DE102004040503A1 - Semiconductor element such as a conductive bridging RAM has chip in housing with screening layer on chip and housing for electric and or magnetic shielding - Google Patents
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- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers und ein Verfahren zur Abschirmung eines Halbleiterbauelements.The The invention relates to a semiconductor device according to the preamble of the independent claim 1, a method of processing a wafer and a method for shielding a semiconductor device.
Halbleiterbauelemente, insbesondere Speicherbausteine, werden heute in den unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Dabei werden die Halbleiterbauelemente teilweise extrem widrigen Bedingungen ausgesetzt, beispielsweise mechanischen Belastungen, säurehaltigen Flüssigkeiten, Feuchtigkeit, sowie elektrischen und magnetischen Feldern. Insbesondere durch elektrische und magnetische Felder können die Schaltungseigenschaften und/oder Speichereigenschaften des Halbleiterbauelements verändert werden, so dass das Halbleiterbauelement nicht mehr bestimmungsgemäß arbeitet.Semiconductor devices, especially memory modules, are today in the most diverse Applications used. In this case, the semiconductor devices are partially exposed to extremely adverse conditions, such as mechanical Strains, acidic Liquids, Moisture, as well as electric and magnetic fields. Especially By electrical and magnetic fields, the circuit characteristics and / or memory properties of the semiconductor device are changed, so that the semiconductor device no longer works as intended.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement anzugeben, bei welchem Störeinflüsse der Anwendungsumgebung des Halbleiterbauelements vermindert werden.Of the The invention is therefore based on the object, a semiconductor device indicate at which disturbances the Application environment of the semiconductor device can be reduced.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements anzugeben, bei welchem Störeinflüsse der Anwendungsumgebung des Halbleiterbauelements vermindert werden.A Another object of the invention is to provide a simple and inexpensive To provide a method of manufacturing such a semiconductor device, which disturbs the Application environment of the semiconductor device can be reduced.
Die Aufgabe wird bei einem Halbleiterbauelement gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 18 und 19. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche und/oder werden in der weiteren Beschreibung erläutert.The The object is achieved in a semiconductor device with the features of the independent claim 1 and in a method of manufacturing a semiconductor device with the characteristics of the independent claims 18 and 19. Preferred Embodiments are the subject of the respective dependent claims and / or will be explained in the further description.
Das Halbleiterbauelement umfasst wenigstens einen insbesondere quaderförmigen Halbleiterchip, welcher eine Chipoberseite, eine Chipunterseite und vier Chipseitenflächen aufweist, und ein insbesondere quaderförmiges Gehäuse, welches eine Gehäuseoberseite, eine Gehäuseunterseite und vier Gehäuseseitenflächen aufweist. Dabei umgibt das Gehäuse den Halbleiterchip im Wesentlichen vollständig. Wenigstens die Chipoberseite, die Chipunterseite, die Gehäuseoberseite und/oder die Gehäuseunterseite ist mit einer Abschirmschicht im Wesentlichen vollständig bedeckt oder umschlossen, so dass der Halbleiterchip zumindest teilweise elektrisch und/oder magnetisch abgeschirmt ist.The Semiconductor device comprises at least one particular cuboid semiconductor chip, which has a chip top side, a chip bottom side and four chip side faces, and in particular a cuboid Casing, which is a housing top, a housing bottom and four housing side surfaces. It surrounds the case the semiconductor chip substantially completely. At least the chip top, the chip bottom, the case top and / or the housing bottom is substantially completely covered with a shielding layer or enclosed, so that the semiconductor chip at least partially electrically and / or magnetically shielded.
Eine Idee der Erfindung ist es also, ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, insbesondere einem Halbleiter-basierten Speicherbaustein bereitzustellen, wobei der Halbleiterchip elektrisch und/oder magnetisch abgeschirmt ist. Dies wird durch eine Abschirmschicht erreicht, die den Halbleiterchip im Wesentlichen vollständig umgibt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Halbleiterchip besonders geringe Schwellspannungen aufweist, da dann externe Felder im Chip Ladungen influenzieren können, die zum Löschen einer Zelle hinreichende Spannungen von beispielsweise mehr als 60 mV erzeugen können. Solch niedrige Schwellenspannungen treten insbesondere bei CBRAM(Conductive Bridging Random Access Memory)-Halbleiterchips auf.A The idea of the invention is thus to provide a semiconductor component with a Semiconductor chip, in particular to provide a semiconductor-based memory module, wherein the semiconductor chip electrically and / or magnetically shielded is. This is achieved by a shielding layer comprising the semiconductor chip essentially complete surrounds. This is particularly important when the semiconductor chip has particularly low threshold voltages, since then external fields can induce charges in the chip, the ones to delete a cell sufficient voltages of, for example, more than 60 mV can generate. Such low threshold voltages occur especially in CBRAM (Conductive Bridging Random Access Memory) semiconductor chips.
Bevorzugt ist der Halbleiterchip ein CBRAM-(Conductive Bridging Random Access Memory-)Speicherbautstein. CBRAM- Speicherbausteine sind auch als Programmable-Metallization-Cell-Speicherbausteine bzw. PMC-Speicherbausteine bekannt. Bei CBRRM-Speicherbausteinen handelt es sich um eine sehr Erfolg versprechende Technologie für Halbleiter-basierte Speicherbausteine. Zukünftig sind Produkte auf CBRAM-Technologie basierend sowohl als Ersatz für nichtflüchtige Flash-Speicher oder für DRAM-Speicher möglich.Prefers For example, the semiconductor chip is a CBRAM (Conductive Bridging Random Access Memory) Speicherbautstein. CBRAM memory modules are also Programmable Metallization Cell memory modules or PMC memory modules known. CBRRM memory devices are a very Promising technology for semiconductor-based memory devices. Future Products are based on CBRAM technology both as a replacement for non-volatile flash memory or for DRAM memory possible.
Die
derzeitige Forschung beschäftigt
sich eingehend mit der technischen Analyse von CBRAM-Speicherbausteinen.
Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde festgestellt, dass bereits
sehr niedrige Spannungspegel zum Betrieb ausreichend sind. Dieser
an sich vorteilhafte Umstand bedingt allerdings auch, dass auch
die tolerierbaren Störpegel sehr
viel niedriger sind als bei etablierten nichtflüchtigen Speichertechnologien,
wie beispielsweise Flash mit Betriebsspannungen in der Größenordnung
von 10 V.
Gleichzeitig sind die Speicherzellen im ON-Zustand mit ca. 105 Ω immer noch relativ hochohmig, d. h., die Leckströme sind gering, und besitzen in skalierten Geometrien eine sehr geringe Kapazität, so dass die Gefahr besteht, dass durch externe Felder im Chip influenzierte Ladungen sehr leicht die zum Löschen einer Zelle hinreichenden Spannungen von >60 mV erzeugen können. Mit den im Rahmen dieser Erfindung vorgestellten Package-Strategien können derartige externe Störeinflüsse abgeschirmt werden, so dass der Dateninhalt der CBRAM-Zellen nicht gefährdet ist.At the same time, the memory cells in the ON state with approximately 10 5 Ω are still relatively high-impedance, ie, the leakage currents are low, and have a very low capacitance in scaled geometries, so that there is a danger that charges influenced by external fields in the chip very easily generate enough voltage to erase a cell> 60 mV. With the presented in the context of this invention package strategies such external interference can be shielded so that the data content of the CBRAM cells is not compromised.
Gemäß einer ersten Packaging-Variante der Erfindung wird zunächst der Standard-Verpackungsablauf durchgeführt. Damit ist diese Variante im Prinzip für ein breites Feld üblicher Chip- Verpackungstechnologien, wie z. B. TSOP (Thin Small Outline Package), BGA (Ball Grid Array), Flip-Chip, CSP (Chip Scale Package), QFP (Quad Flat Package), Multichip-Packages oder dergleichen geeignet. Nach dem Standardverpackungsablauf wird durch Aufkleben von Metallfolien oder -blechen auf die Gehäuseoberseite, die Gehäuseunterseite und/oder wenigstens eine der vier Gehäuseseitenflächen ein Faraday-Käfig mit der gewünschten Abschirmwirkung erzeugt. Alternativ kann die Metallabschirmung auch durch rein mechanisches Klemmen angebracht werden.According to a first packaging variant of the invention, first of all the standard packaging process is carried out. So this variant is in prin zip for a wide range of common chip packaging technologies, such as TSO (Thin Small Outline Package), Ball Grid Array (BGA), Flip Chip, CSP (Chip Scale Package), QFP (Quad Flat Package), Multichip Packages, or the like. After the standard packaging process, a Faraday cage having the desired shielding effect is produced by adhering metal foils or sheets to the upper side of the housing, the underside of the housing and / or at least one of the four housing side surfaces. Alternatively, the metal shield can also be attached by purely mechanical clamping.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse also ein TSOP-, BGA-, Flip-Chip-, CSP-, QFP- und/oder Multichip-Package bzw. -gehäuse. Das Gehäuse kann auch ein bisher aus dem Stand der Technik unbekanntes Gehäuse sein. Mit anderen Worten kann die Erfindung auch für zukünftig entwickelte Gehäusearten bzw. Packaging-Varianten angewendet werden. Bei einem TSOP-Gehäuse treten an zwei der vier Gehäuseseitenflächen Pins zur Kontaktierung des Halbleiterchips aus, und die Gehäuseober- und -unterseite sowie die zwei Gehäuseseitenflächen ohne Pins sind mit der Abschirmschicht im Wesentlichen vollständig bedeckt.According to one first preferred embodiment The invention is the housing So a TSOP, BGA, flip-chip, CSP, QFP and / or multi-chip package or housing. The casing may also be a previously unknown from the prior art housing. In other words, the invention also for future developed housing types or packaging variants are applied. Join a TSOP enclosure on two of the four housing side surfaces pins for contacting the semiconductor chip, and the housing top and -unterseite and the two housing side surfaces without pins are with the Shielding layer substantially completely covered.
Weiterhin bevorzugt ist ein Pin als GND-(Ground-)Pin bzw. Masse-Pin ausgebildet, wobei zwischen diesem GND-Pin und der Abschirmschicht ein elektrischer Kontakt ausgebildet ist. Die Abschirmung bzw. Abschirmschicht kann damit zum Potenzialausgleich an die Leiterbahnen der Platine angeschlossen werden.Farther Preferably, a pin is designed as GND (ground) pin or ground pin, wherein between this GND pin and the shielding layer, an electrical Contact is trained. The shielding or shielding layer can thus connected to the conductor tracks of the board for potential equalization become.
Bevorzugt weist die Abschirmschicht einen umfalzbaren Vorsprung auf, der nach Aufbringen der Abschirmschicht durch Umfalzen mit dem GND-Pin kontaktierbar ist. Der umfalzbare Vorsprung wird im Folgenden auch mit seitlicher Kontaktfahne bezeichnet und ist bevorzugt an der oberen Schirmung, d. h. an der Abschirmschicht auf der Gehäuseoberseite vorgesehen. Durch einfaches Umbiegen dieses Metallstreifens bzw. der seitlichen Kontaktfahne kann der Erdungspin des Chips bzw. GND-Pin und die Abschirmung zum Potenzialausgleich kontaktiert werden.Prefers the shielding layer has a crimpable protrusion that follows Apply the shielding layer by crimping contactable with the GND pin is. The rollable projection will also be laterally with laterally Contact lug designates and is preferably on the upper shield, d. H. provided on the shielding layer on the upper side of the housing. By simple bending of this metal strip or the lateral contact lug can be the ground pin of the chip or GND pin and the shield to Potential equalization can be contacted.
Weiterhin bevorzugt wird die Abschirmschicht an der Gehäuseoberseite und an der Gehäuseunterseite jeweils durch eine Abschirmfolie gebildet, welche am Gehäuse durch Aufkleben oder mechanisches Klemmen fixiert ist. Durch Ausbilden der Abschirmschicht als Abschirmfolie kann eine besonders günstige und einfache Herstellung des Halbleiterbauelements erreicht werden. Die Abschirmfolie kann insbesondere größer gewählt werden als die Fläche der Gehäuseoberseite und/oder der Gehäuseunterseite, so dass nach Aufkleben der Kontaktfolie ein überstehender Bereich der Kontaktfolie gebildet wird, wobei der überstehende Bereich umgefalzt werden kann, so dass die Abschirmung bzw. Abschirmschicht der Gehäuseoberseite und der Gehäuseunterseite elektrisch miteinander verbunden sind, wodurch die Abschirmwirkung deutlich verbessert wird.Farther the shielding layer is preferred on the upper side of the housing and on the lower side of the housing each formed by a shielding foil which passes through the housing Gluing or mechanical clamping is fixed. By training the shielding as a shielding film can be a particularly favorable and simple production of the semiconductor device can be achieved. The shielding film can in particular be chosen to be larger than the surface of the Housing top and / or the housing bottom, so that after sticking the contact foil, a projecting portion of the contact foil is formed, the supernatant Area can be folded, so that the shield or shielding the top of the housing and the bottom of the case electrically connected to each other, whereby the shielding effect is significantly improved.
Das heißt, es ist vorteilhaft, wenn die Abschirmfolie der Gehäuseoberseite und/oder der Gehäuseunterseite über wenigstens eine Kante des Gehäuses und die an die Gehäuseoberseite und/oder Gehäuseunterseite angrenzende Gehäuseseitenfläche ohne Pins umgefalzt ist, so dass wenigstens eine Gehäuseseitenfläche und die Gehäuseoberseite und/oder Gehäuseunterseite mit einer einzelnen Abschirmfolie bedeckt und somit abgeschirmt sind. Wie oben erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, wenn jeweilige Abschirmfolie so groß gewählt wird, dass durch Umfalzen jeweils ein Kontakt zwischen der Abschirmfolie auf der Gehäuseoberseite bzw. der Abschirmfolie auf der Gehäuseunterseite hergestellt wird.The is called, It is advantageous if the shielding of the housing top and / or the housing bottom over at least an edge of the housing and the to the top of the housing and / or housing bottom adjacent housing side surface without Pins folded so that at least one housing side surface and the housing top and / or Housing bottom covered with a single shielding film and thus shielded are. As mentioned above, it is particularly advantageous if each shielding film is chosen so large that by folding each contact between the shielding on the top of the housing or the shielding film is made on the underside of the housing.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Abschirmschicht im Gehäuse integriert ist und innerhalb des Gehäuses so verläuft, dass der Halbleiterchip im Wesentlichen vollständig umschlossen ist. Bei dieser besonderen bevorzugten Ausführungsform werden also die Abschirmlagen bzw. die Abschirmschicht direkt beim Mouldprozess mit ins Gehäuse eingegossen, so dass kein zusätzlicher Klebevorgang erforderlich ist. Dies hat zusätzlich den Vorteil, dass die Abschirmplatte(n) jeweils in einer Vertiefung der Mouldmasse zu liegen kommen und die äußere Form des Gehäuses nicht geändert wird. Alternativ kann die Abschirmschicht auch aus einem metall- oder rußgefüllten Polymer oder auch aus Kunststoff gebildet werden, der beispielsweise in einem weiteren Spritzgussschritt aufgebracht werden kann.Farther it is advantageous if the shielding layer integrated in the housing is and inside the case so goes, that the semiconductor chip is substantially completely enclosed. At this particular preferred embodiment So are the shielding layers or the shielding directly at Mold process with into the housing poured in, so no additional Bonding process is required. This has the additional advantage that the shielding plate (s) each come to lie in a recess of the molding material and the outer shape of the housing not changed becomes. Alternatively, the shielding layer can also be made of a metal or carbon black-filled polymer or also formed from plastic, for example, in a further injection molding step can be applied.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement ein BGA-Substrat, auf dessen einen Seite der Halbleiterchip und dessen anderen Seite Kontaktlötbälle angeordnet sind, wobei die Abschirmschicht zwischen dem BGA-Substrat und dem Halbleiterchip liegt. Die Abschirmschicht kann dabei Teil des BGA-Substrats sein, d. h., bei der Herstellung des BGA-Substrats wird auf diesem eine Abschirmschicht ausgebildet, auf welcher der Halbleiterchip angeordnet bzw. aufgebracht oder aufgelegt wird. Die Abschirmschicht kann aber auch auf der Chipunterseite aufgebracht sein, und es kann ein Standard-BGA-Substrat verwendet werden.In a second preferred embodiment The semiconductor device comprises a BGA substrate, on one of which Side of the semiconductor chip and the other side contact solder balls arranged with the shielding layer between the BGA substrate and the semiconductor chip. The shielding layer may be part of the BGA substrate, d. H., in the manufacture of the BGA substrate, a shielding layer is formed thereon formed on which the semiconductor chip is arranged or applied or is hung up. The shielding layer can also be used on the Chip bottom can be applied, and it can be a standard BGA substrate be used.
Vorteilhaft ist es, wenn das BGA-Substrat auf der Seite, auf welcher der Halbleiterchip angeordnet ist, Kontaktpads zur Kontaktierung von Bonds des Halbleiterchips mit dem BGA-Substrat aufweist, wobei die Abschirmschicht das BGA-Substrat auf der Seite, auf welcher der Halbleiterchip angeordnet ist, im Wesentlichen vollständig bedeckt, und wobei die Abschirmschicht Unterbrechungen aufweist an den Stellen der Kontakt pads. Die Unterbrechungen können beispielsweise Löcher in der Abschirmschicht sein, wobei das BGA-Substrat im Bereich der Löcher bzw. Unterbrechungen freiliegt. Innerhalb der Löcher sind die Kontaktpads angeordnet. Vorteilhaft können die Kontaktpads und die Abschirmschicht in einem Herstellungsschritt hergestellt werden. Das heißt, die Kontaktpads und die Abschirmschicht können beispielsweise aus dem gleichen Material in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.It is advantageous if the BGA substrate on the side on which the semiconductor chip is arranged has contact pads for contacting bonds of the semiconductor chip with the BGA substrate, where wherein the Abschirmschicht the BGA substrate on the side on which the semiconductor chip is arranged, substantially completely covered, and wherein the shielding layer has interruptions at the locations of the contact pads. For example, the breaks may be holes in the shielding layer exposing the BGA substrate in the region of the holes or breaks. Within the holes, the contact pads are arranged. Advantageously, the contact pads and the shielding layer can be produced in one production step. That is, the contact pads and the shielding layer can be made, for example, of the same material in one operation.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse den auf dem BGA-Substrat angeordneten Halbleiterchip im Wesentlichen vollständig umschließt, und wenn die Gehäuseoberseite und/oder die Gehäuseseitenflächen im Wesentlichen vollständig von einer weiteren Abschirmschicht bedeckt oder umschlossen sind oder werden. Das Gehäuse bedeckt u. U. auch einen Teil des BGA-Substrats. Vorteilhaft ist es, wenn zwischen der zwischen Halbleiterchip und BGA-Substrat angeordneten Abschirmschicht und der weiteren Abschirmschicht ein elektrischer Kontakt besteht.Farther It is advantageous if the housing the semiconductor chip arranged on the BGA substrate substantially Completely encloses and if the case top and / or the housing side surfaces in Essentially complete are covered or enclosed by another shielding layer or will. The housing covered u. U. also a part of the BGA substrate. Is advantageous it when placed between the semiconductor chip and BGA substrate Shielding and the other shielding an electrical Contact exists.
Zur Ausbildung des elektrischen Kontakts ist es vorteilhaft, wenn das BGA-Substrat überstehende Bereiche aufweist, welche nicht vom Gehäuse abgedeckt sind, wobei die überstehenden Bereiche zumindest teilweise von der Abschirmschicht bedeckt sind. Die weitere Abschirmschicht, welche die Gehäuseoberseite und/oder die Gehäuseseitenflächen im Wesentlichen vollständig bedeckt, bedeckt auch die überstehenden Bereiche mit der Abschirmschicht, so dass der elektrische Kontakt im Bereich der überstehenden Bereiche ausgebildet ist oder wird, indem die weitere Abschirmschicht über der Abschirmschicht ausgebildet wird und so ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.to Training the electrical contact, it is advantageous if the BGA substrate protruding areas which does not come from the housing are covered, the supernatant Areas are at least partially covered by the shielding layer. The further shielding layer, which the housing top side and / or the housing side surfaces in Essentially complete covered, also covers the protruding Areas with the shielding layer, so that the electrical contact in the area of the supernumerary Areas is or is formed by the further shielding layer over the Shielding layer is formed and so an electrical contact will be produced.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Abschirmschicht die Chipoberseite und/oder -unterseite bedeckt, wobei die Abschirmschicht an Kontaktlöchern des Halbleiterchips unterbrochen ist. Diese dritte Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist besonders kostengünstig und einfach herzustellen, da die Verarbeitung zur Herstellung der Abschirmschicht auf Waferebene erfolgen kann. Das heißt, die Abschirmschicht auf der Chipoberseite und/oder Chipunterseite wird auf Waferebene vor dem Vereinzeln der Halbleiterchips aufgebracht, beispielsweise durch Abscheiden. Anschließend erfolgt das Öffnen der Kontaktlöcher, und das Vereinzeln der Chips.In a third preferred embodiment It is advantageous if the shielding layer, the chip top side and / or underside covered with the shielding layer at contact holes of the Semiconductor chips is interrupted. This third embodiment the semiconductor device is particularly inexpensive and easy to manufacture, since the processing for producing the shielding layer at the wafer level can be done. This means, the shielding layer on the chip top side and / or chip bottom side is applied at the wafer level before singulating the semiconductor chips, for example, by deposition. Subsequently, the opening of the Vias and the singulation of the chips.
Bei allen obigen Ausführungsformen ist es von Vorteil, wenn die Abschirmschicht aus einem metallischen Material besteht, insbesondere aus Aluminium, Silber, Kupfer und/oder Nickel. Somit wird mittels der Abschirmschicht eine elektrische Abschirmung erreicht.at all the above embodiments it is advantageous if the shielding layer of a metallic Material consists, in particular of aluminum, silver, copper and / or Nickel. Thus, by means of the shielding layer is an electrical Shielding achieved.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Abschirmschicht aus einem magnetischen metallischen Material besteht, insbesondere aus Eisen, Nickel, Kobalt und/oder einer geeigneten Legierung. Hierdurch wird eine magnetische Abschirmung erreicht.Farther it is advantageous if the shielding layer of a magnetic metallic material, in particular iron, nickel, cobalt and / or a suitable alloy. This will cause a magnetic Shielding achieved.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Abschirmschicht eine Schutzschicht, insbesondere Lackschicht, aufweist. Bei der Schutzschicht handelt es sich um eine passivierende Schutzschicht, die auf die oberste Metalllage, z. B. durch Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Bedrucken oder Ähnliches aufgebracht wird. Die Schutzschicht kann beispielsweise auch eine Beschriftung des Halbleiterbauelements enthalten.From It is furthermore advantageous if the shielding layer has a protective layer, in particular lacquer layer. The protective layer is is a passivating protective layer on top of the metal layer, z. B. by painting, steaming, sputtering, printing or the like is applied. The protective layer can, for example, a Caption of the semiconductor device included.
Das Verfahren zur Verarbeitung eines Wafers mit darin ausgebildeten Halbleiterchips umfasst die folgenden Schritte: Ausbilden einer oberen Abschirmschicht auf der Oberseite des Wafers, Öffnen der Kontaktpads auf der Oberseite des Wafers, wobei die Abschirmschicht dadurch durchbrochen wird, optionales Abdünnen des Wafers, Ausbilden einer unteren Abschirmschicht auf der Unterseite des Wafers, und Vereinzeln der Halbeiterchips. Beim Öffnen der Kontaktpads werden dabei die Kontaktlöcher zur Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet. Die Oberseite des Wafers ist als diejenige Seite des Wafers definiert, auf welcher die Kontaktlöcher ausgebildet werden. Die Oberseite des Wafers weist beispielsweise eine Polymerschutzschicht aus Siliziumnitrid oder Benzocyklobutan (BCB) auf. Die Unterseite des Wafers ist definiert als diejenige Seite, auf welcher das Halbleitersubstrat liegt.The A method of processing a wafer having formed therein Semiconductor chips comprises the following steps: forming a upper shielding layer on top of the wafer, opening the Contact pads on the top of the wafer, with the shielding layer is thereby broken, optional thinning of the wafer, forming a bottom shielding layer on the underside of the wafer, and Separating the semiconductor chips. When opening the contact pads while the contact holes designed for contacting the semiconductor chip. The top of the wafer is defined as the side of the wafer on which the contact holes be formed. For example, the top of the wafer points a polymeric protective layer of silicon nitride or benzocyclobutane (BCB). The bottom of the wafer is defined as the one Side on which the semiconductor substrate is located.
Das Verfahren zur Abschirmung eines Halbleiterbauelements mit einem Gehäuse umfasst die folgenden Schritte: Aufkleben einer Abschirmfolie auf die Gehäuseober- und/oder -unterseite, wobei die Abschirmfolie über die Gehäuseober- und/oder -unterseite übersteht und so überstehende Folienbereiche bildet, und Umfalzen der überstehenden Folienbereiche in Richtung der Seitenflächen des Gehäuses, so dass die Seitenflächen mit der Abschirmfolie beklebt werden. Durch das Verfahren zur Abschirmung eines Halbleiterbauelements ist also eine besonders einfache Herstellung der Abschirmung möglich: Es wird eine Abschirmfolie auf die Gehäuseober- und/oder -unterseite und/oder die Gehäuseseitenflächen aufgeklebt.The A method of shielding a semiconductor device with a casing includes the following steps: gluing a shielding film on the housing top and / or -unterseite, wherein the shielding over the Gehäusober- and / or underside and so supernatant Forms film areas, and crimping the protruding film areas in the direction of the side surfaces of the housing, leaving the side surfaces be covered with the shielding foil. By the method of shielding a semiconductor device is thus a particularly simple production Shielding possible: It is a shielding film on the Gehäusober- and / or -unterseite and / or the housing side surfaces glued.
Bei dem Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers und bei dem Verfahren zur Abschirmung eines Halbleiterbauelements ist es vorteilhaft, wenn die Abschirmschicht oder Abschirmfolie eine Schutzschicht umfasst.at the method of processing a wafer and the method for shielding a semiconductor device it is advantageous when the shielding layer or shielding film comprises a protective layer.
Die Erfindung und insbesondere bestimmte Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden de taillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.The Invention and in particular certain features, aspects and advantages The invention will be described with reference to the following de detailed description in Connection with the attached Drawings clarified.
In
der Ausführungsform
von
Die
Metallfolie
Die
Folienabschirmschicht
In
den
- – Standard-TSOP-Montage (Chip auf Leadframe, Verlöten bzw. Via-Bonding);
- – Gehäusespritzgießen;
- – lackierte Metallplatten oder Folien auf Ober- und/oder Unterseite kleben, wobei die Metallplatten oder Folien um die Stirn- und Endseiten des Chips gefalzt werden;
- – Verpacken des Chips, aus Leadframe ausstanzen und Leads umbiegen, wobei die Kontaktfahne der oberen Abschirmplatte bzw. Abschirmschicht den GND-Pin kontaktiert.
- Standard TSOP mounting (chip on leadframe, soldering or via-bonding);
- - housing injection molding;
- - Glue lacquered metal plates or films on top and / or bottom, wherein the metal plates or foils are folded around the front and end sides of the chip;
- - Packing the chip, punch out leadframe and bend leads, with the contact lug of the upper shield plate or shielding contacted the GND pin.
Die
Zwischen
dem Halbleiterchip
Die
BGA-Abschirmschicht
Durch
die Kontaktierung der BGA-Gehäuseabschirmschicht
Die
Erfindung kann selbstverständlich
auch für
weitere Technologien eingesetzt werden, beispielsweise für Flip-Chip-Technologien, wie
dies in
- – Abdünnen;
- – Die-Bonden (Epoxy);
- – Drahtbonden;
- – Gehäusespritzgießen;
- – Metallisierung der Oberseite (Sputtern, Bedampfen, Plating);
- – optional: Passivierung der Oberfläche (Lackieren, Bedampfen, Sputtern oder dergleichen).
- - thinning;
- - The bonding (epoxy);
- - wire bonding;
- - housing injection molding;
- Metallization of the upper side (sputtering, vapor deposition, plating);
- - optional: passivation of the surface (painting, steaming, sputtering or the like).
Die
Als
Waferoberseite
Gemäß dieser
Ausführungsform
wird auf der Waferoberseite
Die
Abschirmschicht
Nach
dem Ausbilden der Abschirmschicht werden die Kontaktlöcher
Anschließend kann
beispielsweise ein Frontend-(FE-)Wafertest durchgeführt werden.
Danach wird der Wafer abgedünnt,
d. h., die Metallisierungsebenen
Anschließend wird
auf der Waferunterseite
Nach
dem Aufbringen der Abschirmschicht
Anschließend werden
die Halbleiterchips
Die
- – Abscheiden der Abschirmmetallisierung, bevor die Kontaktpads geöffnet werden, wobei optional zusätzlich ein dünnes Schutzdielektrikum abgeschieden werden kann;
- – Pad-Litho;
- – Ätzen;
- – Frontend-(FE-)Test und Waferabdünnen;
- – Abscheiden einer Metall- und/oder Schutzschicht auf der Waferrückseite und Vereinzeln der Chips;
- – Montieren des Chips auf Standard-Carrier/Leadframe;
- – Drahtbonden;
- – Gehäusespritzgießen.
- - depositing the Abschirmmetallisierung before the contact pads are opened, optionally optionally a thin protective dielectric can be deposited;
- - pad litho;
- - etching;
- - front-end (FE) test and wafer wiping;
- - depositing a metal and / or protection layer on the wafer back and separating the chips;
- - mounting the chip on standard carrier / leadframe;
- - wire bonding;
- - Housing injection molding.
Die
Die
folgenden Erläuterungen
können
zum besseren Verständnis
der Erfindung oder von Aspekten davon beitragen:
Bisher existieren
weder Produkte noch Demonstrator-Chips basierend auf PCM-/CBRAM-Technologie sondern
lediglich experimentelle Realisierungen auf Waferlevel. Daher stellte
sich die Frage nach einer geeigneten Packaging-Technologie bisher
noch nicht.The following explanations may help to better understand the invention or aspects thereof:
So far, neither products nor demonstrator chips based on PCM / CBRAM technology exist, but only experimental realizations at wafer level. Therefore, the question of suitable packaging technology has not yet been raised.
Dem Problem von extern influenzierten Störspannungen, die die Datenintegrität eines CBRAM-Speichers gefährden könnten, wird erfindungsgemäß durch Abschirmung der externen Störfelder begegnet. Dazu werden drei unterschiedliche Ansätze vorgestellt, mit denen metallische Abschirmlagen
- 1. auf das Chipgehäuse geklebt werden,
- 2. von oben auf das Gehäuseäußere sowie auf der Unterseite im Gehäuseinneren liegen bzw.
- 3. direkt auf den Chip aufgebracht werden und damit vollständig im Gehäuse liegen.
- 1. be glued to the chip housing,
- 2. lie on top of the housing exterior as well as on the bottom inside the housing or
- 3. be applied directly to the chip and thus lie completely in the housing.
Durch die gut leitfähigen Abschirmlagen wird zuverlässig vermieden, dass extern (z. B. im Computergehäuse) auftretende Störfelder in den Chip einkoppeln können und dort in den Leiterbahnen Spannungen influenzieren können, die den Speicherinhalt bedrohen.By the most conductive Shielding layers becomes reliable avoids interference fields that occur externally (eg in the computer housing) can couple into the chip and there in the tracks can induce tension, the threaten the memory contents.
Ein Aspekt der Erfindung ist es also, dass in herkömmliche Standard-Packages zusätzlich eine Abschirmung gegen elektrische Felder bzw. bei geeigneter Materialwahl gegen elektrische und magnetische Felder integriert wird. Diese kann in verschiedene Ausführungen erfolgen, hier sind 3 prinzipiell verschiedene Varianten skizziert:
- 1. an der Gehäuseaußenseite angebrachte Metallplatten bzw. -folien
- 2. z. T. auf die Mouldmasse aufgebrachte sowie z. T. im Gehäuse liegende Abschirmung
- 3. direkt auf den Chip aufgebrachte Abschirmung.
- 1. attached to the outside of the housing metal plates or foils
- 2. z. T. applied to the molding compound and z. T. lying in the housing shield
- 3. shielding applied directly to the chip.
Im
Folgenden werden die unterschiedlichen Realisierungen der integrierten
Gehäuseabschirmung
anhand konkreter Ausführungsbeispiele
für TSOP-
bzw. BGA-Standard-Packages beschrieben:
Erste bevorzugte Ausführungsform – Gehäuse mit externer
Abschirmung (s.
Bei
dieser Packagingvariante wird zunächst der Standard-Verpackungsablauf
durchgeführt.
Damit ist diese Variante im Prinzip für ein breites Feld üblicher Chip-Verpackungstechnologien
wie z. B. TSOP (Thin Small Outline Package), BGA (Ball Grid Array), Flip-Chip,
CSP (Chip Ccale Package), QFP (Quad Flat Package), Multi-Chip-Packages,
etc. geeignet. Anschließend
wird durch Aufkleben von Metallfolien oder -blechen auf die Ober-
und/oder Unterseite ein Faraday-Käfig mit der gewünschten
Abschirmwirkung erzeugt. Alternativ kann die Metallabschirmung auch
durch rein mechanisches Klemmen angebracht werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden die Metallfolien so groß gewählt, dass
sie an der Seite des Gehäuses
ohne Kontaktpins überstehen, so
dass sie durch Umfalzen die Oberseite mit der Unterseite elektrisch
verbinden, was die Abschirmwirkung deutlich verbessert. Mit einer
seitlichen Kontaktfahne, bevorzugt an der oberen Schirmung, kann weiterhin
durch einfaches Umbiegen dieses Metallstreifens der Erdungspin des
Chips kontaktiert werden und die Abschirmung damit zum Potenzialausgleich
an die Leiterbahnen der Platine angeschlossen werden.In the following, the different implementations of the integrated housing shield are described on the basis of concrete exemplary embodiments for TSOP or BGA standard packages:
First Preferred Embodiment - Housing with External Shielding (s.
In this packaging variant, the standard packaging process is first carried out. Thus, this variant is in principle for a wide field of conventional chip packaging technologies such. TSO (Thin Small Outline Package), BGA (Ball Grid Array), Flip Chip, CSP (Chip Ccale Package), QFP (Quad Flat Package), Multi-Chip Packages, etc. are suitable. Subsequently, by adhering metal foils or sheets to the top and / or bottom, a Faraday cage with the desired shielding effect is produced. Alternatively, the metal shield can also be attached by purely mechanical clamping. In a preferred embodiment, the metal foils are chosen to be so large that they protrude on the side of the housing without contact pins, so that they electrically connect the upper side to the lower side by being folded over, which significantly improves the shielding effect. With a lateral contact lug, preferably on the upper shield, the ground pin of the chip can furthermore be contacted by simply bending over this metal strip and the shield can thus be connected to the conductor tracks of the board for potential equalization.
Wird eine nach außen hin elektrisch isolierende Oberfläche des Bauteils gewünscht, so können einseitig lackierte Metallfolien bzw. -bleche zur Abschirmung verwendet werden, oder unlackierte Bleche nachträglich durch Bedrucken oder anderweitiges Beschichten mit einer isolierenden Schutzschicht versehen werden.Becomes one outwards towards electrically insulating surface of the component desired, so can one-sided painted metal foils or sheets used for shielding be, or unpainted sheets subsequently by printing or otherwise coating provided with an insulating protective layer become.
Eine weitere besondere Ausführungsform sieht vor, dass die Abschirmlagen direkt beim Mouldprozess mit ins Gehäuse eingegossen werden, so dass kein zusätzlicher Klebevorgang erforderlich ist. Dies hat zusätzlich den Vorzug, dass die Abschirmplatte(n) jeweils in einer Vertiefung der Mouldmasse zu liegen kommen und die äußere Form des Gehäuses nicht geändert wird.A sees another particular embodiment suggest that the shielding layers cast directly into the housing during the molding process so no extra Bonding process is required. This has the additional advantage that the Shielding plate (s) each lie in a recess of the molding material come and the outer shape of the housing not changed becomes.
Zweite
bevorzugte Ausführungsform – BGA-Gehäuse mit
integrierter Abschirmung (s.
Bei
dieser Packagingvariante wird ein Hybridansatz in dem Sinne verfolgt,
dass die Abschirmmetallisierung zum Teil an der Außenseite
des Gehäuses
verläuft
und zum anderen Teil auf dem BGA-Carrier integriert im Inneren des
Gehäuses
liegt. In diesem Fall wird nach dem Abdünnen und Vereinzeln des Wafers der
Chip auf einen z. B. BGA-Carrier bzw. BGA-Substrat montiert, der
neben den Kontaktpads eine homogene Oberflächenmetallisierung aufweist.
Diese ist durch Isolations-„Rahmen" von den eigentlichen Kontakten
getrennt; lediglich der Erdungspin kann mit der Carriermetallisierung
zusammenfallen. Diese Metallschicht auf dem Carrier leistet die
Abschirmung nach unten hin und bildet die untere Hälfte des
Faraday-Käfigs.Second Preferred Embodiment - BGA package with integrated shield (s.
In this packaging variant, a hybrid approach is followed in the sense that the Abschirmmetallisierung runs partly on the outside of the housing and the other part is integrated on the BGA carrier inside the housing. In this case is after thinning and separating the wafer, the chip on a z. B. BGA carrier or BGA substrate mounted, which in addition to the contact pads has a homogeneous surface metallization. This is separated from the actual contacts by isolation "frames", only the ground pin can coincide with the carrier metallization, which metal layer on the carrier provides the shield down and forms the lower half of the Faraday cage.
Anschließend wird
der Chip durch Drahtbonden mit den Kontaktpads verbunden, um die
elektrischen Anschlüsse
zu den Lötball-Kontakten
bzw. Balls auf der Unterseite des BGA-Carriers durchzuführen. Alternativ
kann natürlich
auch die Kontaktierung auf den BGA-Carrier durch Ballkontakte erfolgen
(vgl.
Nach dem Spritzgießen der Mouldmasse wird das Gehäuse auf der Oberseite mit Metall z. B. durch Sputtern, Bedampfen, elektrolytisch o. Ä. mit Metall beschichtet. Bevorzugterweise kontaktiert diese Metallschicht dabei den unteren Metallfilm auf dem Carrier, so dass der gesamte Chip (mit Ausnahme der schmalen Isolationsrahmen auf dem Carrier) von Metall umschlossen ist. Schließlich kann optional noch eine isolie rende bzw. passivierende Schutzschicht auf die oberste Metalllage z. B. durch Lackieren, Bedampfen, Sputtern, Bedrucken o. Ä. aufgebracht werden, welche u. U. auch bereits eine Beschriftung enthält.To injection molding The molding compound becomes the housing on the top with metal z. B. by sputtering, vapor deposition, electrolytic o. Ä. with metal coated. Preferably, this metal layer contacts the bottom metal film on the carrier, leaving the entire chip (except for the narrow isolation frames on the carrier) of Metal is enclosed. After all Optionally, an insulating or passivating protective layer on the topmost metal layer z. B. by painting, steaming, sputtering, Printing o. Ä. be applied, which u. Already a label contains.
Dritte
bevorzugte Ausführungsform – Chip mit
integrierter Abschirmung in verschiedenen Gehäuseformen (vgl.
Bei
dieser Ausführungsform
wird die Schirmung direkt auf den Chip selbst aufgebracht und liegt
damit im fertigen Bauteil komplett innerhalb des Kunststoffgehäuses. Damit
bietet sich diese Ausführungsform insbesondere
für chemisch
aggressive Umgebungen an. Ein weiterer Vorzug sind die geringen
Kosten, da die Abschirmmaßnahmen
auf Waferskala erfolgen können.Third Preferred Embodiment - Integrated shield chip in various package forms (cf.
In this embodiment, the shield is applied directly to the chip itself and thus lies completely in the finished component within the plastic housing. Thus, this embodiment is particularly suitable for chemically aggressive environments. Another advantage is the low cost, since the shielding measures can be done on a wafer scale.
Das
Verfahren sieht vor, auf den fertig prozessierten Wafer vor Öffnen der
Polyimid-Schutzschicht über
den Kontaktpads die Abschirmmetallisierung (und optional weitere
isolierende Schutzschichten) homogen aufzubringen. Anschließend wird
die Lithografie zur Öffnung
der Kontaktpads durchgeführt
und die abgeschiedenen Schichten werden lokal abgeätzt. Anschließend wird
der Wafer abgedünnt
und auch auf der Rückseite
metallisiert (inkl. eventuell gewünschter Schutzschichten). Nach dem
Vereinzeln der Chips werden diese entweder auf Leadframes (z. B.
für TSOP-Gehäuse) oder BGA-Carrier
o. Ä. montiert,
gebondet sowie mit Mouldmasse umschlossen. (s.
Bei geeigneter Materialwahl der Abschirmlagen, z. B. bei Verwendung ferromagnetischer Materialien wie Fe, NiFe, NiCr, „μ-Metall" etc. kann auch eine sehr gute Abschirmwirkung gegen magnetische Felder erzielt werden, weshalb die Erfindung auch für Gehäuse von MRAM-Speichern anwendbar ist.at suitable choice of material of the shielding layers, z. B. when using ferromagnetic materials such as Fe, NiFe, NiCr, "μ-metal" etc. can also be a very good shielding effect against magnetic fields can be achieved, why the invention also for housing of MRAM storage is applicable.
- 00
- HalbleiterbauelementSemiconductor device
- 11
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 22
- Metallisierungsebenenmetallization
- 33
- PolymerschutzschichtPolymer protective layer
- 44
- Kontaktlöchervias
- 55
- Kontaktpadscontact pads
- 66
- Bondsbonds
- 77
- Pinspins
- 88th
- Gehäusecasing
- 8'8th'
- BGA-GehäuseBGA package
- 99
- GehäuseunterseiteHousing bottom
- 1010
- GehäuseoberseiteHousing top
- 1111
- Gehäuseseitenflächen mit PinsHousing side surfaces with pins
- 1212
- FolienabschirmschichtFolienabschirmschicht
- 1313
- Metallfoliemetal foil
- 1414
- Lackschichtpaint layer
- 1515
- Kontaktfahnecontact tag
- 1616
- GND-PinGND pin
- 1717
- überstehende Folienbereichesupernatant film regions
- 1818
- Gehäusekantehousing edge
- 1919
- BGA-SubstratBGA substrate
- 2020
- Unterseite des BGA-Substratsbottom of the BGA substrate
- 2121
- Kontaktlötbälle bzw. BallsContact solder balls or Balls
- 2222
- Oberseite des BGA-Substratstop of the BGA substrate
- 2323
- BGA-KontaktpadsBGA contact pads
- 2424
- BGA-AbschirmschichtBGA-shielding
- 2525
- Umverdrahtungsebenenwiring planes
- 2626
- Ausnehmungrecess
- 2727
- GND-BondGND Bond
- 2828
- BGA-GehäuseabschirmschichtBGA Gehäuseabschirmschicht
- 2929
- überstehende BGA-Substratbereichesupernatant BGA substrate areas
- 3030
- BGA-GehäuselackschichtBGA package varnish layer
- 3131
- Flip-Chip-LotkugelnFlip-chip solder balls
- 3232
- Wafer-OberseiteWafer top
- 3333
- Wafer-UnterseiteWafer underside
- 33'33 '
- Wafer-Unterseite des abgedünnten WafersWafer underside of the thinned wafer
- 3434
- Abschirmschichtshielding
- 3535
- Schutzschichtprotective layer
- WW
- Teil eines Waferspart a wafer
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004040503A DE102004040503A1 (en) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Semiconductor element such as a conductive bridging RAM has chip in housing with screening layer on chip and housing for electric and or magnetic shielding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004040503A DE102004040503A1 (en) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Semiconductor element such as a conductive bridging RAM has chip in housing with screening layer on chip and housing for electric and or magnetic shielding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004040503A1 true DE102004040503A1 (en) | 2006-02-23 |
Family
ID=35721538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102004040503A Ceased DE102004040503A1 (en) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Semiconductor element such as a conductive bridging RAM has chip in housing with screening layer on chip and housing for electric and or magnetic shielding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102004040503A1 (en) |
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