特表 2024-515633 金属化半導体ダイ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-10

(54)【発明の名称】金属化半導体ダイ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/329 20060101AFI20240403BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240403BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

H01L29/90 Z

H01L23/12 501P

H01L21/78 Q

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023563004

(86)(22)【出願日】2022-03-08

(85)【翻訳文提出日】2023-12-08

(86)【国際出願番号】 EP2022055910

(87)【国際公開番号】W WO2022223195

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】102021110276.6

(32)【優先日】2021-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】300002160

【氏名又は名称】ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＴＤＫ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｒｏｓｅｎｈｅｉｍｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ １４１ｅ， ８１６７１ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】シェイガンプアー， メヘルダード

(72)【発明者】

【氏名】アフレンツァー， ギュンター

(72)【発明者】

【氏名】トマシェヴィッチ， ダフォーア

(72)【発明者】

【氏名】フェイシティンガー， トーマス

【テーマコード（参考）】

5F063

【Ｆターム（参考）】

5F063AA46

5F063BA45

5F063BB03

5F063CB02

5F063CB05

5F063CB24

5F063DD64

5F063DD90

5F063DG11

(57)【要約】

本発明は、半導体ダイ（２）であって、半導体材料を含むベース本体（２０）と、ダイ（２）を電気的に接触させることができる接触パッド（６）が設けられた２つの接触領域（４）を有する表面と、接触パッド（６）に直接適用される２つの金属キャップ（１１）とを備える、半導体ダイ（２）を構成する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ダイ（２）であって、半導体材料を含むベース本体（２０）と、前記ダイ（２）を電気的に接触させることができる接触パッド（６）が設けられた２つの接触領域（４）を有する表面と、前記接触パッド（６）に直接適用される２つの金属キャップ（１１）とを備える、半導体ダイ（２）。

【請求項2】

前記接触領域（４）を前記接触パッド（６）と接続する２つの中間層（４６）を更に備える、請求項１に記載の半導体ダイ（２）。

【請求項3】

半導体ダイ（２）を製造する方法であって、
ダイ（２）を用意するステップであって、前記ダイ（２）が、半導体材料を含むベース本体（２０）と、前記ダイ（２）を電気的に接触させることができる接触パッド（６）が設けられた２つの接触領域（４）を有する表面とを備える、ステップと、電気的不動態化のためのパッシベーション層（２１）を前記ダイの前記表面に適用することによって、各接触パッド（６）への外部アクセスを可能にするパッシベーションのない領域をもたらすステップと、前記接触パッド（６）と直接接触する金属キャップ（１１）で前記ダイ（２）の前記表面の一部を金属化するステップと
を含む、方法。

【請求項4】

前記ステップが記載された順序で実行される、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記ダイ（２）を第１の側面で第１のメタライゼーションテープ（１０）に装填することと、少なくとも１つの接触パッド（６）を含む前記第１のメタライゼーションテープ（１０）によって覆われない前記ダイ（２）の連続領域を金属化することと、前記ダイ（２）を第２の側面で第２のメタライゼーションテープ（１０）に装填することと、少なくとも１つの接触パッド（６）を含む前記第２のメタライゼーションテープ（１０）によって覆われない前記ダイ（２）の連続領域を金属化することと
を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の金属化ステップの後に前記ダイ（２）の前記第２の側面の金属キャップ（１１）を硬化させることと、前記第２の金属化ステップの後に前記ダイ（２）の前記第１の側面の金属キャップ（１１）を硬化させることと
を更に含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の金属化ステップ及び任意選択的な第１の硬化ステップの後に前記ダイ（２）を前記第１のメタライゼーションテープ（１０）から解放することと、第２の金属化ステップ及び任意選択的な第２の硬化ステップの後に前記ダイ（２）を前記第２のメタライゼーションテープ（１０）から解放することと
を更に含む、請求項５又は６に記載の方法。

【請求項8】

前記ダイ（２）が前記金属キャップ（１１）を介して外部接触される、請求項３から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記金属キャップ（１１）が前記パッシベーション層（２１）に直接に適用される、請求項３から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記金属キャップ（１１）が浸漬プロセスによって適用される、請求項３から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記金属キャップ（１１）は、２つ又は３つの金属化ステップによって適用される２つ又は３つの異なる積層を備える、請求項３から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記金属キャップ（１１）は、前記接触パッド（６）の金属又は金属の混合物とは異なる金属又は金属の混合物を備える、請求項３から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記パッシベーション層（２１）が原子層堆積プロセスによって適用される、請求項３から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記原子層堆積プロセスが８０℃未満の温度で実行される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

幾つかのダイ（２）がウェハ（１）レベルチップスケールパッケージプロセスによって並行して製造される、請求項３から１４のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属化半導体ダイ、並びに半導体ダイを製造及び金属化する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

消費者電子デバイスにおいて、ＥＳＤ（静電放電）保護は、過酷な過渡環境における堅牢性を確保するために不可欠となる。表面実装型デバイス（ＳＭＤ）又はチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）デバイスとして製造される過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードは、システムレベルで電子デバイスを保護する広範囲に及ぶ。将来のデバイスの小型化目標を達成するために、ウェハレベルチップスケールパッケージング（ＷＬＣＳＰ）技術によって製造されるＣＳＰデバイスは、半導体部品の小型化のために益々使用されている。

【0003】

最先端の半導体ダイは、幾つかのステップで異なるパッシベーション層及び接触領域を伴って製造される。

【0004】

独国特許第１０２００５００４１６０号明細書は、パッシベーション層と、電気接触領域と、電気接触領域に適用される接触パッドとを備える、ＷＬＣＳＰ技術によって製造される半導体素子を開示する。

【0005】

米国特許出願公開第２０１４／２６４８８号明細書は、ダイを個片化した後に不動態化ステップによるウェハからの半導体ダイの製造を記載する。各半導体ダイの表面に２つの接触パッドが形成され、その後、半導体ダイがウェハから個片化される。パッシベーション層が、個片化されたダイに適用されるが、接触パッドを覆わない。

【0006】

米国特許出願公開第２０１２／１０４４１４号明細書は、ウェハから半導体ダイを製造する他の方法を記載する。各半導体ダイの一方の表面に２つの接触パッドが適用され、ウェハの反対側の表面にパッシベーション層が形成される。その後、ダイがウェハから分離される。

【0007】

国際特許出願公開第２０１８／１５１４０５号明細書は、半導体チップが絶縁体に埋め込まれるチップパッケージについて記載する。

【0008】

独国特許出願公開第１０２０１１０５６５１５号明細書は、外部接触パッド及び金属キャップが適用される、内部電極を有する不動態化セラミック又は半導体本体に基づく電気ＳＭＤ部品を開示する。

【0009】

特開２０１２－４４８０号公報は、多層セラミック本体に外部メタライゼーションを適用し、その後にメタライゼーション層を硬化させるためのプロセスに関する。特に、金属ペーストが、セラミック本体の側面にスクリーン印刷によって塗布され、その後、硬化のために乾燥され、高温で焼結される。

【0010】

特開２００２－１８４６４５号公報は、チップの端部が銀の導体ペースト中に浸漬されてコーティング膜を形成し、このコーティング膜が乾燥された後に６００℃以上で焼結される、端子電極の製造方法に関する。その後、ニッケル又はスズコーティングが塗布される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

最新技術の方法の欠点に鑑みて、本発明の目的は、改良された半導体ダイ及び半導体ダイの製造方法を開示することである。

【0012】

この目的は、開示された半導体ダイ及び製造方法によって少なくとも部分的に解決される。

【課題を解決するための手段】

【0013】

半導体ダイは、半導体材料を含むベース本体と、ダイを電気的に接触させることができる接触パッドが設けられた２つの接触領域を有する表面と、接触パッドに直接適用される２つの金属キャップとを備える。

【0014】

ダイのベース本体は半導体材料を含む。ベース本体は主に半導体材料からなることができる。半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）材料を含んでもよい。半導体材料をベースとするダイは、ＥＳＤ保護用途のためのＴＶＳダイオードとして使用することができる。更なる実施形態において、ダイは、異なる用途のための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスとして使用されてもよい。これに代えて又は加えて、ダイは鉱物材料を含んでもよい。鉱物材料がセラミックを含んでもよい。ダイは、コンデンサ、バリスタ又はサーミスタとして使用されてもよい。

【0015】

金属キャップを接触パッドに適用することには幾つかの利点がある。

【0016】

第１に、ダイは、接触パッドよりもかなり大きな外面を有する金属キャップによって外部から電気的に接触され得る。パッシベーション層により、金属キャップとダイの接触パッド以外の領域との間の電流の発生を防止することができる。

【0017】

更に、接触パッドの寸法を縮小することさえ可能である。接触パッドが小さいほど、接触パッド間の距離を大きくすることができる。接触パッド間の距離が長くなると、リーク電流や寄生容量などの望ましくない影響が低減される。

【0018】

更に、金属キャップの大きな外表面積に起因して、ＰＣＢ（プリント回路基板）などの他のデバイス上でのダイの組み立てプロセスが単純化される。記載された金属キャップは、好ましくは優れたはんだぬれ特性を示す。

【0019】

金属キャップによって与えられるダイの更なる金属化は、それらの安定性、特にダイ全体の曲げ強度及びせん断強度を更に高める。

【0020】

要約すると、ＴＶＳダイオードなどのダイの電気接触領域に金属キャップを適用することによって、ダイの電気特性を改善することができ、ＰＣＢ上のダイの組み立てプロセスが単純化され、ダイと外部デバイスとの間の安定した安全な電気接触が達成され得る。

【0021】

ダイは、６つの長方形の側面を伴う直方体形状を有することができる。

【0022】

好ましくは、ベース本体は、モノリシックであり、更なる構成要素又は構造要素を備えない。

【0023】

一実施形態において、半導体ダイは、接触領域を接触パッドと接続する２つの中間層を更に備える。

【0024】

接触領域、任意選択的な中間層、及び接触パッドはそれぞれ、導電性材料を含む。好ましくは、接触領域、任意選択的な中間層、及び接触パッドは導電性金属又は金属の混合物を含む。記載された３つの構造要素のそれぞれの材料の組成は、互いに異なる。例えば、接触領域は、アルミニウム又は銅から選択される材料を含み、接触パッドは、銅、ニッケル又は金から選択される材料を含む。

【0025】

接触領域はベース本体の半導体材料に電気的に接触するように構成されるが、接触パッドは外部電気接点に接触するように構成される。中間層は、接触領域と接触パッドとを電気的及び機械的に接続するように構成される。中間層により、接触パッドと接触領域との間の接続を最適化することができる。

【0026】

更に、幾つかのステップを含む半導体ダイを製造及び金属化する方法が開示される。以下のステップの番号付けは、ステップが実行される順序を規定しない。各ステップは、番号順に実行されてもよい。

【0027】

前述した半導体ダイのあらゆる特徴は、以下の方法で製造される半導体ダイに適用することができる。一方、以下の方法で製造される半導体ダイのあらゆる特徴は、前述した半導体ダイにも適用することができる。

【0028】

第１のステップにおいて、半導体材料を含むベース本体と、ダイに電気的に接触するための２つの接触領域を有する表面とを備えるダイが用意される。ダイは、ダイオードとして、例えばＴＶＳダイオードとして機能するように構成されてもよい。

【0029】

接触領域には、接触領域に適用される接触パッドが設けられる。接触パッドは、外部接点とダイの接触領域又は任意選択的な中間層との間の電気接触要素として機能する。外部接点は、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の電気接点である。

【0030】

第２のステップでは、電気的不動態化のためのパッシベーション層がダイの表面に適用される。パッシベーション層は、非不動態化領域を除いて、ダイの表面全体を覆ってもよい。それにより、各接触パッドへの外部アクセスを可能にする、パッシベーションのない領域、すなわち、前記非不動態化領域が設けられる。パッシベーション層は、ダイの表面を電気的に絶縁する。更に、パッシベーション層は、環境への影響又は物理的及び化学的反応からダイを保護する。好ましくは、接触パッドを除くダイの表面全体又は各接触パッドの少なくとも一部が不動態化される。

【0031】

好ましい実施形態において、パッシベーション層は、ＡＬＤ（原子層堆積）プロセス又はＣＶＤ（化学気相堆積）プロセスによって適用されてもよい。不動態化されないようになっている領域（非不動態化領域）は、不動態化プロセス中に保護テープで覆われ得る。

【0032】

第３のステップでは、ダイの表面の一部がメタライゼーションプロセスによって金属キャップで覆われる。金属キャップは接触パッドに直接接触する。

【0033】

好ましい実施形態では、ステップが記載された順序で実行される。

【0034】

一実施形態において、ダイの前面は、ダイの第１の側面の近くに配置された少なくとも第１の接触領域と、ダイの第２の側面の近くに配置された第２の接触領域とを備える。好ましい実施形態では、第２の側面が第１の側面の反対側に配置され、第１の側面及び第２の側面が前面に対して垂直である。

【0035】

ダイは、６つの長方形の側面を伴う直方体形状を有することができる。

【0036】

記載された形状は、例えばＰＣＢ上にダイを組み立てるのに有利である。

【0037】

一実施形態において、金属化するステップは、幾つかの更なるステップを含むことができる。

【0038】

第１の更なるステップにおいて、ダイは、第１の面で第１のメタライゼーションテープに装填される。メタライゼーションテープは、接着層を伴うポリマーテープであってもよい。接着層は、熱剥離性を有していてもよい。このことは、所定の温度に加熱することによってテープをダイから剥離できることを意味する。メタライゼーションテープは、ダイを支持し、第１のメタライゼーションステップ中に第１の側面を保護する。

【0039】

次のステップでは、少なくとも１つの接触パッドを含む、第１のメタライゼーションテープによって覆われないダイの連続領域が金属化される。

【0040】

好ましくは、ダイの前面の領域が金属化される。更に、第２の側面及び第２の側面に隣接する他の側面の部分が金属化されてもよい。

【0041】

その後、第１の側面が第１のメタライゼーションテープから解放される。

【0042】

一実施形態において、金属化するステップは、ダイを第１の側面で第１のメタライゼーションテープに装填するステップと、少なくとも１つの接触パッドを含む第１のメタライゼーションテープによって覆われないダイの連続領域を金属化するステップと、ダイを第２の側面で第２のメタライゼーションテープに装填するステップと、少なくとも１つの接触パッドを含む第２のメタライゼーションテープによって覆われないダイの連続領域を金属化するステップとを含む。

【0043】

好ましい実施形態において、金属化するステップは、ダイの第１の面を第１のメタライゼーションテープに装填し、ダイの前面及び第２の側面の連続領域を金属化し、第２の側面を第２のメタライゼーションテープに装填し、ダイの前面及び第１の側面の連続領域を金属化するステップを含むことができる。ここで、前記連続領域は、前面に第２の接触パッドを備える。第２の接触パッドはダイの第２の接触領域に接触する。

【0044】

２つの接触パッドを設けることにより、電気回路を設計することができる。更なる実施形態において、ダイオードは、接触パッドを有する幾つかの接触領域を備える。

【0045】

接触パッドは、銅、ニッケル又は金のような導電性金属を含む。

【0046】

一実施形態において、方法は、第１の金属化ステップの後にダイの第２の側面の金属キャップを硬化させ、第２の金属化ステップの後にダイの第１の側面の金属キャップを硬化させる更なるステップを含む。

【0047】

硬化ステップは、例えばダイを特定の温度で特定の期間にわたって保持することによって、熱処理により実施されてもよい。

【0048】

一実施形態において、方法は、第１の金属化ステップの後に第１のメタライゼーションテープから第１の側面を解放し、第２の金属化ステップの後に第２のメタライゼーションテープから第２の側面を解放する更なるステップを含む。

【0049】

第１のメタライゼーションテープは、第２のメタライゼーションステップの前に解放される。したがって、第１のメタライゼーションテープは、第２のメタライゼーションテープとして使用することができる。両方のメタライゼーションテープは、熱剥離性接着層を備えることができ、したがって加熱によって剥離することができる。解放ステップは、前述の硬化ステップの後に実行されてもよい。

【0050】

好ましい実施形態において、接触パッドは、金属化後に金属キャップによって完全に覆われる。したがって、ダイは、信頼性が高く安全な態様で金属キャップを介して外部接触される。より正確には、金属キャップは、ダイを外部電気接点に電気的に接続するように構成される。

【0051】

一実施形態では、金属キャップがパッシベーション層に直接適用される。接触パッドとパッシベーション層との間に更なる層は存在しない。接触パッドの直接的な適用は、ダイに対するそれらの取り付けを改善する。

【0052】

一実施形態において、金属キャップは、前面に対して垂直な端面と、ダイの端面に隣接する４つの側面とに連続して適用される。

【0053】

金属キャップが各ダイの幾つかの側面に適用されるため、ＴＶＳダイオードを配向要件なく更に組み立てることができる。

【0054】

一実施形態では、金属キャップが浸漬プロセスによって適用される。浸漬プロセスは、単純で同等の安価な方法でダイの金属化を可能にする。

【0055】

一実施形態において、金属キャップは、２つ又は３つの金属化ステップによって、例えば２つ又は３つの浸漬ステップによって適用される２つ又は３つの異なる層を含む。メタライゼーション層は、好ましくは、互いに積み重ねられる。

【0056】

接触パッド及び周囲のパッシベーション層に直接適用される第１の層は、Ａｇ又はＣｕとポリマーとを含む軟質メタライゼーション混合物を含んでもよい。第１の層の材料の軟質特性は、ダイとパッシベーション層との間又はパッシベーション層と金属キャップとの間の界面における亀裂の発生のような機械的又は熱機械的応力効果を低減又は防止する。

【0057】

第１の層に直接適用される第２の層は、ＣｕもしくはＮｉ又はＡｇ－Ｐｄ合金のような良好な導電体を含み、第１の層を環境への影響及び化学的又は物理的反応から保護する。

【0058】

第２の層上に直接適用される第３の層は、酸化保護層として構成され、Ａｕ又はＳｎのような適切な金属を含む。

【0059】

３つの層は全て導電性である。

【0060】

一実施形態において、金属キャップは、例えばＮｉ及び／又はＣｕ及び／又はＡｕを含む接触パッドの金属又は金属の混合物とは異なる金属又は金属の混合物を含む。好ましい実施形態において、金属キャップの第１の層は、接触パッド以外の別の金属を含む。

【0061】

一実施形態において、パッシベーション層は、原子層堆積プロセスによって適用される。好ましくは、原子層堆積プロセスは、８０℃未満の温度で、より好ましくは室温で行なわれる。

【0062】

いわゆるＣＶＤ（化学気相堆積）プロセスにおいて、反応種は、制御された雰囲気及び高温下において気相中で反応して層を堆積させる。ＣＶＤプロセスは、通常、ガス雰囲気から堆積材料の層へ不純物を潜在的に導入し得る比較的高い温度で実行される。技術的には、ＣＶＤプロセスに必要なそのような高い堆積温度は、プロセスに関与するテープを含む材料の選択、したがって機能性を制限する。

【0063】

一方、ＡＬＤプロセスは、高い均一性及び品質で低温領域に層を堆積することができるという主な利点を有する。一般に、ＣＶＤプロセスの変形としてのＡＬＤは、任意の標的基板上への単層の堆積を含む。堆積チャンバへのガス状前駆体の投入、ターゲットの表面とガス状前駆体との反応、及びチャンバを不活性ガスで洗浄して化学吸着されていない前駆体をパージすることを含むサイクルを体系的に繰り返すことによって、複数の単層を堆積させることができる。本方法では、導入されたテープと、パッシベーション層に求められる重要な特性（電気的、機械的等）に起因して必要とされる特定のパッシベーション材料とを考慮すると、ＡＬＤプロセスが好ましい。

【0064】

一実施形態において、ダイは、ウェハレベルチップスケールパッケージングプロセスによって製造される。

【0065】

ウェハレベルチップスケールパッケージングプロセスでは、ウェハ、例えばシリコンウェハに含まれる複数のダイを並行して製造することができる。

【0066】

ダイは、ダイ上に電気部品を組み立てた後にウェハから個片化されてもよい。

【0067】

好ましくは、ダイは、研削（ＤＢＧ）プロセスの前にダイシングで個片化される。研削プロセス前のダイシングでは、まず、ウェハが、電気部品を保持するその前面側からダイへとハーフカットされる。ダイシングステップ後、ダイが依然としてそれらの背面で接続される。第２のステップでは、前面が保護テープによって覆われる。更なるステップにおいて、ダイは、背面からの研削によって完全に個片化される。ダイが個片化された後、保護テープを取り外すことができる。

【0068】

更なる不動態化ステップ及び金属化ステップを、単一のウェハから個片化された全てのダイに対して並行して同時に実行することができる。

【0069】

したがって、ウェハレベルチップスケールパッケージプロセスは、記載された製造プロセスを簡略化して加速する。

【0070】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。図中の類似又は見かけ上同一の要素は、同じ参照符号で示される。図面及び図面の比率はスケーラブルではない。本発明は、以下の実施形態に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0071】

【図1】ウェハレベルチップスケールパッケージングプロセスにおけるＴＶＳダイオードの製造プロセスを概略的に示す。

【図2】ＴＶＳダイオードの第１の実施形態の断面図を示す。

【図3】ＴＶＳダイオードの第２の実施形態の断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0072】

いわゆるバックエンドプロセスの第１のステップにおいて、ＴＶＳダイオード半導体ウェハ１が用意される。ウェハ１は、幾つかの直方体のＴＶＳダイオードダイ２に分離されるように構成される。ウェハは、シリコンベースの本体と、本体によって取り囲まれた又はいわゆるフロントエンドプロセスで本体の前面に適用された電気部品３とを備える。ＴＶＳダイオードウェハ１は、幾つかの直方体のＴＶＳダイオードダイ２へと後に分離される幾つかの同一のセクションを備える。ＴＶＳダイオード２は、半導体チップとして構成される。

【0073】

第２のステップでは、ウェハ１の前面に金属層４がスパッタされる。金属層４は、少なくともチタン及び／又は銅を含む。前面として、電気部品３が適用されるウェハ１の側面が画定される。スパッタされた金属層４に基づいて、ＴＶＳダイオードを外部接点に電気的に接触させるための電気接触領域が設計される。

【0074】

第３のステップでは、フォトリソグラフィにより前面にマスク層５が適用される。マスク層５は、次のステップで接触パッド６が適用される接触領域の領域を除いて、前面の表面全体を覆う。

【0075】

次のステップでは、電気めっきにより接触パッド６が接触領域上に適用される。電解めっきを行なった後、剥離プロセスによりマスク層５が除去される。

【0076】

前述のステップにより、外部電気接点用の接触パッド６を有するＴＶＳダイオードウェハ１が用意される。

【0077】

別の数のステップを含む以下の手順によって、ウェハ１が半導体ダイ２へと個片化され、ダイが電気的に不動態化される。

【0078】

第１のステップでは、ウェハ１が前面からダイシングソーによりハーフカットダイに分割される。研削前（研削プロセス前のダイシング、ＤＢＧ）にダイシングが行なわれる。別のプロセスでは、ウェハ１が別の方法で分離されてもよい。

【0079】

ハーフカットダイシングが行なわれた後、第２のステップにおいて、ウェハ１の前面が背面研削テープ７によって覆われる。背面研削テープ７は、研削中の損傷からウェハ１の前面及び適用された電気構造を保護する。第３のステップにおいて、ウェハ１は、前面の反対側であるウェハ１の背面から研削することによって直方体ダイへと完全に個片化される。

【0080】

別のプロセスでは、円筒形又は異なる形状のダイ２を製造することができる。

【0081】

次のステップにおいて、転写テープ８が、研削されたダイ２の背面に積層される。転写テープ８は、背面研削テープ７からフィルムフレームキャリア９にダイ２を転写するために使用される。フィルムフレームキャリア９は、背面研削テープ７と同様のテープである。しかしながら、異なる接着層に起因して、フィルムフレームキャリア９は、個片化されたダイ２の前面全体を覆わない。背面研削テープ７とは対照的に、フィルムフレームキャリア９は、ダイ２の前面の接触パッド６の接触領域のみを覆う。ダイ２も支持するフィルムフレームキャリア９によって接触領域が覆われた後、転写テープ８が剥離される。

【0082】

以下のプロセスでは、個片化されたダイ２の６つの側面の全てが、ＡＬＤ（原子層堆積）プロセスによって１つのステップで不動態化される。フィルムフレームキャリア９によって覆われた接触パッド６の接触領域のみが、ＡＬＤプロセス中に不動態化されない。ＡＬＤプロセスの利点は、プロセスが８０℃未満の低温、好ましくは室温で実施され得ることである。

【0083】

不動態化プロセスが完了した後、ダイ２が熱剥離テープ１０によって支持され、フィルムフレームキャリア９が剥離される。側壁不動態化ＴＶＳダイオードは、所定の温度まで加熱することによって熱剥離テープ１０から剥離され得る。

【0084】

以下のステップは、金属キャップ１１を半導体ダイ２に適用する手順を説明する。各ダイ２は、その前面に接触領域を設ける２つの接触パッド６を備える６面不動態化直方体ＴＶＳダイオードとして構成される。

【0085】

一方の接触パッド６は、前面でダイ２の第１の側面の近くに配置され、他方の接触パッドは、前面でダイ２の第２の側面の近くに配置される。第１の側面及び第２の側面は、前面に対して垂直であり、互いに反対である。

【0086】

金属キャップ１１を適用するために、前面に対して垂直なダイ２の第１の側面が熱剥離テープ１０に装填される。幾つかのダイ２を同時に熱剥離テープ１０に装填することができる。例えば、単一のウェハ１から分離された全てのダイ２を同時に熱剥離テープ１０に装填することができる。

【0087】

次に、全てのダイ２に同時に金属キャップ１１を適用するために、熱剥離テープ１０によってそれらの第１の側面で支持された半導体ダイ２が金属ペーストに浸漬される。

【0088】

第１の浸漬ステップにおいてダイ２を金属ペーストに浸漬することにより、金属キャップ１１が、少なくとも第２の側面に、及び少なくとも第２の側面の近くの接触パッドを備える第２の側面に対して垂直なダイの側面の部分に適用される。浸漬によって塗布された金属キャップ１１は、高温で１０～６０分間乾燥される。

【0089】

以下において、ダイ２は、ダイ２の第２の側面に貼り付けられた別の熱剥離テープ１０に転写され、ダイ２の第１の側面は、既に金属化された第２の側面とは反対側のダイ２の第１の側面を金属化するために、第２の浸漬ステップにおいて金属溶融物中に浸漬される。一実施形態では、同じ熱剥離テープ１０を両方の浸漬ステップで使用することができる。第１の側面を金属溶融物中に浸漬した後、金属キャップ１１は、少なくとも第１の側面と、これまで金属キャップ１１によって覆われていない、第１の側面の近くに少なくとも接触パッドを備える第１の側面に対して垂直な側面の部分とに適用される。浸漬によって塗布された金属キャップ１１は、第２の乾燥ステップで乾燥される。

【0090】

両方の金属キャップ１１が乾燥された後、ダイ２は、温度を上昇させることによって熱剥離テープ１０から外される。金属キャップ１１は、以下の熱処理ステップによって硬化させることができる。

【0091】

金属キャップ１１は、導電性であり、接触パッド６の接触領域と直接接触している。

【0092】

図２は、前述のプロセスによって製造された直方体のＴＶＳダイオードダイ２を示す。ＴＶＳダイオードダイ２の寸法は、長さ３００－１０００μｍ、幅１００－５００μｍ、高さ５０－２００μｍである。寸法は、好ましくは６００×３００×１５０μｍ又は４００×２００×１００μｍ（長さ×幅×高さ）である。

【0093】

ここで、長さは、第１の側面と第２の側面との間のＴＶＳダイオードダイの寸法である。幅は、第１の側面と前面との間又は第２の側面と前面との間の縁部の寸法である。高さは、前面に対して垂直な第１又は第２の側面の縁部の寸法である。

【0094】

ＴＶＳダイオードダイ２は、好ましくはシリコン系材料及びシリコン系材料に埋め込まれた電気部品を備える半導体ベース本体２０を備える。シリコン系材料は、少なくともシリコン及び更なる任意選択的な要素を含む。

【0095】

ベース本体２０は直方体状である。２つの接触パッド６は、ベース本体２０の前面に適用され、ベース本体２０に埋め込まれた電気部品に電気的に接触する。接触パッド６は、前面の２つの対向する縁部の近くに適用される。第１の接触パッド６Ａは、前側と第１の側面２Ａとの間の縁部付近に配置され、第２の接触パッド６Ｂは、前側と第２の側面２Ｂとの間の縁部付近に配置される。

【0096】

接触パッド６は、銅、ニッケル又は金のような導電性金属を含む。接触パッド６の寸法は、例えば、幅方向に３００μｍまで、長さ方向に１００μｍまで、高さ方向に５μｍ～１０μｍ程度、例えば６．５μｍである。長さ方向における２つの接触パッド６の間の距離は、例えば３００μｍ、又は好ましくは４００μｍを超える。

【0097】

ダイオードは、例えばＡｌ２Ｏ３及び／又はＴｉＯ２を含むパッシベーション層２１を更に有する。パッシベーション層２１の厚さは１００ｎｍ－２００ｎｍである。パッシベーション層２１は、接触パッド６の接触領域を除いて、直方体ダイオードの六面全てに適用される。接触領域は、接触パッド６の表面の全面又は部分を含むことができる。

【0098】

２つの接触パッド６の間で、漏れ電流又は寄生容量の影響が発生する可能性がある。より小さい接触パッド６は、接触パッド６間の距離を増加させることを可能にし、したがって前記寄生効果を減少させる。

【0099】

ダイオードは、ダイオードの第１の側面及び第２の側面に、並びに第１の側面及び第２の側面に隣接する第１の側面及び第２の側面に対して垂直な側面の部分に適用される金属キャップ１１を更に備える。

【0100】

金属キャップ１１は、例えば直方体キャップの形状を有する。

【0101】

金属キャップ１１は、異なる材料からなる幾つかの層を含む。例えば、金属キャップ１１は３つの層を備える。第１の層は、接触パッド及び／又はパッシベーション層２１と直接接触している。第１の層は、Ａｇ又はＣｕとポリマーとを含む軟質金属化混合物を含んでもよい。

【0102】

第２の層は、Ｃｕ又はＮｉのような導電性金属を含む。

【0103】

第３の層は、酸化保護層として構成され、Ａｕ又はＳｎのような適切な金属を含む。

【0104】

パッシベーション層（例えば、材料及び厚さ）を変更することによって、及びＳｉ基板のタイプ（例えば、非エピ材料又は低ドープ材料の選択）を変更することによっても、ＴＶＳダイオードの電気的性能（例えば、容量）を調整することができることに言及すべきである。これらの調整は、適切な接触パッド／金属キャップ設計と共に、開示されたダイオードが異なる電気的仕様（例えば、異なる静電容量）を必要とする様々な用途に対処することを可能にする。

【0105】

図３に示す実施形態では、更なる中間層４６が金属層４と接触パッド６との間に位置される。中間層４６は、金属層４と接触パッド６とを電気的及び機械的に接続する。中間層４６は、隣接する金属層４及び接触パッド６に強固に接合される。

【0106】

中間層４６によって、金属層４と接触パッド６との間の接続を改善及び強化することができる。

【0107】

中間層４６は、導電性材料、例えば導電性金属を含む。

【0108】

中間層４６の材料は、金属層４及び接触パッド６の材料と異なっていてもよい。

【0109】

更に、図３の実施形態は、図２に示す実施形態と同様又は同一である。

【符号の説明】

【0110】

１ ウェハ
２ ＴＶＳダイオードダイ
２Ａ ダイオードの第１の側面
２Ｂ ダイオードの第２の側面
３ 電気部品
４ 金属層
４６ 中間層
５ マスク層
６ 接触パッド
６Ａ 第１の接触パッド
６Ｂ 第２の接触パッド
７ 背面研削テープ
８ 転写テープ
９ フィルムフレームキャリア
１０ 熱剥離テープ
１１ 金属キャップ
２０ ベース本体
２１ パッシベーション層

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ダイ（２）であって、半導体材料を含むベース本体（２０）と、前記半導体ダイ（２）を電気的に接触させることができる接触パッド（６）が設けられた２つの接触領域（４）を有する表面と、前記接触パッド（６）に直接適用される２つの金属キャップ（１１）とを備える、半導体ダイ（２）。

【請求項2】

前記接触領域（４）を前記接触パッド（６）と接続する２つの中間層（４６）を更に備える、請求項１に記載の半導体ダイ（２）。

【請求項3】

前記２つの接触領域（４）を有する前記表面が前面であり、
前記２つの接触領域（４）のうち、第１の接触領域が前記ダイ（２）の第１の側面の近くに配置され、前記２つの接触領域（４）の第２の接触領域が前記ダイの第２の側面の近くに配置され、前記第２の側面が前記第１の側面の反対側に配置され、前記第１の側面及び前記第２の側面が前記前面に対して垂直であり、
前記金属キャップ（１１）は、前記半導体ダイ（２）の前記第１の側面及び前記第２の側面に、並びに前記第１の側面又は前記第２の側面に隣接する各４つの側面にそれぞれ連続して適用される、
請求項１に記載の半導体ダイ（２）。

【請求項4】

前記接触領域が導電性金属を備える構造要素である、請求項１に記載の半導体ダイ（２）。

【請求項5】

前記半導体ダイ（２）は、前記半導体ダイ（２）の前記表面の電気的不動態化のためのパッシベーション層（２１）を更に備え、各接触パッド（６）への外部アクセスを可能にするパッシベーションのない領域が設けられる、請求項１に記載の半導体ダイ（２）。

【請求項6】

半導体ダイ（２）を製造する方法であって、
半導体ダイ（２）を用意するステップであって、前記半導体ダイ（２）が、半導体材料を含むベース本体（２０）と、前記半導体ダイ（２）を電気的に接触させることができる接触パッド（６）が設けられた２つの接触領域（４）を有する表面とを備える、ステップと、電気的不動態化のためのパッシベーション層（２１）を前記半導体ダイの前記表面に適用することによって、各接触パッド（６）への外部アクセスを可能にするパッシベーションのない領域をもたらすステップと、前記接触パッド（６）と直接接触する金属キャップ（１１）で前記半導体ダイ（２）の前記表面の一部を金属化するステップと
を含む、方法。

【請求項7】

前記ステップが記載された順序で実行される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記２つの接触領域（４）を有する前記表面が前面であり、
前記２つの接触領域（４）のうち、第１の接触領域が前記半導体ダイ（２）の第１の側面の近くに配置され、前記２つの接触領域（４）の第２の接触領域が前記半導体ダイの第２の側面の近くに配置され、前記第２の側面が前記第１の側面の反対側に配置され、前記第１の側面及び前記第２の側面が前記前面に対して垂直であり、
前記金属キャップ（１１）は、前記半導体ダイ（２）の前記第１の側面及び前記第２の側面に、並びに前記第１の側面又は前記第２の側面に隣接する各４つの側面にそれぞれ連続して適用される、
請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記半導体ダイ（２）を第１の側面で第１のメタライゼーションテープ（１０）に装填することと、少なくとも１つの接触パッド（６）を含む前記第１のメタライゼーションテープ（１０）によって覆われない前記半導体ダイ（２）の連続領域を金属化することと、前記半導体ダイ（２）を第２の側面で第２のメタライゼーションテープ（１０）に装填することと、少なくとも１つの接触パッド（６）を含む前記第２のメタライゼーションテープ（１０）によって覆われない前記半導体ダイ（２）の連続領域を金属化することと
を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記メタライゼーションテープ（１０）が接着層を伴うポリマーテープである、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記第１の金属化ステップの後に前記半導体ダイ（２）の前記第２の側面の金属キャップ（１１）を硬化させることと、前記第２の金属化ステップの後に前記半導体ダイ（２）の前記第１の側面の金属キャップ（１１）を硬化させることと
を更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の金属化ステップ及び任意選択的な第１の硬化ステップの後に前記半導体ダイ（２）を前記第１のメタライゼーションテープ（１０）から解放することと、第２の金属化ステップ及び任意選択的な第２の硬化ステップの後に前記半導体ダイ（２）を前記第２のメタライゼーションテープ（１０）から解放することと
を更に含む、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記半導体ダイ（２）が前記金属キャップ（１１）を介して外部接触される、請求項６に記載の方法。

【請求項14】

前記半導体ダイ（２）は、前記金属キャップ（１１）をプリント回路基板にはんだ付けすることによって外部接触される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記金属キャップ（１１）が前記パッシベーション層（２１）に直接に適用される、請求項６に記載の方法。

【請求項16】

前記金属キャップ（１１）が浸漬プロセスによって適用される、請求項６に記載の方法。

【請求項17】

前記金属キャップ（１１）は、２つ又は３つの金属化ステップによって適用される２つ又は３つの異なる積層を備える、請求項６に記載の方法。

【請求項18】

前記金属キャップ（１１）は、前記接触パッド（６）の金属又は金属の混合物とは異なる金属又は金属の混合物を備える、請求項６に記載の方法。

【請求項19】

前記パッシベーション層（２１）が原子層堆積プロセスによって適用される、請求項６に記載の方法。

【請求項20】

前記原子層堆積プロセスが８０℃未満の温度で実行される、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

幾つかの半導体ダイ（２）がウェハ（１）レベルチップスケールパッケージプロセスによって並行して製造される、請求項６に記載の方法。

【国際調査報告】