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CH681581A5 - - Google Patents

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CH681581A5
CH681581A5 CH2599/90A CH259990A CH681581A5 CH 681581 A5 CH681581 A5 CH 681581A5 CH 2599/90 A CH2599/90 A CH 2599/90A CH 259990 A CH259990 A CH 259990A CH 681581 A5 CH681581 A5 CH 681581A5
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CH
Switzerland
Prior art keywords
transducer
contact points
wafer
separated
electrical contact
Prior art date
Application number
CH2599/90A
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English (en)
Inventor
Ari Lehto
Juha Lahdenpera
Heikki Kuisma
Original Assignee
Vaisala Oy
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Publication date
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H—ELECTRICITY
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Description

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CH 681 581 A5
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Multilayer-Transducer mit bondierten Kontakten gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bildung der Kontakte.
Die Erfindung soll dazu dienen, bei mehrschichtigen Transducern, die als Matrix von einem Dutzend bis mehreren hundert dieser Elemente auf einem Wafersubstrat gefertigt werden, elektrische Kontakte herzustellen. Nach der Fertigung wird der Wafer in die einzelnen Transducer-Chips aufgetrennt, üblicherweise durch Sägen. Jeder einzelne Transducer weist mehrere leitende Schichten auf, die bis an die gesägten Flächen reichen. Die leitenden Schichten sind galvanisch voneinander isoliert.
Im allgemeinen werden elektrische Anschlüsse zu äusseren Schaltungen via besondere Kontaktsteilen hergestellt. Eine Kontaktsteile ist ein metallisierter, meist quadratischer Bereich, der dazu dienen kann, das Halbleiterelement mit Kontaktierungs-drähten zu bondieren. Im Transducer ist die Kontaktstelle elektrisch mit entsprechenden Teilen des Sensors verbunden. Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Aufbau eines Transducers.
Diese Bauweise stellt den Stand der Technik dar und ist zum Beispiel bekannt aus dem amerikanischen Patent US 4 597 027.
Kontaktstellen der oben beschriebenen Art werden in einem Transducer auf einer einzelnen Bondie-rungsebene angeordnet, die parallel zur Oberfläche des planaren Substrats verläuft, weil derartige Bondstellen leicht durch, beispielsweise, Photolithographie und Beschichtung durch Aufdampfen im Vakuum vor dem Zerschneiden des Wafers herstellbar sind. Der Bereich der Bondierungsebene, der für die Kontaktflächen bereitgestellt werden muss, vergrössert jedoch die äusseren Abmessungen des Transducers beträchtlich. Da der Stückpreis eines Transducers einen linear von seiner Grösse abhängigen Beitrag aufweist, verteuern folglich die nach dem Stand der Technik hergestellten Kontaktflächen den Transducer, und der Hersteller hat grösstes Interesse daran, den Transducer so klein wie möglich zu dimensionieren.
Ein weiterer Nachteil sind die nur aufwendig zu bildenden leitenden Verbindungen von innerhalb des Transducers zu den Kontaktflächen der Bondierungsebene, denn der Fertigungsvorgang muss irgendwelche Mittel bereitstellen, die einen Kurz-schluss zwischen den leitenden Verbindungen und anderen leitenden Teilen des Transducers verhindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen neuen Typ Multilayer-Transducer mit bondierten Kontakten sowie ein Verfahren zur Bildung dieser Kontakte zu schaffen.
Die Erfindung beruht darauf, dass die Kontakte auf denjenigen vertikalen Flächen der leitenden Schichten des Transducers gebildet werden, die entstehen, wenn der fertiggestellte Wafer in die einzelnen Transducer-Chips zerteilt wird. Mit anderen Worten ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bonden benützten Kontaktstellen auf Flächen angebracht werden, die nicht ursprüngliche Flächen des planaren respektive wafer-artigen Ausgangsmaterials sind.
Genauer ist der erfindungsgemässe Multilayer-Transducer im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1, und das erfindungsgemässe Verfahren im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 umschrieben.
Die Erfindung bringt wesentliche Vorteile. Erstens kann die Grundfläche des gesamten Transdu-cer-Chips um einen Drittel verkleinert werden, womit die Herstellungskosten des Transducers entsprechend reduziert werden. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn der Transducer mit Massenfabrikationsmethoden hergestellt wird. Zweitens wird der Transducer-Aufbau vereinfacht, weil es nicht notwendig ist, die leitenden Verbindungen des Transducers in den Aussenbereich des Sensors zu führen. Und ein dritter Vorteil ergibt sich dadurch, dass ein erfindungsgemäss aufgebauter Transducer auf eine Leiterplatte bondiert werden kann, beispielsweise im «Surface-mount»- respektive Auf-löt-Verfahren, während ein herkömmlicher Aufbau Kontaktierungsdrähte benötigt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines auch in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Kontaktstellen eines herkömmlichen Transducers in Perspektivdarstellung.
Fig. 2 zeigt in gleicher Weise einen erfindungsge-mässen Transducer.
Fig. 3 ist die Draufsicht auf ein planares Substrat, aus welchem sich der Transducer erfindungsgemäss heraustrennen lässt.
Der in Fig. 1 veranschaulichte herkömmliche Transducer 1 weist eine erste halbleitende Schicht 2 und eine zweite halbleitende Schicht 4 auf, zusammen mit einer isolierenden Schicht 3 zwischen den halbleitenden Schichten. Auf einer Bondierungsebene 6 sind Kontaktstellen 5 ausgebildet. Die Bondierungsebene 6 ist hinsichtlich der Bauweise ein Fortsatz der zweiten halbleitenden Schicht 4, und die leitenden Verbindungen sind von, beispielsweise, der ersten halbleitenden Schicht 2 im Transducer-Aufbau zur Bondierungsebene 6 herausgeführt.
Die erfindungsgemässe Methode zur Bildung der Kontakte ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Ein typischer Transducer-Chip 1' weist zwei oder mehrere leitende Halbleiterschichten 2' und 4' auf, an welchen Kontaktstellen 5' auf einer vertikalen seitlichen Fläche 7 des Transducer-Chips ausgebildet sind. Eine isolierende Schicht 3' liegt zwischen den Halbleiterschichten 2' und 4'.
In Fig. 3 ist ein typischer Multilayer-Wafer 8 gezeigt, mit einer Matrix-Struktur, in welcher die Matrixelemente einzelne Transducer-Chips 1' darstellen. Die Transducer-Chips 1' werden üblicherweise mit mechanischen Mitteln, beispielsweise durch Sägen, entlang von Linien 9 und 10 vom Wafer ge5
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trennt. Wahlweise lässt sich dazu auch ein Laser einsetzen.
Der in Fig. 2 gezeigte Aufbau benötigt keine Kon-taktierungs- respektive Bondierungsebenen im Sinne der bekannten herkömmlichen Technik, denn die Kontaktstellen 5' werden direkt auf die seitliche Fläche 7 des Transducer-Chips aufgebracht unter Verwendung von, beispielsweise, Laserbeschich-tungsverfahren für metallische Beschickungen. Als seitliche Fläche 7 wird diejenige Fläche bezeichnet, die dann entsteht, wenn die Transducer-Chips 1' entlang der Linien 9 oder 10 des in Fig. 3 gezeigten Multilayer-Wafers 8 voneinander getrennt werden.
Die leitenden Kontaktstellen 5' werden einzeln auf jeden getrennten Chip aufgebracht. Dazu werden, beispielsweise, Laserbeschichtungsverfahren für metallische Schichten verwendet, die unter anderem in den folgenden Publikationen beschrieben sind:
R. Solanki et al., «Low-Temperature Refractory Metal Film Déposition», Appi. Phys. Lett., 41, (11), Dec. 1,1982.
R.M. Osgood et al., «Laser Microchemistry for Direct Writing of Microstructures», Proc. SPIE, 385, 112-117, 1983.
Dieter Bäuerle, «Laser-Induced Chemical Vapor Déposition», in «Laser Processing and Diagnostics», ed. D. Bäuerle, Springer Verlag, 1984.
T. Cacouris et al., «Laser Direct Writing of Aluminium Conductors», Appi. Phys. Lett., 52, (22), May 30,1988.
Die Transducer-Chips V werden zum Metallisieren in eine gasdichte Kammer gebracht, die ein für Laserlicht durchlässiges Fenster hat und so konstruiert ist, dass ein geeignetes Gas zugeführt werden kann, und einer nach dem andern so unter dem Laserlicht ausgerichtet, dass der fokussierte Strahl eine der Kontaktstellen 5' der leitenden Schicht 2' trifft. Die angestrahlte Stelle wird durch das auftreffende Laserlicht aufgeheizt, und das in der Kammer vorhandene Gas, das ein gewünschtes Metall, zum Beispiel Aluminium, Gold oder Nickel enthält, wird an dieser heissen Stelle pyrolysiert (oder photoiysiert). Dies führt zu Reduktion und nachfolgender Ablagerung des Metalls und damit zur Bildung der Kontaktstelle 5' auf der Oberfläche des Halbleitermateriais. Die Kontaktstelle hat typischerweise einen Durchmesser von 0,1 ... 0,5 mm und eine Metallschichtdicke von 0,1 ... 0,5 um. Mit Hilfe des Lasers ist es möglich, die Temperatur an der heissen Steile (Kontaktstelle 5') genügend zu erhöhen, typischerweise bis auf einige hundert Grad Celsius, was Voraussetzung für einen gut leitenden Kontakt zwischen der Metallisierung und dem Halbieitermaterial ist. Sobald das Metallisieren an einer Stelle abgeschlossen ist, wird der Laserstrahl auf die nächste Kontaktstelle 5' fokussiert und die Prozedur wiederholt.
Als alternative Methoden zum Metallisieren der Kontaktstellen 5' kommen, beispielsweise, in Frage: Aufdampfen, Sputtern, elektrolytisches oder auto-katalytisches Ablagern einer Metallschicht auf die seitliche Trennfläche der Transducer-Struktur, in deren Anschluss die erwünschte Form der Kontaktstellen dadurch erreicht werden kann, dass die Metallisierung an den unerwünschten Stellen wieder entfernt wird durch Lasertrimmen, Ätzen über eine lichtempfindliche, entsprechend ausgeformte Polymer-Schutzschicht, oder mechanisches Trimmen mit Sandstrahlen oder Abschleifen.
Das elektrolytische Beschichtungsverfahren lässt sich dazu verwenden, alle leitenden Oberflächen der Transducer-Struktur zu metallisieren; die isolierenden Schichten werden dabei automatisch nicht metallisiert. Falls das grossflächige Metallisieren keine schädlichen Nebeneffekte hervorruft, ist diese Methode das einfachste Verfahren zur Erzeugung der metallischen Beschichtung.
Ein weiter in Frage kommendes Verfahren ist, die Metallisierung direkt durch eine Maske mit entsprechenden Aussparungen anzubringen. Die Maske kann mechanisch oder auch anderweitig hergestellt sein, beispielsweise aus einem lichtempfindlichen Polymer durch Belichten und Entwickeln der gewünschten Aussparungen, oder auch aus Polyimid-Kunststoff durch Ausgestalten mit einem Excimerla-ser oder einer gleichartigen Lichtquelle.
Die elektrischen Anschlüsse können mit, zum Beispiel, einer elektischen Gold-Silizium-Legierung an der seitlichen Fläche der Transducer-Struktur angebracht werden. Dieselbe Legierung erlaubt auch, metallische Leiter oder ähnliche Teile an die seitliche Fläche der Multilayer-Struktur zu bonden. Thermisches Bonden oder Pressbonden kann anschliessend verwendet werden, um mit Hilfe der Metallegierung einen elektrischen Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und dem metallischen Leiter herzustellen.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Transducer (1'), mit elektrischen Kontaktstellen (5'), planaren leitenden Schichten (2', 4') und isolierenden Schichten (3'), wobei der genannte Transducer (1') als Element eines in eine Matrix-Struktur eingeteilten Wafers (8) gefertigt und anschliessend durch ein im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Wafers (8) trennendes Bearbeitungsmittel von diesem Wafer (8) in einzelne Transducer (1') getrennt ist, und wobei weiter zwei oder mehrere der voneinander isolierten leitenden Schichten (2', 4') sich bis an die beim Abtrennen der einzelnen Transducer entstandenen senkrechten Flächen (7) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktstellen (5') des Transducers (1') auf leitenden Stellen der beim Abtrennen des Transducers (1') aus dem Wafer (8) entstandenen senkrechten Flächen (7) angeordnet sind.
    2. Verfahren zur Bildung elektrischer Kontaktstellen auf einem Transducer, der durch Ausbildung von planaren leitenden und isolierenden Schichten in einem in eine Matrix-Struktur eingeteilten Wafer (8) gefertigt und anschliessend durch ein trennendes Bearbeitungsmittel von diesem Wafer (8) in einzelne Transducer (1') getrennt wird, wobei zwei oder mehrere der voneinander isolierten leitenden Schichten sich bis an die beim Abtrennen der einzelnen Transducer entstandenen Flächen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontaktstellen (5') des Transducers (1') auf leiten-
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    den Stellen der beim Abtrennen des Transducers (1') aus dem Wafer (8) entstandenen senkrechten Flächen (7) aufgebracht werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kontaktstellen (5') unter Verwendung von Laserbeschichtungsverfah-ren gebildet werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Transducer (1') in eine gasdichte Kammer gebracht wird, die mit einem ein gewünschtes Metall enthaltenden Gas gefüllt ist und ein für Laserlicht durchlässiges Fenster aufweist, und die seitliche Fläche (7) des Transducers (1') mit einem Laserstrahl an der beabsichtigten Kontaktstelle (5') geheizt wird, wobei das ein Metall enthaltende Gas an der heissen Stelle (5') pyrolisiert wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kontaktstellen (5') durch Aufdampfen gebildet werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kontaktstellen (5') durch Sputtern gebildet werden.
    7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kontaktstellen (5') durch elektrolytisches Ablagern gebildet werden.
    8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kontaktstellen (5') durch autokatalytisches Ablagern gebildet werden.
    9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kontaktstellen (5') an den beabsichtigten Stellen durch eine Maske hindurch gebildet werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Maske aus einem lichtempfindlichen Polymer-Kunststoff durch Belichten und Entwickeln der gewünschten Aussparungen hergestellt wird.
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