PL169823B1

PL169823B1 - Sposób wytwarzania ukladów scalonych PL

Info

Publication number: PL169823B1
Application number: PL92308140A
Authority: PL
Inventors: Pierre Badehi
Original assignee: Pierre Badehi
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1996-09-30
Also published as: NO950960D0; GT199300053A; IL106710A0; NO950960L; PL308140A1; EP0660967A1; IL106710A; EP0660967B1; HU9500783D0; MY129454A; FI951142A; JP3621093B2; MA25277A1; CA2144323A1; DE69231785D1; AU2554192A; JPH08503813A; KR100310220B1; PT101354A; WO1994007267A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania ukladów scalonych, w którym wytwarza sie plytke pólprzewodnikowa majaca powierzchnie czynna i równolegla do niej druga powie- rzchnie, umieszczona przeciwlegle wzgledem tej powie- rzchni czynnej, nastepnie wytwarza sie struktury pólprzewodnikowe ukladu scalonego na powierzchni czynnej plytki pólprzewodnikowej, a w kazdej ze stru - ktur pólprzewodnikowych wprowadza sie wkladki, zna- m ienny tym, ze przymocowuje sie pierwsza izolacyjna nakladke (26, 126) do stru k tu r pólprzewodnikowych (2 2 , 122) ukladu scalonego n a powierzchni czynnej (24, 124) plytki pólprzewodnikowej (20, 120), oddziela sie struktury pólprzewodnikowe (22, 122) ukladu scalone- go wzajemnie od siebie i okresla sie ich brzegi, przy czym struktury pólprzewodnikowe (22, 122) pozostawia sie przymocowane do izolacyjnej nakladki (26, 126), naste- pnie brzegi i w spom niana druga powierzchnie stru k tu r pólprzewodnikowych (22, 122) ukladu scalonego po- krywa sie ochronna w arstw a uszczelniajaca (44, 53) i segmentuje sie plytke (20, 120) wraz z ochronna war- stwa uszczelniajaca (44, 53) oraz nakladka izolacyjna (26, 126) przymocowana do niej, przez co okresla sie wstepnie upakowane uklady scalone. 2. Sposób wedlug zastrz. 1. znam ienny tym . ze podczas segmentowania odslania sie powierzchnie (51, 52) przekroju poprzecznego wkladek (34). FIG. 2 FIG. 1 ( 5 4 ) Sposób wytwarzania ukladów scalonych PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania układów scalonych.

Zasadniczy etap wytwarzania wszystkich układów scalonych jest znany jako upakowywanie i obejmuje mechaniczne i środowiskowe zabezpieczanie mikroukładu krzemowego, który znajduje się wewnątrz układu scalonego, jak również wzajemne łączenie elektryczne określonych punktów na krzemowym mikroukładzie z zewnętrznymi zaciskami elektrycznymi.

Obecnie stosuje się trzy zasadnicze technologie upakowywania półprzewodników: połączenie przewodowe, automatyczne połączenie taśmowe (ang. skr. TAB) i mikroukład dwustronny.

Połączenie przewodowe wykorzystuje energię cieplną i ultradźwiękową do zgrzewania złotych przewodów połączeniowych między polami stykowymi na mikroukładzie i stykami na pakiecie.

Automatyczne połączenie taśmowe wykorzystuje taśmę z folii miedzianej zamiast przewodu połączeniowego. Taśma z folii miedzianej jest skonfigurowana dla każdej oddzielnej struktury półprzewodnikowej i połączenia pakietów oraz zawiera wzór miedzianych ścieżek dopasowanych do niego. Pojedyncze przewody mogą być połączone indywidualnie albo grupowo z różnymi polami stykowymi na mikroukładzie.

Mikroukłady dwustronne są strukturami półprzewodnikowymi układów scalonych, które mają punkty lutownicze wykonane na wierzchołku pól stykowych, dzięki czemu struktura półprzewodnikowa jest układem lustrzanym po stronie dolnej i jest bezpośrednio lutowana do

169 823 podłoża. Połączenia przewodowe nie są konieczne, co pozwala uzyskać znaczne oszczędności przestrzeni upakowywania.

Powyższe technologie mają pewne ograniczenia. Zarówno połączenia przewodowe jak i połączenia taśmowe, są podatne na tworzenie nieprawidłowych układów połączeń i narażają strukturę półprzewodnikową na działanie względnie wysokich temperatur i nacisków mechanicznych. Technologie połączenia przewodowego i taśmowego są niekorzystne biorąc pod uwagę rozmiary pakietu, i powodują wytwarzanie układów scalonych o stosunku powierzchni struktury półprzewodnikowej i pakietu od około 10% do 60%.

Mikroukład dwustronny nie zapewnia upakowywania, ale połączenia wzajemne. Połączenia te powodują problemy związane z jednolitością punktów lutowniczych oraz niedopasowaniem wynikającym z rozszerzania cieplnego, które ogranicza wykorzystanie dostępnych typów podłoża do krzemu, albo materiałów o charakterystykach rozszerzalności cieplnej podobnych do krzemu.

Innym znanym sposobem wytwarzania układów scalonych jest wytwarzanie tych urządzeń na płytkach półprzewodnikowych. Na przykład w niemieckim opisie patentowym nr 1 591 105 opisano sposób wytwarzania wielu układów scalonych na aktywnej powierzchni warstwowej płytki. W opisie zgłoszenia patentowego PCT nr WO/8502283 opisano moduł matrycowy z wielowarstwowymi mikroukładami półprzewodnikowymi, umieszczonymi na płaszczyźnie ogniskowej oraz cienkowarstwowy układ na powierzchni tylnej, z wytrawionymi płaszczyznami i pokryty materiałem izolacyjnym. Rozwiązanie według zgłoszenia PCT różnie się od rozwiązania wspomnianego niemieckiego patentu tym, że materiał izolacyjny pokrywa całą skrajną płaszczyznę ogniskową wielowarstwowych mikroukładów, z wyjątkiem punktów kontaktowych na tej płaszczyźnie.

W europejskim opisie patentowym nr 211 609 przedstawiono kapsułkowe urządzenia półprzewodnikowe, które są utworzone przez zamontowanie płytki półprzewodnikowej na monolitycznym cienkim podłożu obojętnym, przy czym tworzy się urządzenia rozstawione na płytce półprzewodnikowej. Rozwiązanie to różni się od wcześniejszych technik tym, że zastosowany został materiał pasywacyjny do pokrycia urządzeń.

W opisie patentowym USA nr 4 794 092 przedstawiono układ scalony utworzony na płytce półprzewodnikowej, w której części domieszkowane są elektrycznie odizolowane od części brzegowych za pomocą formowania rowków w płytce półprzewodnikowej, domieszkowania powierzchni płytki półprzewodnikowej i osadzania w rowkach materiału izolacyjnego. Ten sposób różni się od innych znanych sposobów tym, że na czołowej powierzchni płytki półprzewodnikowej uformowanych jest wiele przewodzących wyprowadzeń.

Wadą wspomnianych znanych urządzeń utworzonych na płytce jest to, że gdziekolwiek występuje odkryta sekcja przewodzącego pola, nie jest to część warstw metalowych, które zostały osadzone na płytce krzemowej i które określają sposób funkcjonowania półprzewodnika, lecz część pomocniczych połączeń do nich dołączonych. Między innymi, podwyższa to koszty wytwarzania.

Sposób według wynalazku stosowany jest do wytwarzania układów scalonych, w którym wytwarza się płytkę półprzewodnikową mającą powierzchnię czynną, i równoległą do niej drugą powierzchnię, umieszczoną przeciwległe względem tej powierzchni czynnej. Następnie wytwarza się struktury półprzewodnikowe układu scalonego na powierzchni czynnej płytki półprzewodnikowej, a w każdej ze struktur półprzewodnikowych wprowadza się wkładki. Sposób tego rodzaju charakteryzuje się tym, że przymocowuje się pierwszą izolacyjną nakładkę do struktur półprzewodnikowych układu scalonego na powierzchni czynnej płytki półprzewodnikowej, oddziela się struktury półprzewodnikowe układu scalonego wzajemnie od siebie i określa się ich brzegi. Struktury półprzewodnikowe pozostawia się przymocowane do izolacyjnej nakładki. Następnie, brzegi i wspomnianą drugą powierzchnię struktur półprzewodnikowych układu scalonego pokrywa się ochronną warstwą uszczelniającą i segmentuje się płytkę wraz z ochronną warstwą uszczelniającą oraz nakładką izolacyjną przymocowaną do niej, przez co określa się wstępnie upakowane układy scalone.

Podczas segmentowania odsłania się powierzchnie przekroju poprzecznego wkładek. W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku wykonuje się warstwę przewodzącą na brzegach

169 823 układów scalonych, uformowanych za pomocą segmentowania oraz separuje się elektrycznie część warstwy przewodzącej, połączonej z jedną z odseparowanych wkładek. Warstwę izolacyjną umieszcza się wzdłuż segmentowanych brzegów układów scalonych przed zaopatrzeniem w warstwę przewodzącą. Podczas wykonywania warstwy przewodzącej formuje się przewodzącą powłokę również na niebrzegowych częściach układu scalonego. Segmentowanie płytki przeprowadza się w miejscach, w których podłoże krzemowe nie jest odsłonięte jako segmentowane brzegi wynikowych układów scalonych.

Płytki półprzewodnikowe z układami scalonymi łączy się korzystnie w układ stosu i wytwarza się wielowarstwowy układ scalony.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, elektryczne styki układu scalonego poddaje się obróbce antykorozyjnej, łącznie z odsłoniętymi brzegami wkładek.

Sposób wytwarzania układów scalonych według wynalazku, w odmiennym korzystnym rozwiązaniu charakteryzuje się tym, że przymocowuje się pierwszą izolacyjną nakładkę do struktur półprzewodnikowych układu scalonego na powierzchni czynnej płytki półprzewodnikowej, oddziela się struktury półprzewodnikowe układu scalonego wzajemnie od siebie i określa się ich brzegi, przy czym struktury półprzewodnikowe pozostawia się przymocowane do izolacyjnej nakładki, następnie brzegi struktur półprzewodnikowych układu scalonego pokrywa się ochronną warstwą uszczelniającą, przymocowuje się drugą izolacyjną nakładkę do struktur półprzewodnikowych układu scalonego na wspomnianej drugiej powierzchni płytki półprzewodnikowej. Następnie segmentuje się płytkę wraz z ochronną warstwą uszczelniającą oraz nakładkami izolacyjnymi do niej przymocowanymi, przez co określa się wstępnie upakowane układy scalone.

Podczas segmentowania odsłania się powierzchnie przekroju poprzecznego wkładek. Korzystnie, wykonuje się warstwę przewodzącą na brzegach układów scalonych, uformowanych za pomocą segmentowania oraz separuje się elektrycznie część warstwy przewodzącej, połączonej z jedną z odseparowanych wkładek. Warstwę izolacyjną umieszcza się wzdłuż segmentowanych brzegów układów scalonych przed zaopatrzeniem w warstwę przewodzącą. Podczas wykonywania warstwy przewodzącej formuje się przewodzącą powłokę również na niebrzegowych częściach układu scalonego. Segmentowanie przeprowadza się w miejscach, w których podłoże krzemowe nie jest odsłonięte jako segmentowane brzegi wynikowych układów scalonych. Wiele płytek półprzewodnikowych z układami scalonymi łączy się w układ stosu i wytwarza się wielowarstwowy układ scalony. Elektryczne styki układu scalonego poddaje się obróbce antykorozyjnej, łącznie z odsłoniętymi brzegami wkładek. Następnie separuje się struktury półprzewodnikowe układu scalonego wzajemnie od siebie i określa się wiele układów scalonych.

Sposób wytwarzania układów scalonych według wynalazku, w kolejnym odmiennym korzystnym rozwiązaniu charakteryzuje się tym, że wkładki poddaje się obróbce antykorozyjnej przez chromianowanie.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione zostanie bliżej w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w uproszczeniu układ scalony według wynalazku, fig. 2 - ilustrację etapu nakładania ochronnej warstwy upakowującej na płytkę zawierającą wiele struktur półprzewodnikowych układów scalonych, fig. 3 - uproszczoną ilustrację etapu trasowania płytki dla określenia indywidualnych struktur półprzewodnikowych, następującego po nałożeniu ochronnej warstwy upakowującej na płytkę, figury 4A, 4B, 4C, 4D i 4 E są fragmentarycznymi ilustracjami różnych etapów sposobu wytwarzania układów scalonych według wynalazku, fig. 5 przedstawia częściowo rozcięty układ scalony wytwarzany przez segmentowanie płytki z fig. 4E, fig. 6 - indywidualną strukturę półprzewodnikową upakowaną wstępnie po segmentowaniu, fig. 7 - strukturę półprzewodnikową z fig. 6 po rozmieszczeniu powłoki przewodzącej i podczas litografii fotorezystancyjnej, fig. 8 - alternatywną konfigurację pakietu układu scalonego przystosowanego, zwłaszcza do montażu pionowego, fig. 9 - strukturę półprzewodnikową układu scalonego mającą izolację podłoża, fig. 10 - wielostrukturowy układ scalony wykonany zgodnie ze sposobem według wynalazku, figury 11 A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G, 11H, 11I, 11J, 11K, 11L i 11M są fragmentarycznymi ilustracjami różnych etapów wytwarzania układów scalonych zgodnie ze sposobem według wynalazku, a figury 12A i 12B

169 823 przedstawiają uproszczony schemat blokowy urządzenia do przeprowadzania sposobu według wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono układ scalony wykonany zgodnie ze sposobem według wynalazku. Zawiera on względnie cienki i zwarty, środowiskowo zabezpieczony i mechanicznie wzmocniony pakiet układu scalonego 10, mający wiele styków elektrycznych 12 rozmieszczonych wzdłuż jego powierzchni brzegowych 14. Zgodnie z przykładem wykonania wynalazku, styki 12 sięgają poza powierzchnie brzegowe do powierzchni planarnych 16 pakietu. Taki układ styków pozwala na powierzchniowy oraz brzegowy montaż pakietu 10 na płycie układu. Korzystnie pakiet układu scalonego 10 zawiera integralnie utworzoną płaszczyznę uziemioną (nie pokazaną), jak również uziemione styki płaskie 18.

Pakiet układu scalonego 10 zawiera także jedno albo więcej termicznych pól stykowych 19, utworzonych na jednej albo obu powierzchniach planarnych 16. Zastosowanie takich termicznych pól stykowych nie jest koniecznością.

Jak przedstawiono na fig. 2 i fig. 4A, półprzewodnikowa płytka 20 korzystnie krzemowa, ma wiele gotowych struktur półprzewodnikowych 22, utworzonych na niej za pomocą konwencjonalnych technik. Jest ona łączona na swojej czynnej powierzchni 24 z nakładką izolacyjną 26 poprzez warstwę 28 epoksydu. Nakładka izolacyjna 26 zwykle zawiera szkło, aluminium, tlenek berylowy, szafir albo inne odpowiednie podłoże.

Nakładka izolacyjna 26 jest korzystnie przezroczysta dla promieniowania o widmie użytecznym, dla osiowania optycznego albo za pomocą podczerwieni.

Należy zauważyć, że pewne etapy konwencjonalnego wytwarzania krzemowej płytki 20 mogą być wyeliminowane, jeśli płytka jest poddawana obróbce zgodnie z wynalazkiem. Etapy te zawierają wykonywanie otworów przelotowych w warstwach pasywacyjnych powyższych pól, szlifowanie tylnej strony płytki i powlekanie tylnej strony płytki metalem.

Krzemowa płytka 20 jest wyposażona w integralną uziemioną płaszczyznę za pomocą konwencjonalnych technik litografii w dowolnym położeniu. Ewentualnie, przed etapem łączenia przedstawionym na fig. 4A, płaszczyzna uziemiona jest umieszczona i skonfigurowana za pomocą konwencjonalnych technik ponad powierzchnią czynną 24, tak, by płaszczyzna uziemiona leżała między powierzchnią czynną 24 i warstwą epoksydową 28.

Po opisanym etapie łączenia, krzemowa płytka 20 jest korzystnie ścierana do ograniczonej grubości, zwykle 200 mikronów, jak pokazano na fig. 4B. To ograniczenie grubości płytki jest możliwe dzięki dodatkowej odporności mechanicznej, uzyskanej przez połączenie jej z nakładką izolacyjną 26.

Po redukcji grubości krzemowej płytki 20, co nie zawsze jest wymagane, płytka jest trasowana wzdłuż swojej tylnej powierzchni na długość określonych linii cięcia, które oddzielają poszczególne struktury półprzewodnikowe. Wytrasowane kanały 30 mają odpowiednią grubość dla ograniczenia grubości płytki pod nimi, zwykle do 100 mikronów. Wytrasowana płytka jest pokazana na fig. 3 i fig. 4C rysunku.

Wytrasowana płytkajest następnie wytrawiana w konwencjonalnym roztworze trawiącym krzem, takim jak mieszanina 24% wodorotlenku potasu (KOH), 63% wody i 13% izopropanolu, tak by wytrawić krzem do polowej warstwy tlenkowej, jak pokazano na fig. 4D, a dokładniej na fig. 5.

Jak przedstawiono na fig. 5, płytka zawiera przynajmniej jedną warstwę izolacyjną, obejmującą połową warstwę tlenkową 32 oraz metalowe pola stanowiące wkładki 34. Nad metalem jest umieszczona warstwa izolacyjna 36, nad którą znajdują się płaszczyzna uziemiona 38.

W rezultacie wytrawiania krzemu uzyskuje się wiele oddzielnych struktur półprzewodnikowych 40, z których każda zawiera warstwę krzemu 39 o grubości około 100 mikronów.

Po wytrawieniu krzemu, łączy się drugą izolacyjną warstwę upakowującą 42 ponad strukturami półprzewodnikowymi 4, po stronie przeciwnej do nakładki izolacyjnej 26, stanowiącej pierwszą izolacyjną warstwę upakowującą. Ochronna warstwa uszczelniająca44 epoksydu leży między strukturami półprzewodnikowymi 40 i drugą warstwą izolacyjną 42, a epoksyd wypełnia również przestrzenie między strukturami półprzewodnikowymi 40.

169 823

Jak pokazano na fig. 4E, przemienne warstwy struktur półprzewodnikowych 40 oraz pierwsza i druga izolacyjna warstwa upakowująca 26 i 42 są następnie segmentowane wzdłuż linii 50, leżących wzdłuż przestrzeni między przyległymi strukturami półprzewodnikowymi 40, dla określenia wielu wstępnie upakowanych układów scalonych. Szczególną cechą wynalazku jest to, że linie 50 są prowadzone tak, by brzegi segmentowanych mikroukładów były odda-lone od zewnętrznej części warstwy krzemu 39 przynajmniej na odległość d, jak pokazano na fig. 4E i 5.

Szczególną cecha wynalazku jest to, że segmentowanie warstw z fig. 4E wzdłuż linii 50 odkrywa krawędzie licznych metalowych wkładek 34 na płytce 20, które to krawędzie wkładek po takim odsłonięciu określają powierzchnie stykowe 51 struktur półprzewodnikowych 40. Segmentowanie warstw z fig. 4e również odsłania części brzegowe płaszczyzny uziemionej 38, które stanowią powierzchnie stykowe 52 płaszczyzny uziemionej.

Na fig. 6 zilustrowano indywidualną wstępnie upakowaną strukturę półprzewodnikową po segmentowaniu. Inaczej niż odsłonięte powierzchnie stykowe 51 i 52, cały układ scalony jest zewnętrznie izolowany ochronną warstwą uszczelniającą 53 epoksydu między izolującymi warstwami upakowującymi 26 i 42, które ograniczają pakiet układu scalonego.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, cała struktura półprzewodnikowa, albojej część, lub przynajmniej jej brzegi, są powlekane powłoką przewodzącą, korzystnie z aluminium, na przykład przez naparowywanie próżniowe. Przy użyciu typowych technik litografii fotorezystancyjnej, selektywnie wytrawia się tę powłokę przewodzącą, jak pokazano na fig. 7, dla uzyskania wzajemnie elektrycznie odizolowanych pasków przewodzących 62, przy czym każdy z nich połączony jest elektrycznie z inną powierzchnią stykową 51 albo 52. Termiczne pola stykowe 19 określone są również w tym etapie.

Warstwy przewodzące są korzystnie powlekane niklem albo złotem i/albo lutowane za pomocą konwencjonalnych technik. Na fig. 8 przedstawiono alternatywne rozwiązanie, w którym wszystkie paski stykowe znajdują się przynajmniej na jednym brzegu 70, który to brzeg może być następnie powierzchniowo montowany na drukowanej płycie układu, dla uzyskania pionowego mocowania układu scalonego. Przedstawiony przykład układu scalonego ma przewodzące ścieżki 72 łączące pojedyncze powierzchnie stykowe 51 na różnych brzegach układu i paski stykowe 74 na brzegu 70. Takie ścieżki mogą być formowane na jednej albo obu planarnych powierzchniach pakietu układu scalonego.

Jak pokazano na fig. 9, izolację podłoża części struktury półprzewodnikowej układu scalonego uzyskuje się łatwo przez dodanie dodatkowych linii trasowanych i ich wytrawienie jak pokazano na fig. 4C i 4D, ale w danych granicach struktury półprzewodnikowej, a nie wzdłuż tych granic. Po trasowaniu i wytrawianiu, odstęp między przyległymi częściami 76 podłoża krzemowego jest wypełniany warstwą epoksydu 78.

Na fig. 10 przedstawiono wielostrukturowy pakiet układu scalonego 100. W odróżnieniu od przykładu objaśnionego na figurach 1- 9, w którym pakiet zawiera tylko pojedynczą strukturę półprzewodnikową, przykład z fig. 10 zawiera wiele struktur półprzewodnikowych 102, korzystnie umieszczonych w upakowanym układzie. Każda ze struktur półprzewodnikowych 102 może mieć identyczny albo różny układ. Struktury półprzewodnikowe mogą być umieszczone jedna na drugiej i wzajemnie izolowane.

Wielostrukturowy pakiet układu scalonego 100 jest względnie cienki i zwarty, środowiskowo zabezpieczony i mechanicznie wzmocniony oraz ma wiele styków elektrycznych 112, rozmieszczonych wzdłuż powierzchni brzegowych 114. Styki 112 obejmują powierzchnie brzegowe i sięgają do powierzchni planarnych 116 pakietu. Taki układ styków umożliwia zarówno płaskie montowanie powierzchniowe jak i montowanie brzegowe pakietu 100 na płycie układu. Pakiet układu scalonego 100 może zawierać jedną albo więcej integralnie wykonanych powierzchni uziemionych (nie pokazanych) oraz styki 118 powierzchni uziemionej. Dodatkowo, jedna albo więcej określonych struktur półprzewodnikowych takich jak na przykład układ scalony do określonych zastosowań ASIC (application-specific integratcd circuit) może być umieszczonych między upakowanymi układami scalonymi, dla uzyskania złożonych funkcji łączenia.

169 823

Pakiet układu scalonego 100 może również zawierać jedno albo więcej termicznych pól stykowych 119 utworzonych na jednej albo obu powierzchniach planarnych 116. Zastosowanie takich termicznych pól stykowych 119 nie jest konieczne.

Figury 11 A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G, 11H, 11I, 11J, 11K, 11L i 11M są fragmentarycznymi ilustracjami różnych stanów wytwarzania wielostrukturowego układu scalonego zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Podobnie jak w etapach przedstawionych na figurach 4A - 4D, w przykładzie z figur 1 9 oraz jak pokazano na fig. 11 A, kompletna płytka krzemowa 120 mająca wiele struktur półprzewodnikowych 122, utworzonych na niej za pomocą konwencjonalnych technik, jest łączona swoją powierzchnią czynną 124 do nakładania izolacyjnej 126 przez warstwę epoksydu 128. Nakładka izolacyjna 126 zwykle zawiera szkło, aluminium, beryl, szafir albo inne odpowiednie podłoże.

Kompletna płytka krzemowa 120 jest uformowana z integralną płaszczyzną, uziemioną za pomocą konwencjonalnych technik w dowolnym na niej położeniu. Ewentualnie, przed etapem łączenia przedstawionym na fig. 11 A, uziemiona płytka może być umieszczona i skonfigurowana za pomocą konwencjonalnych technik na powierzchni czynnej 124 tak, by uziemiona płaszczyzna leżała między powierzchnią czynną 124 i warstwą epoksydową 128.

Po etapie łączenia płytka krzemowa jest ścierana dla zmniejszenia grubości, zwykle do 200 mikronów, jak pokazano na fig. 11B. Po zredukowaniu grubości płytki, co niejest konieczne, płytka jest trasowana na tylnej powierzchni wzdłuż określonych linii cięcia, które oddzielają pojedyncze struktury półprzewodnikowe. Wytrasowane kanały 130 są wystarczająco głębokie dla ograniczenia grubości płytki pod nimi, zwykle do 100 mikronów. Wytrasowaną płytkę przedstawiono na fig. 11C.

Wytrasowana płytka jest następnie wytrawiana w konwencjonalnym roztworze trawiącym krzem, dla wytrawienia krzemu do polowej warstwy tlenkowej, jak pokazano na fig. 11D.

W tym stanie, każda struktura półprzewodnikowa jest skonfigurowana korzystnie w sposób pokazany na fig. 5, jak to już opisano.

Podczas wytwarzania wielostrukturowego układu scalonego, zamiast łączenia i segmentowania płytki po etapie z fig. 4D, jak w przykładzie z fig. 1 - 9, dodatkową płytkę 150 łączy się ponad wytrasowanymi i wytrawionymi strukturami półprzewodnikowymi 122, jak pokazano na fig. 11E, przy czym epoksyd 152 wypełnia odstępy między podłożami krzemowymi przyległych struktur półprzewodnikowych 122 i zapewnia w ten sposób ich dodatkową izolację oprócz izolacji zapewnianej przez tlenkową warstwę pasywacyjną na każdej strukturze półprzewodnikowej.

Po etapie scalania z fig. 11E, grubość płytki 150 jest redukowana, jak pokazano na fig. 11F i płytka 150 jest trasowana, a następnie trawiona, jak pokazano na figurach 11G i 11H odpowiednio i jak już opisano w odniesieniu do figur 4B - 4D.

Po etapie trawienia z fig. 11H, dodatkowa płytka 160 jest łączona nad wytrasowaną i wytrawioną płytką 150, jak pokazano na fig. 11I, przy czym warstwa epoksydu 162 użytego do łączenia, wypełnia odstępy między podłożami krzemowymi przyległych struktur półprzewodnikowych 163 na płytce 150, zapewniając w ten sposób ich izolację.

Po etapie łączenia z fig. 111, grubość płytki 160 jest redukowana, jak pokazano na fig. 11J i płytka 160 jest trasowana, a następnie trawiona, jak pokazano na figurach 11K i 11L odpowiednio i jak to opisano w odniesieniu do figur 4B - 4D. Proces ten jest powtarzany, płytka po płytce, aż do połączenia odpowiedniej liczby płytek.

Po wytrawieniu ostatniej płytki, przyłącza się do niej drugą izolującą warstwę upakowującą 170, jak pokazano na fig. 11M. Warstwa epoksydu 172 leży między strukturami półprzewodnikowymi 174 na ostatniej płytce i warstwie upakowującej 170, a epoksyd wypełnia także odstępy między strukturami 174.

Jak to już opisano w odniesieniu do fig. 4E, warstwy wielu płytek i pierwszych i drugich izolujących warstw upakowujących 126 i 170 są następnie segmentowane wzdłuż linii leżących wzdłuż odstępów między przyległymi strukturami na każdej płytce, dla określenia wielu wstępnie upakowanych układów scalonych.

169 823

Szczególną cechą wynalazku jest to, że cięcie warstw, co przedstawiono na fig. 4E i 11M odsłania brzegi wielu pól stykowych na płytkach, przy czym brzegi pól po odsłonięciu tworzą powierzchnie stykowe. Te powierzchnie stykowe są poddawane obróbce antykorozyjnej. Segmentowanie warstw przedstawione na fig. 11M również odsłania części brzegowe płaszczyzny uziemionej, dla określenia powierzchni stykowych uziemionej płytki, które także są poddawane obróbce antykorozyjnej. Inaczej niż odsłonięte powierzchnie stykowe, cały układ scalony jest zewnętrznie uszczelniany epoksydem między izolującymi warstwami upakowującymi 126 i 170, które określają pakiet układu scalonego.

Tak jak w przykładzie wykonania objaśnionym na figurach 1 - 9 cała struktura półprzewodnikowa, albo jej część, lub przynajmniej jej brzegi, są osłonięte powłoką przewodzącą, korzystnie z aluminium, korzystnie przez naparowywanie próżniowe. Przy użyciu typowych technik litografii fotorezystancyjnej selektywnie wytrawia się tę powłokę przewodzącą, jak pokazano na fig. 10, dla uzyskania wzajemnie elektrycznie odizolowanych pasków przewodzących, stanowiących styki elektryczne 112, przy czym każdy z nich łączy się elektrycznie z inną powierzchnią stykową. Styki elektryczne 112 zapewniają połączenie między różnymi strukturami półprzewodnikowymi oraz połączenie z układami zewnętrznymi. W tym etapie zostają korzystnie wykonane styki powierzchni uziemionej 118 i termiczne pola stykowe 119.

Warstwy przewodzące są powlekane niklem albo złotem i/albo lutowane za pomocą konwencjonalnych technik. Można zastosować także odpowiednie obróbki antykorozyjne. Stwierdzono, że opisany upakowany pakiet układu scalonego nie musi być koniecznie utworzony ze struktury półprzewodnikowej układu scalonego z całej pojedynczej płytki, albo nawet z samej płytki. Struktury półprzewodnikowe układu scalonego łączone w pakiet tworzy się indywidualnie albo grupowo, za pomocą dowolnej techniki. Struktury półprzewodnikowe układu scalonego przechodzą przez etap sortowania przed włączeniem do pakietu, dla zwiększenia wydajności pakietu.

Poprawę rozpraszania ciepła w pakiecie osiąga się przez włączenie do pakietu izolacyjnego podłoży o wysokiej przewodności cieplnej.

Na figurach 12A i 12B przedstawiono urządzenie do wytwarzania układów scalonych zgodnie z korzystnym przykładem wykonania wynalazku. Konwencjonalne urządzenie do wytwarzania płytek 180 dostarcza kompletne płytki 20. Pojedyncze płytki 20 są łączone na swoich czynnych powierzchniach przez urządzenie łączące 182, wyposażone w urządzenia do obracania płytki 20, z nakładką izolacyjną 26 i warstwą epoksydu 28, dla uzyskania równego rozkładu epoksydu.

Połączona płytka (fig. 3) ma redukowaną grubość na swojej powierzchni nieaktywnej przez znane urządzenie ścierające 184, korzystnie Model 32BTGW, wykorzystujące element ścierny 12,5A. Płytka jest następnie trasowana na powierzchni nieaktywnej za pomocą urządzenia trasującego 186, korzystnie piły tnącej wykorzystującej niklowane ostrze diamentowe, co daje rezultat pokazany na fig. 4C. Wytrasowana płytka z fig. 4C jest następnie wytrawiana w kąpieli 188 o regulowanej temperaturze, zawierającej roztwór trawiący krzem 190. Po wytrawieniu płytka jest konwencjonalnie przemywana. Otrzymana wytrawiona płytka jest poka- zana na fig. 4d. Wytrawiona płytka jest łączona po stronie nieaktywnej z drugą izolującą warrt- wą upakowującą 42, przez drugie urządzenie łączące 192, które jest zasadniczo identyczne z urządzeniem 182, dla wytworzenia podwójnie połączonej warstwy płytek, jak pokazano na fig. 4E.

Urządzenie tnące 194, które może być identyczne z urządzeniem trasującym 186, tnie warstwy połączonych płytek z fig. 4E na pojedyncze struktury półprzewodnikowe. Ostrze tnące jest korzystnie diamentowym ostrzem rezynoidowy o grubości około 0,1 - 0,3 mm (4-12 milicali). Otrzymane struktury przedstawiono ogólnie na fig. 6. Rozcięte struktury półprzewodnikowe są następnie poddawane obróbce antykorozyjnej w kąpieli 196, zawierającej znany roztwór chromianowujący 198.

Urządzenie do nakładania warstwy przewodzącej 200, korzystnie murzyna do rozpylania jonowego, jest używane do wytwarzania warstwy przewodzącej na przynajmniej jednej powierzchni struktury półprzewodnikowej z fig. 6. Konfiguracja pasków stykowych, jak pokazano na fig. 7, jest uzyskiwana przy użyciu konwencjonalnej fotomaski galwanicznej. Fotomaska jest

169 823 stosowana do struktur półprzewodnikowych w układzie kąpieli fotomaskowej 202. Fotomaska korzystnie skonfigurowana jest laserowo, za pomocą odpowiedniego skanera laserowego 204, dla określenia odpowiednich wzorów do wytrawiania. Fotomaska jest następnie wywoływana w kąpieli wywołującej 206, a następnie trawiona w roztworze trawiącym metal 208 umieszczonym w kąpieli trawiącej 210, co zapewnia konfigurację przewodników jak przedstawiono na fig. 7. Odsłonięte paski przewodzące pokazane na fig. 7 są następnie powlekane galwanicznie, zwłaszcza za pomocą bezprądowego urządzenia powlekającego 212.

Umieszczenie przewodzących pasków można również uzyskać za pomocą technik innych niż fotolitografia. Alternatywnie można wykorzystać dowolną technikę, na przykład bezpośredni zapis.

169 823

20' __28

FIG.4A

20'

FIG.4B

30π π π π Ή~~ ²⁸

FIG.4C

Ί , 11 . 11 II II 11 7Γ y FIG.4D ί-wJ

Λ <^ί6 ι iii ιιι ιιι ιιι ιιι ~τ • X I

Τ7Ύ ι ι l·^⁴²

FIG.4E

FIG.5

169 823

FIG.9

169 823

FIG.10

126

124

J_J28

FIG.11A

120126

120J_J2B FIG.1 IB

FIG.11C

126 u .u .u.....n— 11 —τ l l FIG.1 ID

122128

169 823

-126

FIG.11E

FIG.11F

122 ^-126 _ / 2S_C._
I /
152	H—n-n-n-π—ττ-ι
	FIG.11G
	π η η η η

122

I Λ\~

-126

152’

1-ΓΓ^-	ΣΣΓΓΣ	ΣΣΠΣΣ	11	~π-f

1 JL	JI	—ΓΤ	1 ι	i ł I

FIG.11Η

FIG. 11L

162 ie;

169 823

FIG. 11Μ

169 823

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania układów scalonych, w którym wytwarza się płytkę półprzewodnikową mającą powierzchnię czynną i równoległą do niej drugą powierzchnię, umieszczoną przeciwległe względem tej powierzchni czynnej, następnie wytwarza się struktury półprzewodnikowe układu scalonego na powierzchni czynnej płytki półprzewodnikowej, a w każdej ze struktur półprzewodnikowych wprowadza się wkładki, znamienny tym, że przymocowuje się pierwszą izolacyjną nakładkę (26, 126) do struktur półprzewodnikowych (22, 122) układu scalonego na powierzchni czynnej (24,124) płytki półprzewodnikowej (20,120), oddziela się struktury półprzewodnikowe (22,122) układu scalonego wzajemnie od siebie i określa się ich brzegi, przy czym struktury półprzewodnikowe (22, 122) pozostawia się przymocowane do izolacyjnej nakładki (26, 126), następnie brzegi i wspomnianą drugą powierzchnię struktur półprzewodnikowych (22,122) układu scalonego pokrywa się ochronną warstwą uszczelniającą (44,53) i segmentuje się płytkę (20,120) wraz z ochronną warstwą uszczelniającą (44,53) oraz nakładką izolacyjną (26,126) przymocowaną do niej, przez co określa się wstępnie upakowane układy scalone.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas segmentowania odsłania się powierzchnie (51, 52) przekroju poprzecznego wkładek (34).
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykonuje się warstwę przewodzącą (62, 74) na brzegach (70) układów scalonych uformowanych za pomocą segmentowania oraz separuje się elektrycznie część warstwy przewodzącej połączonej z jedną z odseparowanych wkładek (34).
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że warstwę izolacyjną umieszcza się wzdłuż segmentowanych brzegów (70) układów scalonych przed zaopatrzeniem w warstwę przewodzącą (62, 74). .
5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas wykonywania warstwy przewodzącej (62, 74) formuje się przewodzącą powłokę również na niebrzegowych częściach układu scalonego.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że segmentowanie przeprowadza się w miejscach, w których podłoże krzemowe nie jest odsłonięte jako segmentowane brzegi wynikowych układów scalonych.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że więcej niżjedną płytkę półprzewodnikową (150,160) z układami scalonymi łączy się w układ stosu i wytwarza się wielowarstwowy układ scalony.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elektryczne styki układu scalonego poddaje się obróbce antykorozyjnej, łącznie z odsłoniętymi brzegami wkładek.
9. Sposób wytwarzania układów scalonych, w którym wytwarza się płytkę półprzewodnikową mającą powierzchnię czynną i równoległą do niej drugą powierzchnię, umieszczoną przeciwległe względem tej powierzchni czynnej, następnie wytwarza się struktury półprzewodnikowe układu scalonego na powierzchni czynnej płytki półprzewodnikowej, a w każdej ze struktur półprzewodnikowych wprowadza się wkładki, znamienny tym, że przymocowuje się pierwszą izolacyjną nakładkę (26, 126) do struktur półprzewodnikowych (22, 122) układu scalonego na powierzchni czynnej (24,124) płytki półprzewodnikowej (20, 120), oddziela się struktury półprzewodnikowe (22, 122) układu scalonego wzajemnie od siebie i określa się ich brzegi, przy czym struktury półprzewodnikowe (22, 122) pozostawia się przymocowane do izolacyjnej nakładki (26,126), następnie brzegi struktur półprzewodnikowych (22,122) układu scalonego pokrywa się ochronną warstwą uszczelniającą (44, 53), przymocowuje się drugą izolacyjną nakładkę (42,170) do struktur półprzewodnikowych (22,122) układu scalonego na wspomnianej drugiej powierzchni płytki półprzewodnikowej (20,120), a następnie segmentuje się płytkę (20,120) wraz z ochronną warstwą uszczelniającą (44,53) oraz nakładkami izolacyj169 823 nymi (26, 42, 126, 170) do niej przymocowanymi, przez co określa się wstępnie upakowane układy scalone.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że podczas segmentowania odsłania się powierzchnie (51,52) przekroju poprzecznego wkładek (34).
11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że wykonuje się warstwę przewodzącą (62, 74) na brzegach (70) układów scalonych, uformowanych za pomocą segmentowania oraz separuje się elektrycznie część warstwy przewodzącej połączonej z jedną z odseparowanych wkładek (34).
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że warstwę izolacyjną umieszcza się wzdłuż segmentowanych brzegów (70) układów scalonych przed zaopatrzeniem w warstwę przewodzącą (62, 74).
13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że podczas wykonywania warstwy przewodzącej (62, 74) formuje się przewodzącą powłokę również na niebrzegowych częściach układu scalonego.
14. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że segmentowanie przeprowadza się w miejscach, w których podłoże krzemowe nie jest odsłonięte jako segmentowane brzegi wynikowych układów scalonych.
15. Sposób według zastrz, 9, znamienny tym, że więcej niż jedną płytkę półprzewodnikową (150, 160) z układami scalonymi łączy się w układ stosu i wytwarza się wielowarstwowy układ scalony.
16. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że elektryczne styki układu scalonego poddaje się obróbce antykorozyjnej, łącznie z odsłoniętymi brzegami wkładek.
17. Sposób według zastrz, 16, znamienny tym, że separuje się struktury półprzewodnikowe (22,122) układu scalonego wzajemnie od siebie i określa się wiele układów scalonych.
18. Sposób wytwarzania układów scalonych, w którym wytwarza się płytkę półprzewodnikową mającą powierzchnię czynną i równoległą do niej drugą powierzchnię, umieszczoną przeciwległe względem tej powierzchni czynnej, następnie wytwarza się struktury półprzewodnikowe układu scalonego na powierzchni czynnej płytki półprzewodnikowej, a w każdej ze struktur półprzewodnikowych wprowadza się wkładki, znamienny tym, że wkładki (34) poddaje się obróbce antykorozyjnej przez chromianowanie.