовления ИС и полупроводниковых приборов в предлагаемом корпусном решении:

- биполярная технология;

- К-МОП, БиКМОП, ДМОП и аналогичные технологии;

- Различные способы изоляции элементов:

- р-п переходом

- диэлектрическая изоляция (V-канавкой, щелевая изоляция и т.п.);

- различные типы исходного материала:

- кремний п-типа

- кремний р-типа

- эпитаксиальные структуры (одно-, двухслойные, с одним или двумя скрытыми низкоомными слоями р- или п-типа и т.д.)

- КСДИ

- КНД

Поликремнивые сквозные каналы с малым электрическим сопротивлением надежно изолированы от основания корпуса - исходной кремниевой пластины слоем диоксида кремния, толщина которого выбирается из условий уменьшения паразитных емкостей, высокого пробивного напряжения и защиты от внешних механических, климатических и электрических воздействий. Все это увеличивает надежность такого корпуса и делает его универсальным для любых типов микросхем.

Предлагаемый способ изготовления корпуса предполагает только высокоэффективные групповые технологические методы изготовления, полностью происходящие в чистой зоне кристального производства, традиционные в технологии микроэлектронного производства. Предлагаемый способ исключает наиболее трудоемкие операции индивидуальной обработки, характерные для процесса сборки обычных корпусов такие, как посадка кристалла на основание, разварка выводов, герметизация, вырубка, лакировка и ряд операций, сопутствующих вышеперечисленным.

Все это и особенно отсутствие в предлагаемом способе проволочных и сварных соединений обеспечивает высокий процент выхода годных, низкую материалоемкость и себестоимость процесса корпусирования, высокие надежность и технические характеристики.

Предлагаемый способ позволяет облегчить разработку топологии интегральной микросхемы, появляются широкие возможности автоматического проектирования расположения элементов и трассировки металлизации между элементами схемы в гораздо меньшее количество уровней металлизации вследствие использования регулярной матрицы сквозных поликремниевых каналов и соответствующих им столбиковых выводов. В случае использования столбиковых выводов из поликремния достигается идеальная копланарность внешних выводов вследствие того, что изначально поверхность этих выводов была поверхностью поликремниевого слоя плоскопараллельного обратной стороне исходной пластины.

Предлагаемый способ изготовления реализует корпус по размерам кристалла микросхемы, обладающий наименьшими габаритами из всех известных и возможных конструкций. Его площадь меньше площади соответствующего кристалла микросхемы из-за отсутствия на кристалле контактных площадок для проволочной разварки, а высота равна толщине кристалла (0,1÷0,4 мм).

1. Способ изготовления корпуса по размерам кристалла интегральной микросхемы, включающий присоединение к лицевой стороне исходной кремниевой пластины со сформированным кристаллом интегральной микросхемы другой кремниевой или стеклянной пластины-крышки, утонение исходной пластины, формирование на обратной утоненной стороне металлизированных контактных площадок, имеющих с соответствующими контактными площадками интегральной микросхемы низкоомное электрическое соединение, формирование на базе контактных площадок обратной стороны столбиковых выводов интегральной микросхемы, разделение на отдельные кристаллы-корпуса, отличающийся тем, что низкоомное электрическое соединение между контактными площадками лицевой и обратной стороны исходной кремниевой пластины формируют с помощью сквозных низкоомных каналов в исходной кремниевой пластине перед процессом изготовления кристалла интегральной микросхемы путем локального травления канавок с обратной стороны исходной кремниевой пластины на глубину несколько большую толщины активных структур будущего кристалла интегральной микросхемы, термического окисления обратной стороны исходной пластины и стенок протравленных канавок до создания требуемой толщины изолирующего диоксида кремния, заполнения канавок сильнолегированным поликристаллическим кремнием, после чего к планарезированной обратной стороне исходной кремниевой пластины приклеивают с помощью высокотемпературного соединительного стекла опорную кремниевую пластину, затем лицевую сторону исходной кремниевой пластины сошлифовывают до появления поликремниевых областей локальных сквозных канавок и на этой поверхности формируют интегральную микросхему, затем к ней по всей площади лицевой поверхности присоединяют кремниевую или стеклянную пластину-крышку с помощью низкотемпературного соединительного материала, отсоединяют или устраняют опорную пластину и на вскрытой обратной стороне исходной кремниевой пластины в местах выхода локальных областей поликремния формируют столбиковые выводы микросхемы, выступающие над поверхностью обратной стороны на заданную высоту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют низкотемпературный соединительный материал с высокой теплопроводностью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют столбиковые выводы из высоколегированного поликремния или гальванически выращенной меди или припойного материала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование локальных сквозных канавок с изолированными диоксидом кремния боковыми поверхностями совмещают с формированием щелевой изоляции между отдельными элементами микросхемы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь технологический цикл изготовления корпуса производят в одной и той же чистой зоне полупроводникового кристального производства высокопроизводительными интегральными групповыми методами обработки, заканчивающимися маркировкой отдельных микросхем методами фотолитографии поверхности пластины-крышки, с последующим контролем электрических параметров и классификацией микросхем на пластине с помощью многозондовой автоматической установки, разделением на отдельные микросхемы корпусированные по размеру кристалла, и упаковкой их в соответствующую транспортную тару.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и предназначено для производства корпусов мощных биполярных и полевых ВЧ- и СВЧ-транзисторов. .

Корпус интегральной схемы // 2390876

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке керамических корпусов интегральных схем с устройствами для съема тепла. .

Корпус интегральной схемы // 2381593

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке корпусов интегральных схем типа «Package SOJ". .

Корпус для полупроводникового прибора свч и способ его изготовления // 2351037

Изобретение относится к электронной технике. .

Способ изготовления корпуса для полупроводникового прибора свч // 2345444

Изобретение относится к электронной технике, а именно к металлокерамическим корпусам для полупроводниковых приборов СВЧ. .

Корпус интегральной схемы // 2331138

Изобретение относится к электронной техники, в частности к микроэлектронному конструированию, и может быть использовано при проектировании планарных металлокерамических корпусов.

Корпус интегральной схемы // 2329568

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке корпусов интегральных схем. .

Силовой полупроводниковый прибор таблеточной конструкции // 2231862

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использовано при создании новых приборов силовой полупроводниковой электроники. .

Композиция термореактивной смолы (ее варианты), конструкция крепления полупроводникового устройства и способ изготовления полупроводникового устройства с использованием композиции термореактивной смолы // 2195474

Изобретение относится к термореактивным композициям смол, предназначенным для использования в качестве термореактивных композиций герметиков, быстро заполняющих пустоты в полупроводниковом устройстве, таком, как блок перевернутых чипов, который включает полупроводниковый чип, укрепленный на подложке носителя, обеспечивающий надежное соединение полупроводника с монтажной платой при кратком термическом отверждении.

Многокристальный модуль // 2091906

Изобретение относится к радиоэлектронной и цифровой электронно-вычислительной технике, в частности к микроэлектронному конструированию, и может быть использовано при проектировании многокристальных модулей на основе полупроводниковых подложек.

Корпус полупроводникового прибора // 2477544

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для производства корпусов биполярных и полевых мощных многокристальных ВЧ- и СВЧ-транзисторов

Светодиодная лампа // 2482566

Изобретение относится к области светотехники, в частности к светодиодным лампам с круговым обзорным освещением

Силовой полупроводниковый модуль с боковыми стенками слоистой конструкции // 2492548

Изобретение относится к силовому полупроводниковому модулю

Способ изготовления корпуса мощного полупроводникового прибора свч // 2494494

Изобретение относится к электронной технике. Способ изготовления корпуса мощного полупроводникового прибора СВЧ включает изготовление высокотеплопроводного основания и рамки из металла или сплава металлов, изготовление выводов, совмещение рамки с выводами и высокотеплопроводного основания, герметичное соединение их высокотемпературной пайкой, последующее расположение в корпусе, по меньшей мере, одного кристалла активного элемента и, по меньшей мере, одной согласующей интегральной схемы, по меньшей мере, одного полупроводникового прибора и соединение их низкотемпературной пайкой. Высокотеплопроводное основание изготавливают, по меньшей мере, с одним выступом на его лицевой стороне, дополнительно изготавливают компенсаторный элемент из металла или сплава металлов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. При совмещении рамки с выводами и высокотеплопроводного основания высокотемпературный припой располагают только между высокотеплопроводным основанием и рамкой с выводами, а упомянутое герметичное соединение осуществляют одновременно с соединением компенсаторного элемента с высокотеплопроводным основанием при температуре 650-1100°C. Технический результат - улучшение отвода тепла и снижение потерь СВЧ в корпусе и соответственно повышение выходной мощности полупроводникового прибора СВЧ, повышение надежности, выхода годных и технологичности. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Герметичный корпус модуля // 2526241

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к корпусам электрических приборов, в частности к герметичным корпусам, и может использоваться в конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности и теплоотводу. С целью повышения надежности и времени сохранения герметичности в корпусе, содержащем основание с внешними выводами, крышки, присоединенные к основанию пайкой по контуру, внешняя поверхность, по крайней мере, одной из крышек, вне зоны пайки содержит систему неровностей правильной формы, выполненных в виде пуклевок, а внутренняя поверхность крышки с пуклевками вне зоны пайки содержит слой геттера. 2 ил.

Регулирование температуры горячей стороны модуля термоэлектрического охлаждения // 2578059

Изобретение относится к системам термоэлектрического охлаждения. Система имеет горячую сторону с первой температурой и холодную сторону для размещения тепловой нагрузки. Горячая сторона окружена областью с температурой окружающего воздуха. Система содержит контактирующий с ней механизм постоянного поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха с целью повышения охлаждающей способности системы термоэлектрического охлаждения. Использование изобретения позволяет понизить температуру горячей стороны элемента термоэлектрического охлаждения, что приводит в итоге к повышению охлаждающей способности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Корпус для полупроводникового прибора свч // 2579544

Использование: для полупроводниковых приборов СВЧ. Сущность изобретения заключается в том, что корпус для полупроводникового прибора СВЧ содержит высокотепло- и электропроводное основание, рамку по периметру одной из поверхностей высокотепло- и электропроводного основания со сквозными отверстиями для металлокерамических вводов/выводов, по меньшей мере одну металлическую контактную площадку на упомянутой поверхности высокотепло- и электропроводного основания для расположения и последующего соединения с ним по меньшей мере одного кристалла полупроводникового прибора, по меньшей мере два металлокерамических ввода/вывода, одни контактные площадки которых выходят внутрь, а другие - через сквозные отверстия в рамке наружу корпуса, при этом высокотепло- и электропроводное основание, рамка, металлокерамические вводы/выводы соединены пайкой, высокотепло- и электропроводное основание выполнено из композиционного материала, при этом по меньшей мере из двух компонентов - высокотеплопроводного керамического и электропроводного при их соотношении, мас.%, (90-70):(10-30) соответственно, термические коэффициенты линейного расширения которых обеспечивают согласование с термическим коэффициентом линейного расширения кристалла полупроводникового прибора. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения массогабаритных характеристик, повышения технологичности и снижения трудоемкости изготовления при сохранении надежности, долговечности, выходной мощности полупроводникового прибора СВЧ. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.,1 ил.

Архитектура создания гибких корпусов // 2623697

Описывается архитектура создания гибких корпусов, которая подходит для искривленных форм корпусов. В одном примере корпус кремниевых кристаллов имеет некоторое множество кремниевых кристаллов, заделанных в гибкой подложке, гибкий прокладочный слой поверх заделанных кристаллов, тонкопленочный теплораспределительный слой поверх подложки, противоположный гибкому прокладочному слою, причем гибкой подложке с кристаллами и прокладкой придана искривленная форма и гибкая подложка отверждена так, что гибкая подложка сохраняет свою форму. Изобретение обеспечивает сборку низкопрофильных и высокоинтегрированных систем. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ изоляции при монтаже перевернутых кристаллов // 2648311

Использование: для сборки трехмерных интегральных схем (ИС) 3D БИС. Сущность изобретения заключается в том, что способ изоляции при монтаже перевернутых кристаллов включает сборку, на которую поступают кристаллы с контактными столбиками и подложки с металлизацией на контактных площадках из припоя заданной толщины, между кристаллом и подложкой размещают клейкую ленту, имеющую отверстия, рисунок которых является зеркальным отображением расположения контактных столбиков на кристалле, при сборке контактные столбики кристалла через отверстия в ленте совмещают с припоем контактных площадок на подложке, затем проводят пайку в вакууме, при нагреве до температуры пайки и давлении на кристалл припой расплавляется, при этом происходит смачивание припоем всей поверхности контактных столбиков кристалла, в результате этого происходит заполнение зазора между контактными столбиками и отверстиями в клеящей ленте, а т.к. толщина ленты соизмерима с расстоянием между кристаллом и подложкой, то под давлением кристалла и при температуре пайки происходит плотное соединение ленты с поверхностями кристалла и подложки, что исключает не только растекание припоя по поверхностям кристалла и подложки и короткое замыкание между контактами прибора, но и образование пор на границе ленты с паяемыми поверхностями кристалла и подложки. Технический результат: обеспечение возможности повышения теплоотвода от кристалла к подложке. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.