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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements und damit hergestelltes Halbleiter-Bauelement.
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Halbleiterchips oder Halbleiter-Dies können an Metallträgern wie etwa beispielsweise Systemträgern angebracht werden. Insbesondere können Halbleiterchips elektrische Kontaktpads auf mindestens einer ihrer Oberflächen enthalten, wobei die Halbleiterchips an einem Metallträger angebracht werden müssen, wobei das Kontaktpad eine elektrisch und thermisch leitende Verbindung dazwischen bildet. Zudem sollte die Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Metallträger zufriedenstellende mechanische Eigenschaften wie mechanische Festigkeit und Stabilität gegenüber Abnutzung und Ermüdung aufgrund von thermomechanischem Stress besitzen. Die
DE 101 24 047 A1 zeigt Halbleiterchips, die auf einem Systemträger aufgebracht sind, wobei eine Haftschicht aus Dendriten aus Metalloxiden zwischen dem Halbleiterchip und dem Systemträger angeordnet ist. Die
DE 103 30 192 A1 zeigt Haftvermittlungsschichten aus Metall mit poröser Struktur. Die
JP H06-124 862 A behandelt die Montage von Photodioden auf Substraten aus Silizium und zeigt eine dazwischenliegende Aluminiumschicht. Die
JP H02-22 491 A behandelt das Aufrauen von Metallfolien. Die
GB 1 141 234 A zeigt ein elektrisches Bauteil in Form einer Sicherung. Die
US 5 058 796 A zeigt das Drucksintern von Halbleiter-Bauelementen, wobei zwischen einem Halbleiterchip und einem Metallträger eine poröse Schicht gebildet wird.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements anzugeben, welches eine effiziente und kostengünstige Herstellung von elektrischen Kontaktpads ermöglicht.
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Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein eingehenderes Verständnis von Ausführungsformen zu vermitteln. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der damit angestrebten Vorteile von Ausführungsformen werden ohne weiteres deutlich, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zu einander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
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2A–E zeigen schematische Querschnittsdarstellungen von Zwischenprodukten zum Veranschaulichen einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
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4A–D zeigen schematische Querschnittsdarstellungen von Zwischenprodukten zum Veranschaulichen einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Herstellen einer porösen Schicht auf einem Metallträger verwendet wird.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Herstellen einer porösen Schicht auf einem Halbleiterchip verwendet wird.
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7A–E zeigen Zeit-Strom-Diagramme zum Veranschaulichen von Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer porösen Schicht.
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8 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Zwischenproduktes.
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9 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Halbleiter-Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
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10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines elektrischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
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11A, B zeigen schematische Querschnittsdarstellungen eines elektrischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa ”Oberseite”, ”Unterseite”, ”Vorderseite”, ”Rückseite”, ”vorderer”, ”hinterer” usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke ”enthalten”, ”haben”, ”mit” oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck ”umfassend” einschließend sein. Die Ausdrücke ”gekoppelt” und ”verbunden” können zusammen mit Ableitungen verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke verwendet werden können, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt stehen oder sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck ”beispielhaft” lediglich als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale gemeint. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden. Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Die Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements und die Ausführungsformen eines Halbleiter-Bauelements können verschiedene Arten von Halbleiterchips oder Halbleitersubstraten verwenden, unter ihnen integrierte Logikschaltungen, integrierte Analogschaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems – mikroelektromechanische Systeme), integrierte Leistungsschaltungen, Chips mit integrierten passiven Elementen, diskrete passive Elemente usw. Im Allgemeinen kann der Ausdruck ”Halbleiterchip”, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, unterschiedliche Bedeutungen besitzen, von denen eine ein Halbleiter-Die oder Halbleitersubstrat mit einer elektrischen Schaltung ist.
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Bei mehreren Ausführungsformen werden Schichten oder Schichtstapel aufeinander aufgebracht oder Materialien werden auf Schichten aufgebracht oder abgeschieden. Es versteht sich, dass alle solche Ausdrücke wie ”aufgebracht” oder ”abgeschieden” buchstäblich alle Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten aufeinander abdecken sollen. Bei einer Ausführungsform sollen sie Techniken abdecken, bei denen Schichten als ganzes auf einmal aufgebracht werden, wie etwa beispielsweise Laminierungstechniken, sowie Techniken, bei denen Schichten auf sequentielle Weise abgeschieden werden, wie etwa beispielsweise Sputtern, Plattieren, Ausformen, chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) usw.
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Die Halbleiterchips können Kontaktelemente oder Kontaktpads auf einer oder mehreren ihrer äußeren Oberflächen enthalten, wobei die Kontaktelemente zum elektrischen Kontaktieren der Halbleiterchips dienen. Die Kontaktelemente können aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material hergestellt sein, zum Beispiel aus einem Metall wie Aluminium, Gold oder Kupfer, als Beispiel, oder einer Metalllegierung oder einem elektrisch leitenden organischen Material oder einem elektrisch leitenden Halbleitermaterial.
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Der Metallträger kann ein beliebiges Substrat sein, das aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht. Der Metallträger kann beispielsweise aus einem Systemträger bestehen. Der Metallträger kann auch aus einer beliebigen Art von elektrisch leitender oder nichtleitender Basisschicht bestehen, die mit einer Metallschicht aus einem elementaren Metall oder einer Metalllegierung bedeckt ist. Der Metallträger kann auch aus einer homogenen Basisschicht bestehen, die ein elementares Metall oder eine Metalllegierung enthält.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen eines Metallträgers (s1), Bereitstellen eines Halbleiterchips (s2), Aussetzen mindestens eines des Trägers und des Halbleiterchips einer metallionenhaltigen Flüssigkeit (s3), Anlegen einer Spannung zwischen der metallionenhaltigen Flüssigkeit und mindestens eines des Trägers und des Halbleiterchips (s4), Platzieren des Halbleiterchips auf dem Träger (s5); und Erhitzen des Trägers und des Halbleiterchips, bis der Halbleiterchip an dem Träger angebracht ist (s6).
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Gemäß einer Ausführungsform wird nur der Träger einer metallionenhaltigen Flüssigkeit ausgesetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird nur der Halbleiterchip einer metallionenhaltigen Flüssigkeit ausgesetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform werden sowohl der Träger als auch der Halbleiterchip einer metallionenhaltigen Flüssigkeit ausgesetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Halbleiter-Wafer mit mehreren Halbleiterchips oder Halbleiter-Dies einer metallionenhaltigen Flüssigkeit ausgesetzt.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das verfahren weiterhin das Herstellen einer porösen Schicht an einer Oberfläche mindestens eines des Trägers und des Halbleiterchips. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon enthält die poröse Schicht eine Oberflächenstruktur, die mindestens eines von dendritisch, plättchenartig, nadelförmig, schwammartig und kugelförmig ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die poröse Schicht eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 20 μm, wobei der Bereich auch alle inkrementellen Werte abdeckt, wobei das Inkrement 1 nm ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Träger ein Systemträger.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Erhitzen bei einer Temperatur ausgeführt, die kleiner oder gleich 450°C ist, wobei auch alle Werte abgedeckt sind, die inkrementell von 450°C abnehmen, wobei das Inkrement 1°C ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Spannung derart angelegt, dass mindestens einer eines kontinuierlichen Stroms und eines gepulsten Stroms erzeugt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Spannung zwischen einem in die metallionenhaltige Flüssigkeit eingetauchten metallischen Körper und mindestens einen des Metallträgers und des Halbeiterchips angelegt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Erhitzen derart ausgeführt, dass eine gesinterte Struktur an einer Grenzfläche zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip erzeugt wird. Außerdem können Ultraschallwellen auf die Struktur einwirken, um den Interdiffusionsprozess zu verstärken. Bei einer Ausführungsform oder zusätzlich kann ein konstanter und statischer Druck auf die Struktur ausgeübt werden, so dass die Erhitzungstemperatur weiter reduziert werden kann.
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Unter Bezugnahme auf die 2A–E werden Querschnittsdarstellungen von Zwischenprodukten zum Veranschaulichen einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements gezeigt. 2A zeigt Querschnittsdarstellungen eines Metallträgers 1 und eines Halbleiterchips 2. Es ist ein Ziel des Verfahrens, den Halbleiterchip 2 so an dem Metallträger 1 anzubringen, dass sie stark und beständig aneinander fixiert sind. Der Halbleiterchip 2 kann nicht gezeigte Kontaktelemente auf mindestens einer seiner Oberflächen aufweisen, und der Halbleiterchip 2 kann mit einem seiner Kontaktelemente an dem Metallträger 1 angebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, dass eine nichtleitende Oberfläche des Halbleiterchips 2 mit dem Metallträger 1 verbunden wird. 2B zeigt, dass der Metallträger 1 einer metallionenhaltigen Flüssigkeit EL ausgesetzt ist. Die metallionenhaltige Flüssigkeit EL kann beispielsweise aus einem Elektrolyten bestehen. 2C zeigt, dass eine Spannung zwischen der metallionenhaltigen Flüssigkeit EL und dem Metallträger 1 angelegt ist. 2D zeigt, wie der Halbleiterchip auf dem Metallträger 1 platziert wird. Wie gezeigt, kann der Halbleiterchip 2 mit einer seiner Hauptoberflächen auf einer der Hauptoberflächen des Metallträgers 1 platziert werden. 2E zeigt das Erhitzen des Metallträgers 1 und des Halbleiterchips 2. Das Erhitzen wird durchgeführt, bis der Halbleiterchip 2 an dem Metallträger 1 angebracht ist. Das Erhitzen kann derart erfolgen, dass Hitze an alle Seiten der Struktur geliefert wird, wie durch die Pfeile angegeben.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren beinhaltet: Bereitstellen eines Metallträgers (s1), Bereitstellen eines Halbleiterchips (s2), Herstellen einer porösen Schicht an einer Oberfläche mindestens eines des Metallträgers und des Halbleiterchips (s3), Platzieren des Halbleiterchips auf dem Träger (s4) und Erhitzen der resultierenden Struktur, bis der Halbleiterchip an dem Träger angebracht ist (s5).
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine poröse Schicht nur an einer Oberfläche des Metallträgers hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine poröse Schicht nur an einer Oberfläche des Halbleiterchips hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine poröse Schicht an einer Oberfläche des Metallträgers und an einer Oberfläche des Halbleiterchips hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine poröse Schicht an einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers mit mehreren Halbleiterchips oder Halbleiter-Dies hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht eine Oberflächenstruktur, die mindestens eines von dendritisch, plättchenartig, nadelförmig, schwammartig und kugelförmig ist.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren weiterhin: Aussetzen mindestens eines des Trägers und des Halbleiterchips einer metallionenhaltigen Flüssigkeit; und Anlegen einer Spannung zwischen der metallionenhaltigen Flüssigkeit und mindestens einem des Trägers und des Halbleiterchips. Gemäß einer Ausführungsform wird die Spannung derart angelegt, dass mindestens einer eines kontinuierlichen Stroms und eines gepulsten Stroms erzeugt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Spannung zwischen einem in die metallionenhaltige Flüssigkeit eingetauchten metallischen Körper und mindestens einem des Metallträgers und des Halbleiterchips angelegt.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 20 μm, wobei der Bereich auch alle inkrementellen Werte abdeckt, wobei das Inkrement 1 nm ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Metallträger ein Systemträger.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Erhitzen bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 450°C ausgeführt, was alle Werte abdeckt, die inkrementell von 450°C abnehmen, wobei das Inkrement 1°C ist. Gemäß einer Ausführungsform wird das Erhitzen derart ausgeführt, dass eine gesinterte Struktur an einer Grenzfläche zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip erzeugt wird. Außerdem können Ultraschallwellen auf die Struktur einwirken, um den Interdiffusionsprozess zu verstärken. Bei einer Ausführungsform kann ein konstanter und statischer Druck auf die Struktur ausgeübt werden, so dass die Erhitzungstemperatur weiter reduziert werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 4A–D werden Querschnittsdarstellungen von Zwischenprodukten zum Veranschaulichen einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiter-Bauelements gezeigt. 4A zeigt einen Metallträger 1 und einen Halbleiter 2. 4B zeigt ein Zwischenprodukt, das nach dem Herstellen einer porösen Schicht 3 auf einer Hauptoberfläche des Metallträgers 1 erhalten wird. Prinzipiell gibt es verschiedene Wege zum Herstellen der porösen Schicht 3 an der Oberfläche des Metallträgers 1. Die poröse Schicht 3 kann beispielsweise auf der Oberfläche des Metallträgers 1 abgeschieden werden. Der Abscheidungsprozess kann beispielsweise wie oben in Verbindung mit 1 und 2A–E erläutert ausgeführt werden. Die poröse Schicht 3 kann prinzipiell auch durch Konvertieren einer zuvor nicht porösen Oberflächenschicht des Metallträgers 1 in eine poröse Schicht 3 durch ein beliebiges Verfahren hergestellt werden. 40 zeigt ein Zwischenprodukt, das nach dem Platzieren des Halbleiterchips 2 auf dem Metallträger 1 erhalten wird, so dass die poröse Schicht 3 eine Zwischenschicht zwischen dem Metallträger 1 und dem Halbleiterchip 2 bildet. 4D zeigt das Erhitzen der resultierenden Struktur, bis der Halbleiterchip 2 an dem Metallträger 1 angebracht ist. Das Erhitzen kann derart erfolgen, dass Hitze an alle Seiten der Struktur geliefert wird, wie durch die Pfeile angegeben.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird eine Querschnittseitendarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen einer porösen Schicht auf einer Oberfläche mindestens eines eines Metallträgers und eines Halbleiterchips oder Halbleiter-Wafers gezeigt. Die Vorrichtung 10 besteht im Wesentlichen aus einem Elektroplattierungsbad 4, das eine Elektrolytlösung 5 enthält, die aus verschiedenen Komponenten bestehen kann.
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Ein Metallträger 2 wird in die Elektrolytlösung 5 eingetaucht, um mit einer metallischen Schicht wie etwa beispielsweise einer Silberschicht plattiert zu werden. Der Metallträger 2 kann beispielsweise aus einem Kupfersystemträger oder einer Kupferbasisplatte, die nach dem Plattieren zu einem Systemträger ausgebildet werden soll, bestehen. Der Metallträger 2 ist mit dem negativen Anschluss einer Spannungsquelle 6 verbunden, so dass er während des Elektroplattierungsprozesses eine Kathode bildet. Auch in die Elektrolytlösung 5 eingetaucht wird ein metallischer Körper 7, der mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle 6 verbunden ist und somit während des Elektroplattierungsprozesses eine Anode bildet. Die Anode 7 kann als eine aktive Anode oder als eine passive Anode wirken. Als eine aktive Anode enthält sie ein Material, das auf dem Metallträger 2 abgeschieden werden soll. Der Elektrolyseprozess ist derart, dass positive Ionen des Materials der Anode 7 von der Anode 7 freigegeben werden und sich zum Metallträger 2 ausbreiten und auf der äußeren Oberfläche des Metallträgers 2 abscheiden, und gleichzeitig fließen Elektronen von der Anode 7 über die Spannungsquelle 6 zu dem Metallträger 2. Als eine passive Anode besteht die Anode 7 aus einem Material derart, dass keine Ionen von der Anode 7 in die Elektrolytlösung 5 freigegeben werden, und statt dessen sorgt die Anode 7 nur für ein elektrisches Potential innerhalb der Elektrolytlösung 5, und die Elektrolytlösung 5 selbst enthält die Bestandteile, die auf dem Metallträger 2 abgeschieden werden sollen. Auch in diesem Fall fließen Elektronen von der Anode 7 über die Spannungsquelle 6 zum Metallträger 2.
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Bei einer Ausführungsform besteht die Elektrolytlösung 5 aus einer wässrigen Lösung, die Silbernitrat (AgNO3) und Ammoniak (NH3) enthält, wobei das Silbernitrat eine Konzentration von 0,01 bis 0,025 mol/kg besitzt und die Massenanteile an Silbernitrat und Ammoniak 8,5 g bzw. 6 g der 25%igen Lösung betragen. Bei dieser Ausführungsform spielt die Anode 7 die Rolle einer passiven Anode und kann beispielsweise aus einem Stahlmaterial hergestellt sein.
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Allgemein erfolgen bei einem galvanischen Elektroplattierungsprozess chemische Teilreaktionen, wobei eine kathodische chemische Teilreaktion an der Oberfläche des Metallträgers 2 erfolgt und eine anodische chemische Teilreaktion an der Oberfläche der Anode 7 erfolgt. Die kathodische Teilreaktion besteht im Wesentlichen aus der Reduktion der Silberionenspezies in der Elektrolytlösung 5 und kann beschrieben werden als (ohne Berücksichtigung der Entstehung von Komplexen in der Lösung): Ag+ + e– → Ag (1)
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Die anodische chemische Teilreaktion kann beispielsweise wie folgt sein: 4OH– → 2H2O + O4 + 4e– (2)
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Bei einer Ausführungsform kann die Anode 7 die Rolle einer aktiven Anode spielen, was bedeutet, dass sie das Material enthält, das auf dem Metallträger 2 abgeschieden werden soll. Wenn Silber auf dem Metallträger 2 abgeschieden werden soll, muss die Anode 7 Silber enthalten oder ultimativ daraus bestehen. Die Elektrolytlösung 5 kann in diesem Fall eine beliebige herkömmliche sein und braucht keine Silbernitratlösung zu sein.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Querschnittseitenansicht einer Elektroplattierungsvorrichtung zum Veranschaulichen einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Gemäß 6 im Vergleich zu der Ausführungsform von 5 wird anstelle eines Metallträgers 2 ein Halbleiterchip 20 in die Elektrolytlösung 5 eingetaucht. Der Halbleiterchip 20 kann ein Kontaktpad 20A enthalten, auf dem eine metallische Schicht abgeschieden werden soll. Der Halbleiterchip 20 soll mit dem Kontaktpad 20A in einem späteren Prozess auf einer Hauptoberfläche eines Metallträgers angebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Halbleiterchip 20 kein Kontaktpad 20A an einer Oberfläche enthält, die in dem Elektroplattierungsprozess mit einer metallischen Schicht bedeckt werden soll. In diesem Fall wird eine dünne elektrisch leitende Keimschicht auf der jeweiligen Oberfläche des Halbleiterchips 20 vor dem Eintauchen in die Elektrolytlösung 5 abgeschieden, so dass der Elektroplattierungsprozess erfolgen kann. Die Keimschicht kann beispielsweise durch Sputtern abgeschieden werden. Wenn der Halbleiterchip 20 in die Elektrolytlösung 5 eingetaucht wird, wird das leitende Pad 20A oder die Keimschicht elektrisch mit dem negativen Anschluss der Spannungsquelle 6 verbunden. Die Anode 7 kann die Rolle einer aktiven Anode oder einer passiven Anode spielen, wie oben beschrieben.
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Das Elektroplattierungsbad 4 mit der oben in Verbindung mit 5 und 6 beschriebenen Elektrolytlösung 5 wird zum Abscheiden einer porösen Silberschicht auf einem Metallträger 2 oder einem Halbleiterchip 20 verwendet. Des Anlegen eines Stroms beginnt die Abscheidung der porösen Schicht auf der Oberfläche des Metallträgers 2 oder einer elektrisch leitenden Oberfläche des Halbleiterchips 20. Die Rate der Abscheidungsoperation kann durch Regeln der Stromdichte gesteuert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel wie oben umrissen kann eine Stromdichte in einem Bereich von 0,5 bis 2 A/cm2 in einem Konstantstrommodus verwendet werden. Der Strom kann in Form mindestens eines von einem kontinuierlichen Strom oder einem gepulsten Strom angelegt werden. Das bedeutet, während des Elektroplattierungsprozesses kann der Strom zeitlich konstant sein oder er kann mit der Zeit variieren.
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Unter Bezugnahme auf 7A–E werden Strom-Zeit-Diagramme gezeigt, um verschiedene Ausführungsformen von zeitlich variierenden Elektroplattierungsströmen darzustellen. Bei diesen Ausführungsformen können Charakteristika wie etwa Dicke, Porosität und Morphologie der porösen Schicht auf präzise Weise eingestellt werden.
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7A zeigt eine Ausführungsform, bei der durch Anlegen einer bestimmten Anzahl von Vorimpulsen mehrere Keimkörner anfänglich hergestellt werden können, über die eine homogene dichte Keimschicht bereitgestellt werden kann. Danach wird ein Stromplateau mit einer Zeitdauer angelegt, die erheblich länger ist als die Dauer jedes einzelnen der Vorimpulse, und einer maximalen Stromdichte, die erheblich niedriger ist als das Maximum der Stromdichte der Vorimpulse. Während des Stromplateaus lässt man eine weitere poröse Schicht auf der durch die Vorimpulse erzeugten Anfangsschicht aufwachsen, wobei die weitere Schicht optimale dendritische Eigenschaften enthält. Im Wesentlichen hängt das Ergebnis von der Anzahl der Vorimpulse, der Zeitdauer jedes einzelnen der Vorimpulse, der Länge der Unterbrechungen zwischen den Vorimpulsen und der maximalen Stromdichte der Vorimpulse ab.
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7B zeigt eine weitere Ausführungsform, die durch dreimaliges Wiederholen des Musters von 7A erhalten wird. Mit einem derartigen Muster kann eine dreidimensionale Schichtstruktur mit dendritischen Ebenen unterschiedlicher Dichte hergestellt werden.
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7C zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem kontinuierlichen, zeitunabhängigen Plateau- oder Basisstrom und zusätzlich Stromimpulsen auf dem Plateaustrom. Die Stromimpulse können zusammengruppiert werden, um beispielsweise wie dargestellt drei aufeinanderfolgende Impulse in jeder Gruppe zu bilden, wobei die Gruppen von Impulsen durch eine Unterbrechung voneinander getrennt sind.
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7D zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der Stromimpulse unterschiedlicher Polarität angelegt werden und danach ein Stromplateau mit einer Dauer, die erheblich länger ist als die Länge der Impulse, angelegt wird.
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7E zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der nur Stromimpulse angelegt werden, wobei die Impulse von gleicher Impulslänge sind und Unterbrechungen zwischen den Impulsen aufweisen, wobei die Unterbrechungen im Vergleich zur Dauer der Impulse von gleicher Dauer sind.
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Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Platzieren des Halbleiterchips auf dem Metallträger die ganze Struktur eine Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 300°C gesintert, so dass als Ergebnis der Halbleiterchip fest und zuverlässig an dem Metallträger angebracht ist und die zwischen dem Halbleiterchip und dem Metallträger angeordnete poröse Schicht eine gesinterte Struktur enthält. Je nach der Struktur und den mittleren Abmessungen der nanoskopischen Strukturen in der porösen Schicht ist es auch möglich, den Erhitzungsprozess bei Temperaturen unter 450°C oder sogar unter 300°C auszuführen, wobei der Temperaturbereich im Allgemeinen alle Werte abdeckt, die inkrementell von 450°C abnehmen, wobei das Inkrement 1°C ist.
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Unter Bezugnahme auf 8 wird eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Zwischenprodukts gezeigt. Das Zwischenprodukt 30 enthält einen Metallträger 1 und eine auf einer Hauptoberfläche des Metallträgers 1 abgeschiedene poröse Silberschicht 9. Die poröse Schicht 9 ist durch raue und poröse Bedingungen oder eine raue und poröse Morphologie gekennzeichnet. Die Porositäten liegen im Bereich von 1–1000 nm, alle inkrementellen Werte abdeckend, wobei das Inkrement 1 nm ist. Dieser Zustand kann durch kristalline Strukturen und/oder dendritische, Plättchen- und Schwammstrukturen gekennzeichnet sein. Weiterhin können nadelförmige Säulen zufällig nebeneinander aus der Schicht vorstehen. Diese nadelförmigen Strukturen und die Plättchen können mit scharfen und präzisen Kanten versehen sein. Ein Halbleiterchip soll an dem Metallträger 1 mit der porösen Schicht 9 dazwischen angebracht werden. Der poröse und raue Zustand der porösen Schicht 9 führt eine viel stärkere Haftung des Halbleiterchips an den Metallträger 1 herbei, so dass die poröse Schicht 9 dem Zweck einer Adhäsionsbeschleunigerschicht dient. Die durch einen Sinterprozess erzeugten Bondkräfte sind viel stärker als mit homogenen und glatten Oberflächen des Metallträgers 1 und des Halbleiterchips. Wie oben umrissen, kann die poröse Schicht 9 auch bei einer Ausführungsform oder zusätzlich auf der Oberfläche des Halbleiterchips hergestellt werden.
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Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Halbleiter-Bauelement 40 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Halbleiter-Bauelement 40 enthält einen Metallträger 1, einen über dem Träger 1 angeordneten Halbleiterchip 2 und eine zwischen dem Träger 1 und dem Halbleiterchip 2 vorgesehene poröse Schicht 9.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 9 eine Oberflächenstruktur, die mindestens eines von dendritisch, plättchenartig, nadelförmig, schwammartig und kugelförmig ist.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 9 eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 20 μm, wobei der Bereich auch alle inkrementellen Werte abdeckt, wobei das Inkrement 1 nm ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Metallträger 1 ein Systemträger.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 9 Silber.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält der Metallträger Kupfer.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 9 eine gesinterte Struktur.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält der Halbleiterchip 2 ein Kontaktelement oder Kontaktpad bei der porösen Schicht 9.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält der Halbleiterchip 2 eine elektrisch leitende Keimschicht bei der porösen Schicht 9.
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Unter Bezugnahme auf 10 wird dort eine Querschnittsdarstellung eines elektrischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das elektrische Bauelement 50 enthält einen ersten Metallleiter 51, einen zweiten Metallleiter 52 und eine zwischen dem ersten Metallleiter 51 und dem zweiten Metallleiter 52 bereitgestellte elektrisch leitende poröse Schicht 59.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 59 eine Oberflächenstruktur, die mindestens eines von dendritisch, plättchenartig, nadelförmig, schwammartig und kugelförmig ist.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 59 eine Dicke in einem Bereich von 10 nm bis 20 μm, wobei der Bereich auch alle inkrementellen Werte abdeckt, wobei das Inkrement 1 nm ist.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 59 eine gesinterte Struktur.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält die poröse Schicht 59 Silber.
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Unter Bezugnahme auf 11A wird eine Querschnittsdarstellung eines elektrischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das elektrische Bauelement 60 enthält eine Sicherung, wobei die Sicherung ein elektrisch leitendes poröses Material 69 enthält. Das elektrisch leitende poröse Material 69 kann zwischen einem ersten elektrisch leitenden Element 61 und einem zweiten elektrisch leitenden Element 62 angeordnet sein.
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Das elektrische Bauelement 60 kann beispielsweise in Leistungshalbleiter-Bauelementen genutzt werden. Durch präzises Einstellen der strukturellen Abmessungen der porösen Schicht 69 kann der Schmelzpunkt des porösen Materials auf einen Sollwert eingestellt werden, so dass ein Temperaturanstieg zu einer Fehlfunktion des elektrischen Bauelements durch Schmelzen der Verbindungen zwischen dem porösen Material 69 zu den elektrischen leitenden Elementen 61 und 62 führt. Wie in 11B gezeigt, kommt es aufgrund der Volumenreduktion des porösen Materials 69 zu einem Abriss auf einer der beiden oder auf beiden Seiten bei den elektrisch leitenden Elementen 61 und 62, so dass der Stromfluss durch die Sicherung unterbrochen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das poröse Material 69 mindestens eines von dendritisch, plättchenartig, nadelförmig, schwammartig oder kugelförmig.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Sicherung eine Trennsicherung.
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Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon beschränkt werden.