[發(fā)明專利]半導體元件，半導體封裝結構及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310400313.1
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103441109A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 蕭友享;楊秉豐;李長祺
• 申請（專利權）人: 日月光半導體制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373;H01L23/31;H01L21/48
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸勍

技術領域

本發(fā)明是關于一種半導體元件，半導體封裝結構及其制造方法。詳言之，本發(fā)明是關于一種具有背側鍍金屬（Back?Side?Metallization,BSM）及熱介面材料（Thermal?Interface?Material,TIM）的半導體元件，半導體封裝結構及其制造方法。

背景技術

已知半導體封裝結構中，通常會覆蓋一散熱片，以接觸基板上的芯片的背面且將芯片產生的熱排出。由于該散熱片的材質為銅，且該芯片的材質為硅，因此，二者的接合效果及散熱效果皆不佳。為了改善上述缺點，一種解決方案是在該芯片背面增設背側鍍金屬（Back?Side?Metallization,BSM）及熱介面材料（Thermal?Interface?Material,TIM），且該散熱片先接觸該熱介面材料，再經過回焊工藝使得該散熱片接合至該熱介面材料。

該背側鍍金屬包含數(shù)層金屬層，且該熱介面材料包含至少一金屬層。目前已知有數(shù)種的該背側鍍金屬及該熱介面材料的材質組合被提出，然而目前已知技術中，皆不可避免地在回焊工藝中，會在熱介面材料內產生空孔（Void），因而影響接合效果及散熱效果。此外，目前已知技術的回焊工藝所需的溫度相當高。

發(fā)明內容

本揭露的一方面是關于一種半導體元件。在一實施例中，該半導體元件包括一半導體晶粒、一背側鍍金屬（Back?Side?Metallization,BSM）、一熱介面材料（Thermal?Interface?Material,TIM）及一第一介金屬化合物（Intermetallic?Compound,IMC）。該半導體晶粒具有一第一表面及一第二表面。該背側鍍金屬位于該半導體晶粒的第二表面。該熱介面材料位于該背側鍍金屬上，且包含銦鋅合金（In-Zn?alloy）。該第一介金屬化合物位于該背側鍍金屬及該熱介面材料之間，且包含銦而不包含鋅。

本揭露的另一方面是關于一種半導體封裝結構。在一實施例中，該半導體封裝結構包括一基板、一半導體晶粒、一背側鍍金屬、一熱介面材料、一散熱片、一第一介金屬化合物及第二介金屬化合物。該半導體晶粒具有一第一表面及一第二表面，該半導體晶粒的第一表面是電性連接至該基板。該背側鍍金屬位于該半導體晶粒的第二表面。該熱介面材料位于該背側鍍金屬上，且包含銦鋅合金。該散熱片覆蓋該半導體晶粒以接觸該熱介面材料，且至少包含一銅層。該第一介金屬化合物位于該背側鍍金屬及該熱介面材料之間，且包含銦而不包含鋅。該第二介金屬化合物位于該熱介面材料及該散熱片之間，且包含銦而不包含鋅。

本揭露的另一方面是關于一種半導體封裝結構的制造方法。在一實施例中，該制造方法包括以下步驟：(a)形成一背側鍍金屬于一半導體晶粒的一第二表面上；(b)將該半導體晶粒的一第一表面電性連接至一基板；(c)提供一去除氧化物的材料至該背側鍍金屬；(d)形成一熱介面材料于該背側鍍金屬上，其中該熱介面材料包含銦鋅合金；(e)將一散熱片覆蓋該半導體晶粒以接觸該熱介面材料，其中該散熱片至少包含一銅層；及(f)進行回焊（Reflow），以生成一第一介金屬化合物及一第二介金屬化合物，其中該第一介金屬化合物位于該背側鍍金屬及該熱介面材料之間，且包含銦而不包含鋅；該第二介金屬化合物位于該熱介面材料及該散熱片之間，且包含銦而不包含鋅。

在本實施例中，由于該銦鋅合金會有固液共存的狀態(tài)。因此，在回焊工藝中，如果該熱介面材料內產生空孔（Void），則該液態(tài)的銦鋅合金可以馬上填滿該空孔，使得在回焊工藝后，該熱介面材料中不會存有任何空孔，而可增加該熱介面材料與該散熱片間的接合效果及散熱效果。

附圖說明

圖1顯示本發(fā)明半導體封裝結構的一實施例的剖視示意圖。。

圖2顯示圖1的區(qū)域A的局部放大示意圖。

圖3及圖4顯示本發(fā)明半導體封裝結構的制造方法的一實施例的示意圖。

圖5顯示本發(fā)明半導體封裝結構的制造方法的另一實施例的示意圖。

圖6顯示銦鋅合金的固液平衡相圖。

圖7顯示鋅在銦鋅合金中所占的比例、液相線溫度與回焊時間的關系圖，其中回焊溫度為200℃。

圖8顯示鋅在銦鋅合金中所占的比例、液相線溫度與回焊時間的關系圖，其中回焊溫度為250℃。

圖9顯示本發(fā)明半導體封裝結構的另一實施例的剖視示意圖。

圖10顯示圖9的區(qū)域B的局部放大示意圖。

具體實施方式