阅读说明：本技术 半导体装置和用于制造半导体装置的方法 (Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device ) 是由 M·施塔德勒 于 2020-02-18 设计创作，主要内容包括：一种半导体装置,该半导体装置包括下半导体芯片、布置在下半导体芯片的上主侧的上方的上半导体芯片、布置在下半导体芯片的上主侧上的金属化层、将上半导体芯片固定在下半导体芯片上的粘合材料,其中,该金属化层具有如下结构：该结构与该金属化层的其余部分相比具有增大的粗糙度,其中,该结构沿着上半导体芯片的轮廓布置。(A semiconductor device comprising a lower semiconductor chip, an upper semiconductor chip arranged above an upper main side of the lower semiconductor chip, a metallization layer arranged on the upper main side of the lower semiconductor chip, an adhesive material fixing the upper semiconductor chip to the lower semiconductor chip, wherein the metallization layer has the following structure: the structure has an increased roughness compared to the rest of the metallization layer, wherein the structure is arranged along the contour of the upper semiconductor chip.)

半导体装置和用于制造半导体装置的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体装置和一种用于制造半导体装置的方法。

背景技术

半导体装置例如可以是包括多于一个半导体芯片(例如两个彼此堆叠布置的半导体芯片)的半导体封装。堆叠的半导体芯片例如可以涉及功率半导体芯片和所属的控制芯片。在此，可以借助诸如胶粘剂的粘合材料将上半导体芯片固定在下半导体芯片的上主侧上。取决于诸如相应粘合材料的粘度、粘合材料的沉积量等参数，上半导体芯片会“浮(aufschwimmen)”在粘合材料上并由此离开其所设置的位置。这可能导致如下情况：上半导体芯片在半导体装置中造成短路或无法被正确地电接通(这例如因为，如果上半导体芯片未被正确地定位，则引线自动接合装置无法达到上半导体芯片的接通部)。改进的半导体装置或用于制造半导体装置的改进的方法可以有助于克服这些和其他问题。

通过独立权利要求的特征来解决本发明所基于的任务。

在从属权利要求中说明本发明的有利构型和扩展方案。

发明内容

具体示例涉及一种半导体装置，该半导体装置包括：下半导体芯片；上半导体芯片，其布置在下半导体芯片的上主侧的上方；金属化层，其布置在下半导体芯片的上主侧上；粘合材料，其将上半导体芯片固定在下半导体芯片上，其中，所述金属化层具有如下结构：所述结构与所述金属化层的其余部分相比具有增大的粗糙度，其中，该结构沿着上半导体芯片的轮廓布置。

具体示例涉及一种半导体装置，该半导体装置包括：下半导体芯片；上半导体芯片，其布置在下半导体芯片的上主侧的上方；金属化层，其布置在下半导体芯片的上主侧上；粘合材料，其将上半导体芯片固定在下半导体芯片上，其中，所述金属化层具有表面结构化部，该表面结构化部具有多个凹部，其中，所述表面结构化部沿着上半导体芯片的轮廓布置。

具体示例涉及一种用于制造半导体装置的方法，该方法包括：提供下半导体芯片；将金属化层施加在下半导体芯片的上主侧上；将金属化层结构化；借助粘合材料将上半导体芯片固定在下半导体芯片的上主侧上，其中，金属化层如此结构化，使得与所述金属化层的其余部分相比，所述金属化层沿着上半导体芯片的轮廓具有增大的粗糙度，其中，由这种结构将通过粘合材料对下半导体芯片的上主侧的浸润(Benetzung)限制到上半导体芯片下方的区域内。

附图说明

附图示出示例并且附图用于结合说明书来阐释本发明的原理。附图的元素不必彼此按比例绘制。相同的附图标记可以表示彼此相应的、相似的或相同的部分。

图1A和1B示出半导体装置的俯视图(图1A)和截面图(图1B)，该半导体装置具有上下叠置的两个半导体芯片以及结构化的金属化层；

图2示出另一半导体装置的俯视图，在该半导体装置中，所述结构包括专用的载流路径；

图3A至图3C分别示出处于不同制造阶段的半导体装置的立体视图。在图3A中，沉积粘合材料，在图3B中，将上半导体芯片置于粘合材料上。图3C示出如下情况：由于其低粘度而在金属化层上流散的粘合材料受到所述结构的约束；

图4A至图4D示出所述结构的凹部的不同的可能形状；

图5示出用于制造半导体装置的方法的流程图。

具体实施方式

在本说明书中，术语“耦合”和/或“电耦合”并不意味着元件必须直接地耦合；可以在“耦合”或“电耦合”元件之间提供中间元件。

在下文中描述包括多个半导体芯片的半导体装置。半导体芯片可以是不同类型的、通过不同技术制造并且例如包括集成电路、电光电路或机电电路和/或无源元件。半导体芯片例如可以设计为功率半导体芯片——例如功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(具有绝缘栅极的双极型晶体管)、JFET(结型场效应晶体管)、功率双极型晶体管或功率二极管。此外，半导体芯片可以包括控制电路、微处理器或微机电部件。在一个示例中，可以出现具有垂直结构的半导体芯片，即，可以如此制造半导体芯片，使得电流可以在垂直于半导体芯片的主表面的方向上流动。在一个示例中，具有垂直结构的半导体芯片可以在其两个主表面上——即在其上侧和下侧上——具有接通元件。半导体芯片可以由诸如Si、SiC、SiGe，GaAs或GaN的特定半导体材料制成。

半导体芯片可以具有电极(或接通部或接通面)，所述电极允许建立与半导体芯片中包括的集成电路的电接通。可以将一个或多个金属层施加到半导体芯片的电极上。可以以任何期望的几何形状和任何期望的材料组成来制造金属层。金属层例如可以以覆盖一区域的层的形式存在。可以将任何期望的金属或金属合金(例如铝、钛、金、银、铜、钯、铂、镍、铬或镍钒)用作所述材料。金属层不必是同质的或仅由一种材料制成，也就是说，金属层中包含的材料可以具有不同组成和不同浓度。电极可以位于半导体芯片的有源主表面上。

可以将在下文中描述的下半导体芯片置于系统载体(引线框架)上。系统载体可以具有任何形状、尺寸和任何材料。系统载体可以包括载体(管芯焊盘)和连接线路(引线)。在制造半导体装置期间，可以将载体和连接线路彼此连接。载体和连接线路也可以由一件制成。

图1A示出半导体装置100的示意性示例的俯视图。半导体装置100具有下半导体芯片101和上半导体芯片102。上半导体芯片102布置在下半导体芯片101的上主侧101_1的上方。金属化层103布置在下半导体芯片101的上主侧101_1上——例如布置在下半导体芯片101与上半导体芯片102之间。上半导体芯片102借助粘合材料104固定在下半导体芯片101上。金属化层103具有带有增大粗糙度的结构105(换言之，具有带有多个凹部的表面结构)，所述结构沿着上半导体芯片102的轮廓102_1布置。

在此，术语“粗糙度”尤其表示金属化层103中的具有预定义图案的结构化表面。这种粗糙度或表面结构化(例如通过增大接触角)影响沉积到金属化层上的液体(例如粘合材料104)的浸润特性。由此尤其可以防止液体在具有增大粗糙度的区域上分布。

下半导体芯片101例如可以是设计用于以高电压和/或高电流运行的功率半导体芯片。下半导体芯片101例如可以是FET或IGBT。下半导体芯片101可以具有垂直晶体管结构，该垂直晶体管结构具有在上主侧101_1上的第一功率电极和在相对置的下主侧上的第二功率电极。第一功率电极例如可以是源极或发射极。第二功率电极例如可以是漏极或集电极。然而，根据一个示例，所提到的电极也可以分别布置在下半导体芯片101的相对置的主侧上。下半导体芯片101可以具有其他电极——例如栅极或测量电极。所述栅极或测量电极例如可以布置在上主侧101_1上。

上半导体芯片102例如可以是设计用于控制下半导体芯片101的驱动芯片。上半导体芯片102例如可以通过诸如接合线的导电连接而与下半导体芯片101连接(图1A中未示出)。上半导体芯片102可以具有如下横向尺寸：该横向尺寸明显小于下半导体芯片101的横向尺寸(例如约为其一半大或甚至更小)。根据一个示例，上半导体芯片102仅在背离下半导体芯片101的上主侧上具有电连接端。上半导体芯片102的朝向下半导体芯片101的下主侧可以没有电连接端。

粘合材料104可以是胶粘剂——例如非导电胶粘剂。粘合材料104可以完全地或至少部分地覆盖上半导体芯片102的下主侧，并且粘合材料可以将两个半导体芯片101、102彼此电隔离。如图1A所示，粘合材料104可以突出超过上半导体芯片102的轮廓102_1。可以借助适当的沉积方法将粘合材料104沉积在下半导体芯片101的上主侧101_1上。例如，可以通过分配器将粘合材料104的一个或多个液滴沉积在上主侧101_1上。

粘合材料104可以具有高粘度或者也可以具有低粘度。在此，“高粘度”可以表示，粘合材料104的沉积在上主侧101_1上的液滴在沉积之后不会或仅较低程度地流散(即该粘合材料的形状基本上保持)。在此，“低粘度”可以表示，粘合材料104的沉积在上主侧101_1上的液滴在沉积之后倾向于流散(即该粘合材料的形状基本上不保持)。

在粘合材料104的沉积之后，将上半导体芯片102置于该粘合材料上。接下来，例如可以通过在烤炉中加热来将粘合材料104硬化。在进行硬化之前，仅通过粘度或由粘合材料104施加的表面张力来使上半导体芯片102保持在位置上。对于在半导体装置100中使用具有低粘度的粘合材料104的情况，如果低粘度的粘合材料104已经在上主侧101_1上流散，则上半导体芯片102可能从期望位置“浮出”。

在粘合材料104的硬化之后，如果上半导体芯片102的实际位置严重偏离于其预期位置，则上半导体芯片102上的连接端可能无法由引线接合装置所达到。此外，通过在位置上移动的上半导体芯片102可能引起电短路。如在下文中更详细描述的，结构105可以有助于避免这些问题。

金属化层103可以是下半导体芯片101的电极(尤其功率电极)的金属化部。金属化层103可以具有一个或多个任意的合适的金属或金属合金，或者金属化层例如由Al、Ag、Cu或Ti构成。可以在使用喷溅工艺的情况下制造金属化层103。金属化层103也可以布置在上半导体芯片102的下主侧的下方。粘合材料104可以使上半导体芯片102与金属化层103电隔离。金属化层103还可以具有一个或多个附加的接通区域103_1，所述接通区域例如设计用于提供下半导体芯片101的栅极连接端或测量连接端。

金属化层103中的结构105可以将上半导体芯片102完全包围(如图1A所示)，或者该结构也可以沿着上半导体芯片102的仅一侧或仅两侧(例如L形)或三侧(例如U形)布置。结构105可以伸入到上半导体芯片102的轮廓102_1内部的区域中，或者该结构可以完全地布置在轮廓102_1之外。

结构105可以具有多个凹部106，所述多个凹部构造在金属化层103中。凹部106可以布置在基体中。例如可以通过蚀刻工艺来在金属化层103中产生凹部106。凹部106可以是完全延伸穿过金属化层103的孔。

根据一个示例，金属化层可以具有1μm至100μm、尤其2μm至30μm或5μm至20μm范围内的厚度。金属化层尤其可以具有约10μm的厚度。所有凹部106可以具有相同的尺寸。然而，凹部106也可以具有不同的尺寸，例如布置得更靠近上半导体芯片102的凹部106可以具有与布置得更远离上半导体芯片102的其他凹部106不同的尺寸。凹部106可以具有0.05mm至0.5mm范围内(例如约0.1mm)的棱边长度或直径。

如图1A所示，结构105可以具有基本上为棋盘的图案(换句话说，凹部106可以布置成棋盘图案)。然而，结构105也可以具有另一种合适的图案——例如具有圆形凹部、三角形凹部等的图案。

图1B示出沿着图1A中的线A-A穿过半导体装置100的截面。如图1B所示，金属化层103可以在上半导体芯片102下方的区域之下延伸。粘合材料104可以完全填充上半导体芯片102下方的区域，并且该粘合材料可以横向地突出超过上半导体芯片102的轮廓。如在图1A和1B中可以看出，结构105表示如下区域：所述区域与金属化层103的其余部分相比具有增大的粗糙度。这种增大的粗糙度(例如通过增大接触角)防止粘合材料104在被施加之后从结构105以内的区域流出。

半导体装置100可以包括载体——例如引线框架(英语“leadframe”)，下半导体芯片101布置在该载体上并且还可能与该载体电连接。半导体装置100的功率连接端可以在金属化层103上布置在上半导体芯片102旁边，并且可以与该上半导体芯片电连接。半导体装置100还可以具有模制体(英语“molded body”)，该模制体将下半导体芯片101和上半导体芯片102封装在内。

图2示出另一半导体装置200，除了在下文中提到的区别之外，该半导体装置可以与半导体装置100相同。

具有如图1A中所示的棋盘图案的结构105会导致：金属化层103的直接位于上半导体芯片102下方(即在结构105内)的区域与在结构105之外的区域彼此未电连接或仅不良地电连接。然而，可能期望的是金属化层103的在结构105内部和外部的区域彼此电连接。因此，结构105可以如此构造，使得电流路径引导穿过结构105并将这些区域彼此连接。

在图2的示例中，结构105具有专用电流路径201。电流路径201可以具有任何合适的形状和布置。然而，电流路径201应如此构造，使得通过该电流路径不会抵消结构105的预期效果(即，防止上半导体芯片102从该其期望位置浮出)。

图3A和3B示出根据用于制造半导体装置的方法的一个示例的处于不同生产阶段的半导体装置100或200。

图3A示出粘合材料104已经沉积在下半导体芯片101(尤其金属化层103)上的阶段。粘合材料104的各个液滴301尤其可以彼此相邻地沉积。图3B示出在已经将上半导体芯片102置于粘合材料104上之后的阶段。通过上半导体芯片102的重量或通过由放置设备施加的压力，粘合材料104可能在上半导体芯片102下方侧向地被压出。然而，如以上已经阐述地，结构105防止粘合材料104在较大面积上分布。这例如可以通过如下方式实现：通过结构105来增大粘合材料104与金属化层103之间的接触角，这使金属化层103在结构105区域中的可浸润性降低。

在图3A的示例中示出粘合材料104在沉积之后以单个液滴301的形式存在。然而，取决于分别使用的粘合材料104的粘度或亲水性也可能出现如下情况：液滴301在沉积之后流散并且例如将金属化层103在结构105内的整个区域浸润。图3C示出这种情况的示例。然而，即使在这种情况下，粘合材料104也无法越过具有结构105的区域。

图4A至图4D以俯视图示出图3A中的区段B的替代图案的示例，所述替代图案可以代替棋盘图案在结构105中使用。如在图4A或图4B中所示，结构105例如可以具有圆形凹部或孔106的图案。如图4A中所示，凹部106可以彼此间隔开地布置。以这种方式，可以在结构105内的区域与结构105外的区域之间构造电流路径。然而，凹部106也可以如此布置，使得彼此相邻的凹部106接触(参见图4B)。

凹部的其他可能形状例如是如图4C中所示的三角形凹部106或如图4D中所示的菱形凹部106。三角形凹部106的尖端可以指向远离上半导体芯片102，或者所述尖端也可以指向上半导体芯片。

图5示出用于制造半导体装置的方法的流程图。方法500例如可以用于制造半导体装置100或200。

方法500包括：在501中，提供下半导体芯片；在502中，将金属化层施加在下半导体芯片的上主侧上；在503中，将金属化层结构化；在504中，借助粘合材料将上半导体芯片固定在下半导体芯片的上主侧上，其中，金属化层如此结构化，使得与该金属化层的其余部分相比，该金属化层沿着上半导体芯片的轮廓具有增大的粗糙度，其中，由这种结构将通过粘合材料对下半导体芯片的上主侧的浸润限制到上半导体芯片下方的区域内。

方法500可以进一步包括喷溅(sputtern)，以便施加金属化层103。在施加金属化层103之后，可以施加光刻胶来对金属化层103进行光刻结构化。在此，可以对被结构化的光刻胶覆盖的金属化层103进行蚀刻(尤其湿法蚀刻)。因此，可以在金属化层103中共同地产生结构105和任何其他结构。

根据方法500，上半导体芯片102的固定可以包括：通过液滴分配(Tropfenausgabe)来将粘合材料104施加在上主侧101_1上。可以如此施加粘合材料104的一个或多个液滴，使得如以上已经阐述地，通过金属化层103中的结构105来限制所述一滴或多滴粘合材料104的流散。

根据方法500，可以在将上半导体芯片102固定之后使粘合材料104硬化——例如借助在烤炉中加热。在硬化期间，可以通过由结构105施加到粘合材料104上的表面张力来将上半导体芯片102固定在其位置上。

示例

以下根据具体示例进一步阐述半导体装置和用于制造半导体装置的方法。

示例1是一种半导体装置，该半导体装置包括：下半导体芯片；上半导体芯片，其布置在下半导体芯片的上主侧的上方；金属化层，其布置在下半导体芯片的上主侧上；粘合材料，其将上半导体芯片固定在下半导体芯片上，其中，该金属化层具有如下结构：该结构与金属化层的其余部分相比具有增大的粗糙度，其中，该结构沿着上半导体芯片的轮廓布置。

示例2是根据示例1所述的半导体装置，其中，该结构具有多个凹部。

示例3是根据示例2所述的半导体装置，其中，所述凹部是完全延伸穿过金属化层的孔。

示例4是根据示例2或3所述的半导体装置，其中，所述凹部具有0.05mm至0.5mm范围内的棱边长度或直径。

示例5是根据以上示例中任一项所述的半导体装置，其中，该结构完全包围上半导体芯片。

示例6是根据以上示例中任一项所述的半导体装置，其中，由所述结构将通过粘合材料对下半导体芯片的上主侧的浸润限制到上半导体芯片下方的区域内。

示例7是根据以上示例中任一项所述的半导体装置，其中，粘合材料是胶粘剂。

示例8是根据以上示例中任一项所述的半导体装置，其中，金属化层是下半导体芯片的电极的金属化部。

示例9是根据以上示例中任一项所述的半导体装置，其中，该金属化层包括Cu或Al或由Cu或Al构成。

示例10是根据以上示例中任一项所述的半导体装置，其中，该结构如此构型，使得在金属化层中存在通过该结构的电流路径，该电流路径处于金属层在上半导体芯片下方的区域与金属化层在上半导体芯片的轮廓之外的区域之间。

示例11是一种半导体装置，该半导体装置包括：下半导体芯片；上半导体芯片，其布置在下半导体芯片的上主侧上方；金属化层，其布置在下半导体芯片的上主侧上；粘合材料，其将上半导体芯片固定在下半导体芯片上，其中，该金属化层具有表面结构化部，该表面结构化部具有多个凹部，其中，所述表面结构化部沿着上半导体芯片的轮廓布置。

示例12是根据示例11所述的半导体装置，其中，所述凹部如此相对于彼此布置，使得彼此间的距离不大于所述凹部的直径或棱边长度的两倍。

示例13是根据示例11或12所述的半导体装置，其中，所述凹部是完全延伸穿过金属化层的孔。

示例14是一种用于制造半导体装置的方法，该方法包括：提供下半导体芯片；将金属化层施加在下半导体芯片的上主侧处；将金属化层结构化；借助粘合材料将上半导体芯片固定在下半导体芯片的上主侧上，其中，金属化层如此结构化，使得与金属化层的其余部分相比，该金属化层沿着上半导体芯片的轮廓具有增大的粗糙度，其中，由这种结构将通过粘合材料对下半导体芯片的上主侧的浸润限制到上半导体芯片下方的区域内。

示例15是根据示例14所述的方法，其中，金属化层的施加包括喷溅。

示例16是根据示例14或15所述的方法，其中，金属化层的结构化包括施加光掩模和对金属化层进行蚀刻。

示例17是根据示例14至16中任一项所述的方法，其中，上半导体芯片的固定包括通过液滴分配来将粘合材料如此施加在上主侧上，使得通过金属化层中的结构来限制粘合材料的一个或多个液滴的流散。

示例18是根据示例14至17中任一项所述的方法，其中，上半导体芯片的固定包括将上半导体芯片如此布置在粘合材料上，使得上半导体芯片浮在粘合材料上。

示例19是根据示例14至18中任一项所述的方法，其中，上半导体芯片的固定包括对粘合材料进行硬化，其中，在硬化期间，通过由金属化层中的结构施加到粘合材料上的表面张力来固定上半导体芯片。

示例20是一种设备，其具有用于执行根据示例14至19中任一项所述的方法的装置。

尽管已经在此示出和描述了特定示例，但是对于本领域技术人员显而易见的是：在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以考虑所示的和所描述的特定示例的多个替代和/或等效的构型。本申请旨在覆盖在此讨论的特定示例的所有匹配或变型。因此期望的是，本发明仅通过权利要求及其等同内容进行限制。