DE10339462A1

DE10339462A1 - Process for fixing a rigid connecting loop or leg to a connecting surface of a semiconductor chip in the manufacture of semiconductor components

Info

Publication number: DE10339462A1
Application number: DE10339462A
Authority: DE
Inventors: Robert Bergmann; Xaver Schlögel; Ralf Otremba; Jürgen SCHREDL
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren einer Anschlussfläche eines Halbleiterchips mittels eines starren Anschlussbügels oder Anschlussbeins, wobei der Anschlussbügel oder das Anschlussbein unter Verwendung eines Diffusionslötverfahrens an der Anschlussfläche befestigt wird.The present invention relates to a method for contacting a terminal surface of a semiconductor chip by means of a rigid terminal bracket or terminal leg, wherein the terminal bracket or the terminal leg is attached to the pad using a diffusion soldering process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Anschlussbügels oder Anschlussbeins an einem Halbleiterchip.The The present invention relates to a method for attaching a connection bracket or connecting leg on a semiconductor chip.

Halbleiterchips, in denen Halbleiterbauelemente integriert sind, werden zum Schutz vor äußeren mechanischen Einflüssen in Gehäusen integriert, aus denen Anschlussbeine für eine Verschaltung des Bauelements herausragen. Anschlussflächen auf den Halbleiterchips können dabei durch Bonddrähte mit diesen Anschlussbeinen verbunden sein.Semiconductor chips, in which semiconductor devices are integrated, are used for protection before external mechanical influences in housings integrated, from which connecting legs for an interconnection of the device protrude. pads on the semiconductor chips can thereby by bonding wires with be connected to these legs.

Zur Reduzierung des durch solche Anschlüsse bewirkten elektrischen Widerstands, sowie zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Anschlussverbindungen ist es bekannt, solche Anschlussflächen von Halbleiterbauelementen anstelle durch Bondrähte durch starre Anschlussbügel zu kontaktieren, wobei die Anschlussbügel entweder eine elektrische Verbindung zu einem aus dem Gehäuse heraus ragenden Anschlussbein herstellen oder die Anschlussbügel selbst ein solches Anschlussbein bilden und aus dem Gehäuse heraus ragen.to Reduction of electrical connections caused by such connections Resistance, as well as to increase the reliability the connection connections it is known, such pads of semiconductor devices instead of through bonding wires rigid connecting bracket to contact, with the connecting bracket either an electrical Connection to one out of the case to create a protruding connecting leg or the connecting straps themselves form such a connection leg and protrude out of the housing.

Die JP 2000082721-A und die EP 962975 A2 beschreiben jeweils solche Halbleiterbauelemente mit einem in einem Gehäuse integrierten Halbleiterchip und aus dem Gehäuse heraus ragenden Anschlussbeinen, die unmittelbar Anschlussflächen des Halbleiterchips kontaktieren.JP 2000082721-A and the EP 962975 A2 describe in each case such semiconductor devices with a semiconductor chip integrated in a housing and out of the housing protruding connecting legs, which directly contact pads of the semiconductor chip.

Die US 6,040,626 , die US 6,319,755 B1 und die US 2001044167 A1 beschreiben jeweils ein Halbleiterbauelement mit einem in einem Gehäuse integrierten Halbleiterchip und aus dem Gehäuse heraus ragenden Anschlussbeinen, wobei diese Anschlussbeine über Kontaktbügel mit Anschlussflächen des Halbleiterchips verbunden sind.The US 6,040,626 , the US 6,319,755 B1 and the US 2001044167 A1 In each case, a semiconductor component with a semiconductor chip integrated in a housing and connecting legs projecting out of the housing are described, wherein these terminal legs are connected to terminal pads of the semiconductor chip via contact stirrups.

Derartige, die Anschlussflächen eines Halbleiterchips kontaktierende starre Anschlussbügel oder Anschlussbeine, die üblicherweise aus Kupfer bestehen werden unter Verwendung von Weichloten oder elektrisch leitfähigen Klebern an den Anschlussflächen des Halbleiterchips befestigt. Dieses Vorgehen besitzt den Nachteil, dass die in Weichloten unvermeidlich vorhandenen Flussmittel und die in Klebern unvermeidlich vorhandenen Lösungsmittel zu Delaminationen zwischen einer Chipoberfläche und einer die Oberfläche bedeckenden Gehäuseschicht und zu Korrosionen an der Chipoberfläche führen können. Außerdem können Weichlotverbindungen und Klebeverbindungen bei starken Temperaturwechseln im Dauerbetrieb beschädigt werden.such, the connection surfaces a semiconductor chip contacting rigid terminal bracket or Connecting legs, usually be made of copper using soft solder or electrically conductive Adhesives on the connection surfaces attached to the semiconductor chip. This procedure has the disadvantage that in soft solders inevitably existing flux and the solvents inevitably present in adhesives to delaminations between a chip surface and one the surface covering housing layer and to corrosion on the chip surface being able to lead. In addition, soft solder compounds and Adhesive connections in case of strong temperature changes in continuous operation damaged become.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Befestigen eines starren Anschlussbeins oder Anschlussbügels an einer Anschlussfläche eines Halbleiterchips unter Verwendung eines Anschlussbeines oder eines Anschlussbügels zur Verfügung zu stellen, das zu einer temperaturbeständigen und einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweisenden Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Bein/Bügel führt und das darüber hinaus nicht zu Delaminationen und Korrosionen führt.aim The present invention is therefore a method of fastening a rigid connection leg or connecting bracket at a connection surface of a Semiconductor chips using a connection leg or a connection bracket to disposal to provide that to a temperature resistant and a low having electrical resistance connection between the semiconductor chip and the leg / hanger leads and that about it does not lead to delamination and corrosion.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This The aim is achieved by a method having the features of claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Befestigen eines eine Kontaktfläche aufweisenden starren Anschlussbeins oder Anschlussbügels an einer Anschlussfläche eines Halbleiterchips, ist vorgesehen, den Anschlussbügel oder das Anschlussbein unter Verwendung eines Diffusionslötverfahrens an der Anschlussfläche des Chips zu befestigen. Hierzu wird ein Diffu sionslotes auf die Kontaktfläche des Anschlussbeins oder Anschlussbügels aufgebracht und die Kontaktfläche mit dem Diffusionslot wird auf die Anschlussfläche des Halbleiterchips, vorzugsweise unter Ausübung von Druck, aufgesetzt. Anschließend wird wenigstens die Kontaktfläche und die Anschlussfläche erwärmt, um das Diffusionslot aufzuschmelzen, woran sich ein Abkühlen anschließt. Zum Erwärmen wir die Anordnung vorzugsweise in einen Ofen eingebracht.at the method according to the invention for securing a rigid connecting leg having a contact surface or connecting bracket on a connection surface a semiconductor chip, is provided, the terminal bracket or the connecting leg using a diffusion soldering process at the connection surface to fix the chip. This is a Diffu sion solder on the contact area the connecting leg or connecting bracket applied and the contact surface with the diffusion solder is applied to the pad of the semiconductor chip, preferably below exercise from pressure, put on. Subsequently will at least be the contact surface and the interface heated to melt the diffusion solder, followed by cooling. To warm us the arrangement is preferably introduced into an oven.

Die Anwendung eines Diffusionslötverfahrens, das beispielsweise in Reichl: „Technologien der Mikrosysteme II", Technische Universität Berlin, April 2003, Seite Seiten 2–23 bis 2–24 grundsätzlich beschrieben ist, bietet gegenüber Weichlötverfahren oder Klebeverfahren eine höhere Zuverlässigkeit der entstehenden Verbindung. Darüber hinaus besitzen die aus einem Diffusionslötverfahren resultierenden Verbindungsschichten gegenüber den aus den herkömmlichen Verfahren resultierenden Verbindungsschichten einen niedrigen Wärmewiderstand und einen niedrigeren elektrischen Widerstand, da die Schichten im Vergleich zu herkömmlichen Schichten dünner ausgeführt werden können.The Application of a diffusion soldering process, for example in Reichl: "Technologies Microsystems II ", Technical University Berlin, April 2003, pages 2-23 to 2-24 is basically described across from Soft soldering or Adhesive method a higher one reliability the resulting compound. About that In addition, the bonding layers resulting from a diffusion soldering process have across from from the conventional ones Process resulting tie layers a low thermal resistance and a lower electrical resistance as the layers compared to conventional Layers thinner accomplished can be.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nach dem Abkühlen eine feste Verbindungsschicht zwischen dem Anschlussbein/-bügel und dem Halbleiterchip vorhanden. Diese entstehende Verbindungsschicht besitzt einen Schmelzpunkt, der über der Temperatur liegt, die zum Aufschmelzen des aufgebrachten Lotes benötigt wird. Abhängig vom verwendeten Lot beträgt diese Temperatur zwischen 270°C und 300°C, während der Schmelzpunkt der resultierenden Verbindung bei Temperaturen von über 450°C liegt. Hierdurch besteht die Möglichkeit mehrere Anschlussbeine/-bügel nacheinander auf Anschlussflächen des Chips aufzulöten, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich zuvor hergestellte Verbindungen wieder lösen. Das Aufbringen des Lots auf die jeweiligen Anschlussbeine/-bügel bietet hierbei den Vorteil, dass die Anschlussbeine/-bügel für die Montage vorbereitet und nacheinander unter Verwendung der Tem perschritte an dem Chip befestigt werden können. Würde das Lot für mehrere Anschlussbeine/-bügel auf den Chip aufgebracht, so würde das Lot bereits nach dem ersten Temperschritt seinen Schmelzpunkt erhöhen und dadurch ein Auflöten der weiteren Beine/Bügel erschweren oder unmöglich machen.In the method according to the invention, after cooling, a fixed connection layer is present between the connection leg / strap and the semiconductor chip. This resulting tie layer has a melting point that is above the temperature needed to melt the applied solder. Depending on the solder used, this temperature is between 270 ° C and 300 ° C, while the melting point of the resulting compound is at temperatures above 450 ° C. As a result, there is the possibility of successively soldering a plurality of connecting legs / stirrups on connection surfaces of the chip, without the risk of loosening previously made connections. The application of the solder on the respective connecting legs / strap here has the advantage that the connecting legs / straps prepared for assembly and can be successively persteps using the Tem attached to the chip. If the solder was applied to the chip for a plurality of connecting legs / straps, the solder would increase its melting point after the first heat treatment step, making it difficult to solder on the other legs / straps or making it impossible.

Das zuvor erläuterte Phänomen des erhöhten Schmelzpunktes der entstehenden Verbindung beruht darauf, dass das Diffusionslot mit dem Material der Anschlussfläche des Chips und der Kontaktfläche des Anschlussbeins/-bügels eine intermetallische Verbindung eingeht, die einen höheren Schmelzpunkt als das Lot besitzt.The previously explained phenomenon of the raised Melting point of the resulting compound based on the fact that the Diffusion solder with the material of the pad of the chip and the contact surface of the Connection leg / locking clamps an intermetallic compound enters, which has a higher melting point as the lot owns.

Als Diffusionslot eignet sich beispielsweise eine Gold-Zinn-Legierung, wie beispielsweise eine Legierung mit einem Anteil von etwa 80% Gold und 20% Zinn. Weiterhin sind Silber-Zinn-, Gold-Silizium-, Gold-Germanium-, Silber-Indium-, Silber-Zinn- oder Zinn-Kupfer-Verbindungen oder reines Zinn als Diffusionslote geeignet.When Diffusion solder is for example a gold-tin alloy, such as an alloy containing about 80% gold and 20% tin. Furthermore, silver-tin, gold-silicon, gold-germanium, silver-indium, Silver-tin or tin-copper compounds or pure tin suitable as diffusion solders.

Geeignete Materialien für die Anschlussfläche des Halbleiterchips und die Kontaktfläche des Bügels/Beins, die eine intermetallische Verbindung mit dem ... eingehen, sind Silber, Kupfer, Nickel oder Gold, wobei es genügt, wenn eine der zu verlötenden Flächen, also die Anschlussfläche des Halbleiterchips oder die Kontaktfläche des Bügels/Beins dieses Material aufweist.suitable Materials for the connection surface of the semiconductor chip and the contact surface of the stirrup / leg, which is an intermetallic Entering into connection with the ... are silver, copper, nickel or gold, where it is enough if one of the surfaces to be soldered, so the connection surface of the semiconductor chip or the contact surface of the stirrup / leg of this material having.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.The The present invention will be described below in exemplary embodiments with reference to FIG Figures explained in more detail.

1 veranschaulicht anhand einzelner Verfahrensschritte das erfindungsgemäße Verfahren zum Kontaktieren einer Anschlussfläche eines Halbleiterchips mittels eines Anschlussbeins. 1 illustrates the method according to the invention for contacting a connection surface of a semiconductor chip by means of a connection leg using individual method steps.

2 zeigt im Querschnitt einen Halbleiterchip mit einer Anschlussfläche, die mittels eines starren Anschlussbügels an ein Anschlussbein angeschlossen ist. 2 shows in cross section a semiconductor chip with a connection surface, which is connected by means of a rigid connecting bracket to a connecting leg.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.In denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals same parts with the same meaning.

Anschlussbeine und Anschlussbügel können sich grundsätzlich in ihrer Struktur und hinsichtlich des verwendeten Materials gleichen. Im folgenden wird ein Kontaktelement, das einer einerends an einem Halbleiterchip befestigt wird und an einem anderen Ende aus einem den Halbleiterchip umgebenden Gehäuse herausragt, um einen externen Anschluss des Halbleiterbauelements zu bilden, als Anschlussbein bezeichnet. Kontaktelemente, die einerends ebenfalls an dem Halbleiterchip befestigt sind, die jedoch nicht unmittelbar als Anschlussbein dienen, sondern beispielsweise solche Anschlussbeine oder weitere Halbleiterchips kontaktieren, werden im folgenden als Anschlussbügel bezeichnet.connecting legs and connecting bracket can in principle in their structure and in terms of the material used. The following is a contact element, the one at one end to a Semiconductor chip is attached and at one end from a protruding housing surrounding the semiconductor chip to an external Connection of the semiconductor device to form, as a connection leg designated. Contact elements, which at one end also on the semiconductor chip are attached, but not directly serve as a connecting leg, but For example, such connection legs or other semiconductor chips are referred to below as a connecting bracket.

1 veranschaulicht anhand einzelner Verfahrensschritte ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befestigen eines Anschlussbeins 200 an einer Anschlussfläche 110 eines Halbleiterchips 100. Die Anschlussfläche 110 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der Vorderseite 101 des Halbleiterchips angeordnet und kontaktiert ein Halbleiterbauelement, das in nicht näher dargestellter Weise in dem Halbleiterchip 100 integriert ist. Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise ein vertikales Bauelement, dessen einer Lastanschluss an der Vorderseite 101 und dessen anderer Lastanschluss in nicht näher dargestellter Weise an der Rückseite 102 des Halbleiterbauelements gebildet ist. Derartige vertikale Bauelemente sind beispielsweise Leistungs-MOSFET, Leistungs-IGBT, Leistungsthyristoren oder Leistungsdioden. 1 illustrated by means of individual method steps an embodiment of the method according to the invention for attaching a connecting leg 200 on a connection surface 110 a semiconductor chip 100 , The connection surface 110 is in the illustrated embodiment at the front 101 arranged the semiconductor chip and contacts a semiconductor device, which in a manner not shown in the semiconductor chip 100 is integrated. The semiconductor component is, for example, a vertical component whose one load connection is on the front side 101 and its other load connection in a manner not shown on the back 102 of the semiconductor device is formed. Such vertical components are for example power MOSFET, power IGBT, power thyristors or power diodes.

Zum Befestigen des Anschlussbeins 200 auf dieser Anschlussfläche 110 wird auf eine Kontaktfläche 201 des Anschlussbeins ein Diffusionslot 30 aufgebracht wie im Ergebnis in 1a dargestellt ist. Dieses Diffusionslot besteht beispielsweise aus einer Gold-Zinn-, Silber-Zinn-, Gold-Silizium-, Gold-Germanium-, Silber-Indium-, Silber-Zinn- oder Zinn-Kupfer-Verbindung oder aus reinem Zinn.To attach the connection leg 200 on this interface 110 is on a contact surface 201 of the connecting leg a diffusion solder 30 applied as in result in 1a is shown. This diffusion solder consists for example of a gold-tin, silver-tin, gold-silicon, gold-germanium, silver-indium, silver-tin or tin-copper compound or pure tin.

In einem nächsten Verfahrensschritt, der in 1b veranschaulicht ist, wird das Anschlussbein 200 mit der Kontaktfläche 210 auf die Anschlussfläche 110 des Halbleiterchips 100 aufgebracht, so dass sich das Diffusionslot 30 zwischen der Kontaktfläche 210 und der Anschlussfläche 110 befindet. Anschließend wird die Anordnung mit dem Halbleiterchip 100 und dem Anschlussbein 200 wenigstens im Bereich des Diffusionslotes 30 erwärmt, um das Diffusionslot aufzuschmelzen.In a next process step, which in 1b is illustrated, the connecting leg 200 with the contact surface 210 on the connection surface 110 of the semiconductor chip 100 Applied so that the diffusion solder 30 between the contact surface 210 and the pad 110 located. Subsequently, the arrangement with the semiconductor chip 100 and the connecting leg 200 at least in the area of the diffusion solder 30 heated to melt the diffusion solder.

Nach dem anschließenden Abkühlen entsteht eine Verbindungsschicht 32 zwischen dem Anschlussbein 200 und der Anschlussfläche 110 des Halbleiterchips 100, die einen höheren Schmelzpunkt als das Diffusionslot 30 besitzt. Typische Temperaturen zum Aufschmelzen des Diffusionslotes liegen zwischen 270°C und 300°C, während die Schmelztemperaturen der resultierenden Verbindungsschicht 32 üblicherweise bei über 450°C liegen. Während des Lötvorganges, also während des Aufschmelzens des Diffusionslotes 30 werden der Halbleiterchip 100 und das Anschlussbein 200 vorzugsweise mit einem Druck von etwa 3 bar gegeneinander gepresst.After the subsequent cooling, a connecting layer is formed 32 between the connecting leg 200 and the pad 110 of the semiconductor chip 100 that have a higher melting point than the diffusion solder 30 has. Typical temperatures for melting the diffusion solder are between 270 ° C and 300 ° C, while the Melting temperatures of the resulting bonding layer 32 usually above 450 ° C. During the soldering process, ie during the melting of the diffusion solder 30 become the semiconductor chip 100 and the connecting leg 200 preferably pressed against each other at a pressure of about 3 bar.

Der Grund für die höhere Schmelztemperatur der Verbindungsschicht 32 im Vergleich zur Schmelztemperatur des Diffusionslotes 30 liegt darin, dass das Diffusionslot 30 nach dem Aufschmelzen eine intermetallische Verbindung mit dem Material der Anschlussfläche 110 des Halbleiterchips 100 und/oder der Kontaktfläche 210 des Anschlussbeins 200 eingeht. Geeignete Materialien, die solche intermetallische Verbindungen mit dem Diffusionslot bilden, sind Silber, Kupfer, Nickel oder Gold.The reason for the higher melting temperature of the bonding layer 32 in comparison to the melting temperature of the diffusion solder 30 lies in the fact that the diffusion solder 30 after melting, an intermetallic compound with the material of the pad 110 of the semiconductor chip 100 and / or the contact surface 210 of the connecting leg 200 received. Suitable materials which form such intermetallic compounds with the diffusion solder are silver, copper, nickel or gold.

In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, dass die gesamte Anschlussfläche 110 aus einem dieser Materialien und das gesamte Anschlussbein 200 aus einem dieser Materialien besteht, oder dass lediglich die mit dem Diffusionslot 30 in Verbindung gebrachten Flächen mit einem solchen Material beschichtet sind.In this context, there is a possibility that the entire connection surface 110 from one of these materials and the entire connecting leg 200 consists of one of these materials, or that only with the diffusion solder 30 associated surfaces are coated with such a material.

Vorzugsweise ist zumindest die Anschlussfläche 110 des Halbleiterchips 100 als Mehrschichtstruktur aufgebaut, wie in 1c veranschaulicht ist. Diese Anschlussfläche 110 weist im Anschluss an den Halbleiterchip 100, der beispielsweise aus Silizium besteht, eine Dehnungspufferschicht 111, beispielsweise aus Aluminium auf, die dazu dient, unterschiedliche temperaturbedingte Ausdehnungen des Halbleiterchips 100 und der übrigen Schichten der Anschlussfläche 110 auszugleichen. Die Anschlussfläche 110 umfasst wenigstens eine weitere Schicht 113, die während des Diffusionslötvorganges in Kontakt mit dem Diffusionslot 30 gebracht wird, bzw. auf welche das Diffusionslot 30 aufgebracht wird. Diese Schicht 113 besteht aus einem der vorgenannten Materialen Silber, Kupfer, Nickel oder Gold, die als Reaktionspartner für das Diffusionslot 30 nach dem Aufschmelzen des Diffusionslotes 30 dienen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dieser Reaktionsschicht 113 und der Dehnungspufferschicht 111 eine weitere Schicht 112 angeordnet, die als Diffusionsbarriere dient. Ein geeignetes Material für diese Schicht 112 ist Nickel, wobei Nickel gleichzeitig als weiterer Reaktionspartner für das Diffusionslot 30 dient.Preferably, at least the connection surface 110 of the semiconductor chip 100 constructed as a multi-layer structure, as in 1c is illustrated. This interface 110 points after the semiconductor chip 100 made of, for example, silicon, a strain buffer layer 111 , For example, made of aluminum, which serves to different temperature-induced expansions of the semiconductor chip 100 and the remaining layers of the pad 110 compensate. The connection surface 110 includes at least one further layer 113 , which are in contact with the diffusion solder during the diffusion soldering process 30 is brought, or to which the diffusion solder 30 is applied. This layer 113 consists of one of the aforementioned materials silver, copper, nickel or gold, which acts as a reaction partner for the diffusion solder 30 after melting the diffusion solder 30 serve. In the illustrated embodiment is between this reaction layer 113 and the stretch buffer layer 111 another layer 112 arranged, which serves as a diffusion barrier. A suitable material for this layer 112 is nickel, with nickel simultaneously as another reaction partner for the diffusion solder 30 serves.

Es ist ausreichend, wenn eine Reaktionsmittelschicht entweder auf der Anschlussfläche 110 des Halbleiterchips 100 oder an der Kontaktfläche des Anschlussbeins 200 zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise weist jedoch auch die Kontaktfläche 210 eine solche Reaktionsmittelschicht 211 auf, die aus einem der vorgenannten Materialien, Silber, Kupfer, Nickel oder Gold, besteht, wie in 1c dargestellt ist.It is sufficient if a reactant layer either on the pad 110 of the semiconductor chip 100 or at the contact surface of the connecting leg 200 is available. Advantageously, however, also has the contact surface 210 such a reactant layer 211 on, which consists of one of the aforementioned materials, silver, copper, nickel or gold, as in 1c is shown.

Anhand des zuvor erläuterten Verfahrens wurde die Kontaktierung nur einer Anschlussfläche 110 eines Halbleiterchips 100 mittels eines Anschlussbeins 200 erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Kontaktierung mehrerer auf einem Halbleiterchip vorhandener Anschlussflächen zeitlich aufeinanderfolgend durch Anschlussbeine/Anschlussbügel ermöglicht, da aus dem Diffusionslötverfahren eine Verbindungsschicht resultiert, deren Schmelztemperatur höher liegt, als die Temperatur, die zum Aufschmelzen des Diffusionslotes benötigt wird. Eine bereits hergestellte Verbindung, kann während nachfolgender Diffusionslötverfahren daher nicht mehr gelöst werden.Based on the previously explained method, the contacting of only one pad 110 a semiconductor chip 100 by means of a connecting leg 200 explained. It should be pointed out that the method according to the invention makes it possible to connect a plurality of connection pads provided on a semiconductor chip in a temporally successive manner by connection legs / connecting yokes since the diffusion soldering method results in a connection layer whose melting temperature is higher than the temperature required for melting the diffusion solder. An already established compound, therefore, can not be solved during subsequent Diffusionslötverfahren.

In dem Beispiel gemäß 1 dient das Anschlussbein 200 als externer Anschluss für das Halbleiterbauelement und ragt hierfür aus einem in 1b gestrichelt dargestellten Gehäuse 300 heraus, wobei das Gehäuse nach Abschluss des Diffusionslötverfahrens üblicherweise durch Umspritzen oder Umpressen des Halbleiterchips 100 und von Teilen des Anschlussbeins 200 mit einem Gehäusematerial hergestellt wird.In the example according to 1 serves the connecting leg 200 as an external terminal for the semiconductor device and protrudes for this purpose from a in 1b dashed lines shown housing 300 out, wherein the housing after completion of the Diffusionslötverfahrens usually by molding or Umpressen the semiconductor chip 100 and parts of the connecting leg 200 is made with a housing material.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich auch auf die Kontaktierung einer Anschlussfläche 110 eines Halbleiterchips 100 mittels eines Anschlussbügels 201 anwendbar, was im Ergebnis in 2 dargestellt ist. 2 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt eine Halbleiterbauelementanordnung mit einem Halbleiterchip 100, der eine Anschlussfläche 110 aufweist, an der mittels eines Diffusionslötverfahrens ein starrer Anschlussbügel 201, beispielsweise aus Kupfer befestigt ist. Dieser Anschlussbügel 201 kontaktiert an anderer Stelle ein Anschlussbein 400, das aus dem in 2 ebenfalls gestrichelt dargestellten Gehäuse 300 herausragt.Of course, the method according to the invention is also based on contacting a connection surface 110 a semiconductor chip 100 by means of a connecting bracket 201 applicable, which results in 2 is shown. 2 shows in side view in cross section a semiconductor device arrangement with a semiconductor chip 100 that has a connection surface 110 has, at the means of a Diffusionslötverfahrens a rigid terminal bracket 201 , For example, made of copper is attached. This connecting bracket 201 contacted elsewhere a connecting leg 400 that from the in 2 also shown dashed housing 300 protrudes.

Der Anschlussbügel oder Kontaktbügel 201 ist dabei vorzugsweise ebenfalls mittels eines Diffusionslötverfahrens an dem Anschlussbein 400 befestigt, wobei zwischen dem Kontaktbügel 201 und dem Anschlussbein 400 eine bei hohen Temperaturen schmelzende Verbindungsschicht 34 gebildet ist. Im Bereich der Kontaktstellen weist das Anschlussbein 400 eine Reaktionsmittelschicht 410 beispielsweise aus Silber, Kupfer, Nickel oder Gold auf, wobei selbstverständlich auch die Möglichkeit besteht, dass das Anschlussbein 400 vollständig aus einem dieser Materialien besteht, wobei dann auf diese Reaktionsmittelschicht 410 verzichtet werden kann.The connecting bracket or contact bar 201 is preferably also by means of a Diffusionslötverfahrens on the connecting leg 400 attached, being between the contact bracket 201 and the connecting leg 400 a bonding layer melting at high temperatures 34 is formed. In the area of the contact points has the connecting leg 400 a reactant layer 410 For example, from silver, copper, nickel or gold, which of course also has the possibility that the connecting leg 400 completely made of one of these materials, in which case this reactant layer 410 can be waived.

Die Befestigung des beispielsweise aus Kupfer bestehenden Bügels 201 an der Anschlussfläche des Halbleiterchips 100 und an dem Anschlussbein 400 erfolgt vorzugsweise in einer einzigen Abfolge von Verfahrensschritten mit einem Temperschritt. Zunächst wird hierbei ein Diffusionslot auf eine erste Kontaktfläche 211, die an dem Chip 100 befestigt werden soll, und auf eine zweite Kontaktfläche 221, die an dem Anschlussbein befestigt werden soll, aufgebracht. Anschließend wird der Bügel mit seinen das Lot tragenden Kontaktflächen 211, 221 auf die Anschlussfläche 110 des Chips 100 und eine Anschlussfläche des Beins 400 gepresst, und die Anordnung wird erwärmt, um das Lot aufzuschmelzen. Nach dem Abkühlen resultieren aus dem aufgeschmolzenen und mit Reaktionspartnern reagierenden Lot die hochschmelzenden Verbindungsschichten 32, 34 zwischen dem Bügel 201 und dem Chip 100 und dem Bein 400. Das Bein 400 kann dabei aus demselben Material wie der Bügel bestehen, beispielsweise aus Kupfer.The attachment of the existing example of copper bracket 201 at the pad of the semiconductor chip 100 and on the connecting leg 400 preferably takes place in a single sequence of process steps with an annealing step. First, a diffusion solder is applied to a first contact surface 211 that on the chip 100 should be attached, and on a second contact surface 221 , which is to be attached to the connecting leg applied. Subsequently, the bracket with its solder carrying the contact surfaces 211 . 221 on the connection surface 110 of the chip 100 and a connecting surface of the leg 400 pressed and the assembly is heated to melt the solder. After cooling, the refractory bonding layers result from the molten solder reacting with the reactants 32 . 34 between the hanger 201 and the chip 100 and the leg 400 , The leg 400 can consist of the same material as the bracket, such as copper.

Der in 2 dargestellte Halbleiterchip ist außerdem mit seiner Rückseite 102 an einem Leadframe 500 befestigt, wobei der Chip 100 vorzugsweise ebenfalls mittels eines Diffusionslötverfahrens auf diesen Leadframe 500 aufgebracht ist. Der Leadframe 500 besteht vorzugsweise aus Kupfer, so dass auf eine zusätzliche Reaktionsmittelschicht zwischen dem Leadframe 500 und dem Diffusionslot, wobei aus letzterem die in 2 dargestellte Verbindungsschicht 36 resultiert, verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise ist auf die Rückseite 102 des Halbleiterchips 100 in der in 2 dargestellten Weise eine Reaktionsmittelschicht aufgebracht.The in 2 shown semiconductor chip is also with its back 102 on a leadframe 500 attached, with the chip 100 preferably also by means of a diffusion soldering process on this leadframe 500 is applied. The leadframe 500 is preferably made of copper, allowing for an additional reagent layer between the leadframe 500 and the diffusion solder, wherein from the latter the in 2 illustrated connection layer 36 results, can be waived. Advantageously, on the back 102 of the semiconductor chip 100 in the in 2 shown applied a reagent layer.

Bei dem in Figur dargestellten Bauelement, bei dem sowohl der Chip 100 mittels eines Diffusionslötverfahrens an dem Leadframe 500 und der Bügel 201 mittels eines Diffusionslötverfahrens auf dem Chip 100 befestigt wird, wird das Diffusionslot vorzugsweise auf den Kontaktbügel 201 aufgebracht, da bei einem Aufbringen des Lots auf den Chip 100 bei dem zuerst durchgeführten Verfahrensschritt des Auflötens des Chips 100 auf den Leadframe 500 dieser zum Befestigen des Bügels dienende Lot aufgeschmolzen würde und nach dem Erstarren einen erhöhten Schmelzpunkt besäße.In the device shown in Figure, in which both the chip 100 by means of a diffusion soldering process on the leadframe 500 and the temple 201 by means of a diffusion soldering process on the chip 100 is attached, the diffusion solder is preferably on the contact clip 201 Applied, as in applying the solder on the chip 100 in the first performed process step of soldering the chip 100 on the leadframe 500 this serving to attach the strap solder would melt and would have a high melting point after solidification.

Der Leadframe 500 dient bei einem vertikalen Halbleiterbauelement, bei dem die Rückseite 102 einen Anschluss des Bauelements bildet, als einer der Lastanschlüsse des Bauelements. Bei einem vertikalen Leistungs-MOSFET, bei dem die Rückseite des Halbleiterchips üblicherweise die Drain-Zone bildet, dient der Leadframe als Drain-Anschluss. Die in 2 dargestellte Anschlussfläche 110 bildet bei einem solchen Bauelement beispielsweise die Anschlussfläche für den Source-Anschluss oder den Gate-Anschluss, wobei eine weitere, von dieser Anschlussfläche 110 elektrisch isolierte Anschlussfläche, die den jeweils anderen Anschluss bildet, in 2 nicht näher dargestellt ist.The leadframe 500 is used in a vertical semiconductor device, in which the back 102 forms a terminal of the device, as one of the load terminals of the device. In a vertical power MOSFET, in which the back side of the semiconductor chip usually forms the drain zone, the leadframe serves as a drain connection. In the 2 illustrated connection surface 110 forms in such a device, for example, the pad for the source terminal or the gate terminal, with another, from this pad 110 electrically insulated connection surface, which forms the other connection, in 2 not shown in detail.

Bei dem Bauelement gemäß 2 kann der Kontaktbügel 201 in der erläuterten Weise in einer einzigen Verfahrensabfolge an der Anschlussfläche 110 des Halbleiterchips 100 und an der Kontaktfläche 410 des Anschlussbeins 400 befestigt werden Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, den Kontaktbügel 201 zunächst durch das erläuterte Diffusionslötverfahren an dem Halbleiterchip 100 und danach an dem Anschlussbein 400 zu befestigen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die zuerst hergestellte Lötverbindung während des nachfolgenden Lötvorgangs aufschmilzt. Die Anwendung des Diffusionslötverfahrens bietet somit eine hohe Flexibilität bei der Befestigung von Kontakt- und Anschlusselementen an einem Halbleiterchip.In the device according to 2 can the contact clip 201 in the manner explained in a single process sequence on the pad 110 of the semiconductor chip 100 and at the contact surface 410 of the connecting leg 400 It is also possible to attach the contact clip 201 first by the explained Diffusionslötverfahren to the semiconductor chip 100 and then on the connecting leg 400 without the risk that the solder joint first produced melts during the subsequent soldering process. The application of the diffusion soldering process thus offers a high degree of flexibility in the attachment of contact and connection elements to a semiconductor chip.

3030: Diffusionslotdiffusion solder
3232: Verbindungsschichtlink layer
3434: Verbindungsschichtlink layer
3636: Verbindungsschichtlink layer
100100: HalbleiterchipSemiconductor chip
101101: Vorderseitefront
102102: Rückseiteback
110110: Anschlussflächeterminal area
111111: DehnungspufferschichtStrain buffer layer
113113: ReaktionsmittelschichtReagent layer
120120: ReaktionsmittelschichtReagent layer
200200: Anschlussbeinconnecting leg
201201: Kontaktbügelcontact bow
210210: Kontaktflächecontact area
211211: ReaktionsmittelschichtReagent layer
300300: Gehäusecasing
400400: Anschlussbeinconnecting leg
410410: Kontaktflächecontact area
500500: Leadframeleadframe

Claims

Method for attaching a rigid, a contact surface ( 210 ; 211 ) having connecting bracket ( 201 ) or connecting leg ( 200 ) on a connection surface ( 100 ) of a semiconductor chip ( 100 ), whereby the connecting bracket ( 201 ) or the connecting leg ( 200 ) using a diffusion soldering process with the following process steps at the pad ( 110 ): - applying a diffusion solder ( 30 ) on the contact surface ( 210 ; 211 ) of the connecting leg ( 200 ) or strap ( 201 ), - applying the contact surface ( 210 ; 211 ) with the diffusion solder on the pad ( 110 ) of the semiconductor chip, - heating at least the contact surface ( 210 ; 211 ) and the pad ( 110 ) to the diffusion solder ( 30 ) and then cooling down.

The method of claim 1, wherein the An closing bracket ( 201 ) another contact surface ( 221 ), to which a diffusion solder is applied and which during the method steps during which the contact clip ( 201 ) on the semiconductor chip ( 100 ) is attached to a connecting leg ( 400 ) attached.

Method according to Claim 1 or 2, in which the diffusion solder ( 30 ) is a gold-tin, silver-tin, gold-silicon, gold-germanium, silver-indium, silver-tin or tin-copper compound or consists of pure tin.

Method according to Claim 2 or 3, in which the connection surface ( 110 ) of the semiconductor chip on the surface facing the diffusion solder at least one of the following materials: silver, copper, nickel, gold.

Method according to one of claims 2 to 4, wherein the connecting leg ( 200 ) or the connecting bracket ( 201 ) has at least on the surface facing the diffusion solder at least one of the following materials: silver, copper, nickel, gold.

Use of a diffusion soldering method for fastening a rigid connecting bracket or terminal leg on a pad of a semiconductor chip.