DE10064691A1

DE10064691A1 - Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiter-Chip und Kupferleiterbahnen auf dem Chip sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10064691A1
Application number: DE10064691A
Authority: DE
Inventors: Robert Christian Hagen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip (2) und Kupferleiterbahnen (3) auf dem Halbleiterchip (2), wobei die Kupferleiterbahnen (3) Halbleiterelektrodenflächen (4) mit Kupferkontaktflächen (6) verbinden und sich Verbindungsleitungen von den Kupferkontaktflächen (6) zu Kontaktanschlussflächen (8) eines Trägersystems erstrecken und wobei die Kupferkontaktflächen (6) Reste (10) einer organischen Schutzschicht aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektronischen Bauteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und Kupferleiterbahnen auf dem Chip sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Elektronische Bauteile mit einem Halbleiterchip und Kupfer leiterbahnen auf dem Chip sind anfällig gegen Oxidation und Sulfidation der Kupferleiterbahnen. Diese Kupferleiterbahnen verbinden Halbleiterelektrodenflächen von Halbleiterbauele menten integrierter Schaltungen eines Chips mit Kupferkon taktflächen auf dem Chip. Während die Kupferleiterbahnen vor einer Oxidation durch entsprechende Passivierungsschichten geschützt werden können, liegen die Kupferkontaktflächen frei, damit Verbindungsleitungen an diesen angebracht werden können. Diese Kupferkontaktflächen sind dem Angriff des Sau erstoffs und des Schwefels in der Luft ausgesetzt, wobei sich poröse Kupferoxyde und Kupfervitriol bilden können. Lediglich durch teure Edelmetallbeschichtung können diese freiliegenden Kupferkontaktflächen vor Oxidation und Vitriolbildung ge schützt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und Kupferleiterbahnen anzugeben, bei dem die Kupferkontaktflächen keine Edelmetallbeschichtungen aufweisen und dennoch kostengünstig vor Oxidation und Kupfer vitriolbildung geschützt sind. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung derartiger elektronischer Bauteile anzugeben, das wesentlich kostengünstiger die freiliegenden Kupferkontaktflächen schützt.

Diese Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und Kupferleiterbahnen auf dem Halbleiterchip angegeben, wobei die Kupferleiterbahnen Halbleiterelektroden flächen von Halbleiterelementen integrierter Schaltungen des Halbleiterchips mit Kupferkontaktflächen verbinden. Auf den Kupferkontaktflächen sind Verbindungsleitungen angebracht, die zu Kontaktanschlussflächen eines Systemträgers führen. Dabei weisen die Kupferkontaktflächen, die eine Verbindungs leitung aufweisen, Reste einer organischen Schutzschicht in den Bereichen einer Kupferkontaktfläche auf, die nicht durch eine Verbindungsleitung belegt Sind. Diese Reste einer orga nischen Schutzschicht bedecken also den Teil und die Bereiche einer Kupferkontaktfläche, die nicht durch eine der Verbin dungsleitungen auf der Kupferkontaktflächen geschützt ist. Somit ist die gesamte Kupferkontaktfläche vor Oxidation ge schützt, einerseits durch die Reste der organischen Schutz schicht und andererseits durch die intensive elektrische Ver bindung mit einer Verbindungsleitung. Dieses elektronische Bauteil hat den Vorteil, dass die Kupferkontaktflächen voll ständig geschützt bleiben und keine Edelmetallbeschichtung für diesen Schutz erforderlich ist und keine Edelmetallbe schichtung für ein Bonden der Verbindungsleitung erfordern.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Material der Kupferleiterbahnen und der Kupferkontaktflächen kein reines Kupfer auf, sondern Kupferlegierungen. Derartige Kupferlegierungen können hohe Aluminiumanteile enthalten, die die Ober fläche der Legierung durch Aluminiumoxydbildung vor Korrosion schützen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kupferlegierung als Legierungselement Silizium aufweist. Silizium als Legierungselement hat den Vorteil, dass die Kup ferleitungen gegenüber Magnetfeldern unempfindlicher werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kup ferkontaktflächen mit einer organischen Schutzschicht verse hen, die beim Einwirken von Kraft, Reibung oder Wärme die Oberfläche der Kupferkontaktflächen freigibt oder von der Oberfläche der Kupferkontaktflächen durch den Bondvorgang verdrängt wird. Somit bleibt im Bereich einer Bondverbindung die Kupferkontaktfläche von der organischen Schutzschicht frei. Damit ist gleichzeitig gewährleistet, dass die Kupfer kontaktflächen immer bedeckt bleiben, entweder von Resten ei ner organischen Schutschicht oder von entsprechenden Verbin dungsleitungen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die or ganische Schutzschicht, von der Reste auf der Kupferkontakt fläche des elektronischen Bauteils verbleiben, ein chemisch reduzierendes Mittel auf. Diese Ausführungsform unterstützt ein Nicht-Oxidieren des oxidationsempfindlichen Kupfers, in dem das reduzierende Mittel jede Oxydbildung unvermittelt aufhebt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die organische Schutzschicht hydrophob ist. Diese Eigenschaft stellt sicher, dass die organische Schutzschicht keine Was sermoleküle aufnimmt, sondern Feuchtigkeit abstößt und damit die Kupferkontaktfläche vor schneller Oxidation durch Wasser moleküle schützt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die organische Schutzschicht ein Polymer und/oder Co-Polymer aufweist. Derartige Polymere oder Co-Polymere bilden Kunst stoffschutzschichten die in hervorragender Weise eine große Adhesion zu der Kupferkontaktfläche aufweisen, womit eine in tensiv wirkende Schutzschicht gegen Oxidation gewährleistet ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die organische Schutzschicht ein Material aufweist, dass aus der Gruppe disproportioniertes Kolophonium, verestertes Kolo phonium, Phtalatharz, vorzugsweise Dimethylglycolphtalat, ausgewählt ist. Diese Gruppe von möglichen Materialien der organischen Schutzschicht zeichnet sich dadurch aus, dass ein solches Material sich leicht durch geringen Energieaufwand von der zu schützenden Oberfläche der Kupferkontaktflächen verdrängen lässt, um eine Bondverbindung mit einem Verbin dungsleiter zu ermöglichen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die or ganische Schutzschicht ein Imidazolderivat auf. Derartige Imidazolderivate werden vorzugsweise in einer ein- bis fünf prozentigen Essigsäure oder in einer ein- bis fünfprozentigen Ameisensäure gelöst, um sie auf einem Halbleiterwafer zur Ab deckung der Kupferkontaktanschlüsse in einer Schichtdicke zwischen 0,1 bis 0,5 µm aufzutragen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die or ganische Schutzschicht ein Material der Gruppe Alkylimidazol, Dialkylimidazol, Alkylbenzimidazol oder Dialkylphenylbenzimidazol auf. Zum Aufbringen sind das Dialkylphenylbenzimidazol in ein- bis fünfprozentiger Essigsäure oder in fünf- bis neunprozentiger Ameisensäure gelöst, um eine Schutzschicht von einer Dicke zwischen 0,5 und 1,5 µm zu bilden. Die übri gen Materialien dieser Gruppe werden vorzugsweise in drei- bis fünfprozentiger Ameisensäure gelöst, um wesentlich dünne re Schichten zwischen 0,1 und 0,5 µm auf dem Halbleiterwafer zum Schutz der Kupferkontaktflächen zu bilden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die or ganische Schutzschicht ein Phenylbenzimidazol oder ein Phe nyldialkylimidazol auf. Diese Materialien werden entweder in ein- bis zweiprozentiger Essigsäure oder in einer Ameisensäu re, die auf < 5% verdünnt ist, gelöst. Auch diese Materialien sind hervorragend geeignet, um dünne Schutzschichten in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 µm auf einem Halbleiterwafer zum Schutz der Kupferkontaktflächen zu bilden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Ver bindungsleitung ebenfalls aus Kupfer oder einer Kupferlegie rung sein. Das hat den Vorteil, dass ohne Übergangselemente oder Zwischenschichten die Verbindungsleitungen aus Kupfer unmittelbar mit den Kupferkontaktflächen in Verbindung treten können, ohne dass sich Potentialdifferenzen und Voltageele mente ausbilden können, die eine Korrosion fördern.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Verbindungsleitungen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf. Derartige Aluminiumlegierungen kommen mit ihrem elektri schen Leitfähigkeitskoeffizienten in die Nähe der elektri schen Leitfähigkeit von Kupfer und haben den Vorteil, dass sich an ihren Oberflächen Aluminiumoxydschichten bilden, die eine schnelle Korrosion der Verbindungsleitungen verhindern.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Ver bindungsleitungen aus Gold oder Palladium oder Legierungen derselben. Derartige Edelmetalle haben sich bereits als Ver bindungsleitungen bewährt und werden in verstärktem Maße ins besondere als Bonddrähte eingesetzt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit einem Halbleiterchip, der Kupferleiterbahnen, Kupferkon taktflächen, Halbleiterbauelemente mit Halbleiter-Elektroden flächen und Verbindungsleitungen zu Kontaktanschlussflächen eines Systemträgers aufweist, ist durch folgende verfahrens schritte gekennzeichnet:

- Herstellen einer Kupferleiterbahnstruktur auf einem Halbleiterchip zum elektrischen Verbinden von Halblei ter-Elektrodenflächen mit Kupferkontaktflächen auf einer Isolierschicht des Halbleiterchips,
- Aufbringen einer Passivierungsschicht auf die Kupferlei terbahnstruktur unter Freilassung von Kupferkontaktflä chen,
- Aufbringen einer organischen Schutzschicht auf die Kup ferkontaktflächen,
- Verbinden von Verbindungsleitungen mit den Kupferkon taktflächen unter Durchdringen und/oder Verdrängen der organischen Schutzschicht auf den Kupferkontaktflächen bis auf einen Rest der organischen Schutzschicht.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es zu keinerlei Kurz schluss zwischen den Leiterbahnen des Halbleiterchips und den Bauelementen kommen kann. Vielmehr sorgt eine Isolierschicht zwischen dem Halbleiterchip und der Kupferkontaktfläche da für, dass ein ausreichender Isolationsabstand zwischen der Oberfläche des Halbleiterchips mit elektronischen Bauteilen und der Kupferkontaktfläche durch die Isolierschicht auf dem Halbleiterchip gegeben ist.

In einem Durchführungsbeispiel der Erfindung wird ein Durch dringen und/oder Verdrängen der organischen Schutzschicht mittels der Kraft, der Reibung oder der Wärme eines Bondvor gangs erreicht. Dabei wird in vorteilhafter Weise die durch die organische Schutzschicht geschützte und nicht oxidierte Oberfläche der Kupferkontaktflächen freigelegt an den Stel len, an denen mittels Kraft, Reibung oder Wärme eine Verbin dungsleitung in Kontakt mit der Kupferoberfläche gebracht wird. Dazu wird in einem Durchführungsbeispiel des Verfahrens ein Thermosonic-Verfahren oder ein Thermokompressionsverfah ren angewandt, bei denen durch Erwärmen und Ultraschallanre gen bzw. durch Abschmelzen und Andrücken eines Verbindungs leiters auf die organische Schutzschicht über den Kupferkon taktflächen die Schutzschicht durch Anschmelzen verdrängt wird. Eine elektrische Verbindung zwischen der Verbindungs leitung und der partiell freigelegten Oberfläche der Kupfer kontaktfläche wird dabei unter gleichzeitigem Schutz der ver bleibenden Bereiche der Kupferkontaktflächen des Chips herge stellt.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, dass ein Verbinden der Verbindungsleitung mit den Kupferkon taktflächen mittels eines Ultraschall-Bond-Verfahrens er folgt. Beim Ultraschall-Bond-Verfahren wird lediglich durch die mechanische Bewegung der mit Ultraschall angeregten Ver bindungsleitung die organische Schutzschicht durchdrungen und auf der Oberfläche der Kupferkontaktfläche eine Reib-Schweiß verbindung zwischen Kupferkontaktfläche und Verbindungslei tung hergestellt.

Als Folge dieser drei Durchführungsbeispiele verbleibt ein Rest der organischen Schutzschicht auf der Kupferkontaktflä che des Halbleiterchips, wobei dieser verbleibende Rest der organischen Schutzschicht aufgrund des Verdrängungseffektes durch die Verbindungsleitung die Oberfläche der Bereiche, auf denen keine Verbindung hergestellt ist, bleibend vor Oxidati on und Sulfidation schützt.

Für das Herstellen einer Kupferleiterbahnstruktur wird in ei nem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens eine galva nische Abscheidung des Kupfers auf dem Halbleiterwafer einge setzt. Dazu wird zunächst eine Grabenstruktur in die Halblei teroberfläche geätzt und die gesamte Oberfläche des Halblei terwafers anschließend mit einem leitenden Material beschich tet. Diese Beschichtung erfolgt vorzugsweise durch Sputtern mit einem Kupfer oder einer Kupferlegierung. Anschließend wird auf dem gesamten Wafer galvanisch Kupfer oder eine Kup ferlegierung abgeschieden. Dabei wird die Grabenstruktur mit Kupfer oder einer Kupferlegierung gefüllt und auf dem gesam ten Wafer die aufgebrachte Kupferschicht verdickt. Nach dem Verdicken der Kupferschicht wird der Wafer plangeschliffen und damit die Kupferschicht außerhalb der Grabenstruktur ab getragen und eine ideale Kupferleiterbahnstruktur auf dem Halbleiterwafer geschaffen.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, dass selektiv die nicht-abgedeckten Bereiche der Kupfer schicht mit Hilfe eines reaktiven Ionenätzverfahrens abgetra gen werden. Dabei werden Ionen und Radikale, die mit der Kup ferlegierung bzw. dem Kupfer der geschlossenen Kupferschicht reagieren unter einer Spannung beschleunigt, so dass nahezu senkrecht zu der Kupferschicht-Oberfläche Trockenätzgräben eingebracht werden können. Ein derartiges Verfahren ermöglicht es, Kupferleiterbahnstrukturen zu verwirklichen, die eine Leiterbanhnbreite im Submikrometerbereich, insbesondere unter 0,3 µm aufweisen. Diese Leiterbahnen können unmittelbar mit entsprechend dimensionierten Halbleiterelektrodenflächen im Submikrometerbereich der Halbleiterbauelemente in Kontakt gebracht werden und über eine Isolierschicht zu den im Ver hältnis zu den Halbleiterelektrodenflächen großen Kupferkon taktflächen geführt werden. Die Dimensionen der Kupferkon taktflächen richten sich nach den Verbindungsleitungen, die daran anzuschließen sind. Dazu geht die Kupferleiterbahn mit einer sub-Mikrometerbreite über in einer Kupferkontaktfläche, die mehrere µm² abdeckt.

Zum Schutz der Kupferleiterbahnstruktur wird in einem weite ren Durchführungsbeispiel der Erfindung die Leiterbahnstruk tur mit einer Passivierungsschicht abgedeckt, die selektiv nur die Oberflächen der Kupferkontaktflächen freiläßt. Eine derartige Passivierungsschicht kann aus Siliciumnitrit aufge baut sein. Siliciumnitrit enthält keinen Sauerstoff, der das Kupfermaterial der Kupferleiterbahnstrukturen angreifen könn te.

Um die freigelassenen Kupferkontaktflächen in der Passivie rungsschicht mit einer organischen Schutzschicht abzudecken, wird diese in einem weiteren Durchführungsbeispiel des Ver fahrens mittels Schleudern aufgebracht. Ein Schleuderverfah ren hat den Vorteil, dass die tiefen Öffnungen in der Passi vierungsschicht in gleichmäßiger Dicke von der organischen Schutzschicht bedeckt werden, während auf der Passivierungs schicht selbst die Dicke der organischen Schutzschicht ver mindert ist.

Ein weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, dass die organische Schutzschicht aufgesprüht wird. Das Auf sprühverfahren sorgt für eine gleichbleibende Dicke der orga nischen Schutzschicht sowohl auf der Passivierungsschicht als auch in den Bereichen der freigelassenen Kupferkontaktflä chen, weshalb eine selektive Entfernung der gleichmäßig auf gebrachten organischen Schutzschicht vorzusehen ist.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, daß die organische Schutzschicht durch ein Tauchverfahren aufgebracht wird. Bei dem Tauchverfahren wird eines der Säu rebäder mit den entsprechenden organischen Substanzen, die vorzugsweise aus einem Imidazolderivat bestehen, eingetaucht, wobei das Bad eine Temperatur zwischen 15 und 40°C aufweist. Nach einem Einwirkenlassen der Lösung auf der Halbleiterwa feroberfläche für eine Einwirkzeit zwischen 20 und 90 Sekun den wird anschließend die Schicht bei erhöhter Temperatur zwischen 60 und 100°C für 30 bis 300 Sekunden getrocknet.

Nach diesen Auftragsverfahren der organischen Schutzschicht sind zunächst die Kupferkontaktflächen mit einer gleichmäßig dicken organischen Schutzschicht bedeckt. Erst nach dem Ver binden von Verbindungsleitungen mit den Kupferkontaktflächen bilden sich durch den Verdrängungs- oder Durchdringungseffekt der Verbindungsleitungen Reste der organischen Schutzschicht auf den Kupferkontaktflächen, soweit sie nicht durch die Ver bindungsleitungen abgedeckt werden.

Bei modernen Chiptechnologien wird für die internen Leiter bahnen und die Bondstellen Kupfer anstelle von Aluminium ver wendet. Aufgrund der Oberflächenoxidation auf dem Kupfer ist ein direktes Verbinden mit Verbindungsleitungen wie Bonddräh ten nicht möglich. Deshalb muss eine bondbare Schicht auf die Kupferkontaktflächen aufgebracht werden, auf denen Verbin dungsleitungen aufzubonden sind. Ein derartiger Schichtaufbau für bondbare Schichten und die erforderlichen Designmodifika tionen sowie zusätzliche Verfahrensschritte sind aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Diese Kosten und dieser Auf wand können durch Auftrag einer organischen Schutzschicht di rekt auf der Kupfermetallisierung vermieden werden, wenn die se organische Schutzschicht eine Oxidation unterbindet. Das Material der organischen Schutzschicht ist deshalb derart ausgebildet, dass es beim Bondvorgang an der Bondstelle durch die beim Bonden eingebrachten Energien wie Kraft, Reibung und/oder Temperatur entfernt wird und somit ein Bonden direkt auf dem nicht oxidierten Kupfer möglich wird. Dabei wird das Bonden nach dem Thermosonic- oder Ultrasonic-Verfahren durch geführt. Als Verbindungsleitungen können Bonddrähte aus Kup fer, Gold, Aluminium oder Palladium und deren Legierungen eingesetzt werden.

Somit wird mit dieser Erfindung ein aufwendiger Schichtaufbau und zusätzliche Designmodifikationen vermieden, womit eine Kosteneinsparung verbunden ist. Ferner lassen sich präzisere und bessere metallische Leiterbahnen auf einem Halbleiterchip verwirklichen. Durch den Einsatz von Kupferverbindungsleitun gen sind eine höhere Strombelastbarkeit gegenüber Aluminium- und Goldverbindungsleitungen möglich. Darüber hinaus kann für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein in den Fertigungslinien bereits eingesetztes Bondverfahren und die entsprechenden Fertigungslinien eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer er sten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Fig. 1 kenn zeichnet die Bezugsziffer 1 ein elektronisches Bauteil, die Bezugsziffer 2 einen Halbleiterchip, die Bezugsziffer 3 Kup ferleiterbahnen, die Bezugsziffer 4 Halbleiterelektrodenflä chen, die Bezugsziffer 5 Halbleiterbauelemente, die Bezugs ziffer 6 Kupferkontaktflächen, die Bezugsziffer 9 einen Sy stemträger, die Bezugsziffer 10 Reste einer organischen Schutzschicht, die Bezugsziffer 13 eine Bondverbindung, die Bezugsziffer 15 eine Passivierungsschicht und die Bezugszif fer 17 eine Kunststoffmasse, die in der Ausführungsform der Fig. 1 das Gehäuse des elektronischen Bauteils bildet.

Das elektronische Bauteil der Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Halbleiterchip 2 und einem Kunststoffgehäuse 17. Das Halbleiterchip 2 weist im Bereich seiner aktiven Oberflä che 18 Halbleiterbauelemente 5 auf, die Halbleiterelektroden flächen 4 aufweisen. Eine Isolierschicht 19 schützt die akti ve Oberfläche 18 des Halbleiterchips und läßt die Halblei terelektrodenflächen 4 frei, so dass sie von einer Leiter bahnstruktur 14 kontaktiert werden können.

In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Leiterbahn struktur aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung, die als Legierungselemente Aluminium und/oder Silicium aufweist. Das Aluminium in der Kupferlegierung vermindert die Oxidationsneigung des Kupfers, während das Silicium die Formstabilität, und Festigkeit der Kupferleiterbahnen 3 erhöht. Diese Kupfer leiterbahnen liegen mit ihren Breiten im Submikrometerbereich und folglich sind im Kupfer Legierungszusätze erforderlich, die eine hohe Formstabilität gewährleisten. Die Kupferleitung 3 verbindet die Halbleiterelektrodenfläche 4 mit einer Kup ferkontaktfläche 6. Die Kupferkontaktfläche 6 war vor dem Aufbringen der Bondverbindung 13 von einer organischen Schutzschicht bedeckt, welche die Oberfläche 12 der Kupfer kontaktfläche 6 vor Oxidation, Korrosion und Kupfersulfitbil dung schützt. Somit verbleiben auf der Oberfläche 12 in Be reichen der Kupferkontaktfläche 6 Reste 10 dieser organischen Schutzschicht zurück und schützen den Bereich der Oberfläche 12 der Kupferkontaktfläche 7, der nicht von der Verbindungs leitung 7 kontaktiert wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Kupferkontaktflächen 6 im Randbereich des Halbleiterchips 2 angeordnet und die Verbindungsleitungen 7 verbinden die Kupferkontaktflächen 6 auf dem Halbleiterchip 2 mit Kontaktanschlussflächen 8 auf einem Systemträger 9. Die Kontaktanschlussflächen 8 tragen eine bondfähige Beschichtung aus Palladium und Gold, während der Systemträger 9 aus einer Kupferfolie in dieser Ausführungsform der Fig. 1 hergestellt ist. Die Verbindungsleitungen 7 sind in dieser Ausführungs form Bondierdrähte.

Außerhalb des Gehäuses 20 geht der Systemträger 9 in Außen kontaktanschlüsse oder Pins über, die beispielsweise mit Lei tungen einer Leiterplatte verbunden werden können.

Die organische Schutzschicht, von der Reste 10 in Fig. 1 dargestellt sind, bedeckt lediglich Kupferkontaktflächen 6 des Halbleiterchips, während die übrige Oberfläche des Halb leiterchips, insbesondere die Kupferleiterbahnstruktur 14 von einer Passivierungsschicht 15 abgedeckt ist. In dieser Aus führungsform der Erfindung nach Fig. 1 besteht die Passivie rungsschicht 15 aus einer Siliziumnitritschicht 16, die kei nerlei Sauerstoff- oder Wassermoleküle enthält und somit dau erhaft die Kupferleiterbahnstruktur 14 vor einer Oxidation schützt. Der Halbleiterchip 2 ist über eine elektrisch lei tende Klebstoffschicht 21 mit einem Halbleiterchipträger 23 verbunden, der über einen Außenkontakt auf das niedrigste Po tential einer Schaltung gelegt werden kann. Dieser Halblei terchipträger 23 ist wie die nicht gezeigten Außenkontakte des elektronischen Bauteils ein Teil des metallischen System trägers 9.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten der Fig. 2, die gleiche Funktionen wie in Fig. 1 erfüllen, sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, so dass eine Erläute rung entfallen kann. Die zweite Ausführungsform der Erfin dung, die mit Fig. 2 gezeigt wird, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 ge zeigt wird, dadurch, dass der Halbleiterchip 2 auf seiner ak tiven Oberseite 18 einen Systemträger 26 aus einem isolieren den Material trägt und nicht von einem metallischen System träger 9, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, getragen wird. der Systemträger 26 ist auf der Oberseite des Halbleiterchips 2 über eine isolierende Klebstoffschicht befestigt. Ferner weist der isolierende Systemträger 26 eine strukturierte Kup ferkaschierung 27 auf, die ihrerseits Kontaktanschlussflächen 8 aus Kupfer aufweist. Diese Kontaktanschlussflächen sind im Randbereich eines Bondkanals 28 angeordnet, in dem auf dem Bondkanalgrund Kupferkontaktflächen 6 des Halbleiterchips an geordnet sind. Während in Fig. 1 die Kupferkontaktflächen 8 des metallischen Trägers 9 Edelmetallbeschichtungen tragen, welche die Bondfähigkeit der Kontaktanschlussflächen 8 erhö hen, sind in der Ausführungsform der Fig. 2 diese Kontaktan schlussflächen 8 der strukturierten Kupferkaschierung 27 mit der gleichen organischen Schutzschicht 11 bedeckt, wie die Kontaktflächen 6 auf dem Chip. Somit wird beim Bonden der Verbindungsleitung 7 sowohl auf der Kupferkontaktfläche 6 auf dem Bondkanalgrund als auch auf der Kontaktanschlussfläche 8 des Systemträgers 26 die organische Schutzschicht 11 ver drängt, und eine intensive Bondverbindung ist auf der nicht oxidierten Kupferoberfläche der Kontaktanschlussfläche 8 und der Kontaktfläche 6 möglich. Die Kontaktanschlussfläche 8 der strukturierten Kupferkaschierung 27 ist über eine Kupferlei tung 29 mit einer Ausgangskontaktfläche 30 verbunden, die ei nen Lötball oder Löthöcker 31 trägt. Die strukturierte Kup ferkaschierung 27 ist zusätzlich durch eine Lötstoppmasken schicht 32 an den Stellen geschützt, die weder für Kontaktan schlussflächen 8 noch für Ausgangskontaktflächen 30 vorgese hen sind. Der Bondkanal 28 ist von einer Kunststoffmasse 17 bedeckt, die gleichzeitig die Bondverbindungen 13 bzw. Ver bindungsleitungen 7 im Bondkanal schützen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit glei chen Funktionen wie in den Fig. 1 und 2 werden mit glei chen Bezugszeichen bezeichnet und eine Erläuterung wird weg gelassen. In Fig. 3 trägt ein Halbleiterchip 2 wie in Fig. 2 einen Systemträger, der im wesentlichen die Funktion einer Umverdrahtungsfolie 33 aufweist. Eine Umverdrahtungsfolie 33 hat die Aufgabe, mikroskopisch kleine Kontaktflächen 6 im Be reich von wenigen Mikrometern auf einem Halbleiterchip 2, die beispielsweise wie in Fig. 3 in einem Bondkanal 28 angeord net sein können oder willkürlich auf der aktiven Oberfläche des Halbleiterchips 2 verteilt sein können, über Verbindungsleitungen 7 und in dieser Ausführungsform der Fig. 3 über weitere Kupferleitungen 29 mit Ausgangskontaktflächen 30 zu verbinden. Dazu können die Ausgangskontaktflächen 30 gleich mäßig in einem Muster auf der Umverdrahtungsfolie verteilt sein. Diese Ausgangskontaktflächen 30 können wie in Fig. 3 gezeigt einen Lötball oder einen Löthöcker 31 tragen. Eine strukturierte Kupferkaschierung 27 ragt mit ihrer Verbin dungsleitung 7 in den Bondkanal 28 hinein und wird beim Bon den an einer Sollbruchstelle 34, die als Kerbe ausgeführt sein kann, getrennt, und das freie Ende der Verbindungslei tung 7 verdrängt dann beim Bondverfahren die organische Schutzschicht auf der Kupferkontaktfläche 6, so dass Reste 10 der organischen Schutzschicht die gebondete Stelle auf der Oberfläche 12 der Kupferkontaktfläche 6 umgeben.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Fig. 1 und der Fig. 2 dadurch, dass die Anzahl der Bondstellen halbiert wird, da die Verbindungs leitung 7 nur auf einer von einer organischen Schutzschicht geschützten Kupferkontaktfläche 6 zu bonden ist und keine Bondverbindung zu einer Kontaktanschlussfläche auf der Umver drahtungsfolie 33 erforderlich ist. Dementsprechend kann auch die Kunststoffmasse 17, die eine derartige Bondverbindung ab decken soll, flacher ausgeführt werden als in der Fig. 2.

Bezugszeichenliste

1

elektronisches Bauteil

2

Halbleiterchip

3

Kupferleiterbahnen

4

Halbleiterelektrodenflächen

5

Halbleiter-Bauelemente

6

Kupferkontaktflächen

7

Verbindungsleitungen

8

Kontaktanschlussflächen

9

Systemträger

10

Reste einer organischen Schutzschicht

11

organische Schutzschicht

12

Oberfläche der Kupferkontaktflächen

13

Bondverbindung

14

Kupferleiterbahnstruktur

15

Passivierungsschicht

16

Siliziumnitritschicht

17

Kunststoffmasse

18

aktive Oberseite des Halbleiterchip

19

Isolierschicht

20

Gehäuse

21

elektrisch leitende Klebstoffschicht

22

passive Rückseite des Halbleiterchip

23

Halbleiterchipträger

25

isolierende Klebstoffschicht

26

Systemträger aus isolierendem Material

27

strukturierte Kupferkaschierung

28

Bondkanal

29

Kupferleitung

30

Ausgangskontaktfläche

31

Lötball oder Löthöcker

32

Lötstoppmaskenschicht

33

Umverdrahtungsfolie

34

Sollbruchstelle

Claims

1. Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiter-Chip (2) und Kupferleiterbahnen (3) auf dem Halbleiter-Chip (2), wo bei die Kupferleiterbahnen (3) Halbleiterelektrodenflä chen (4) von Halbleiterbauelementen des Halbleiter-Chips (2) mit Kupferkontaktflächen (6) verbinden, und sich Verbindungsleitungen (7) von den Kupferkontaktflächen (6) zu Kontaktanschlußflächen (8) eines Systemträgers (9) erstrecken, und wobei die Kupferkontaktflächen (6), die eine Verbindungsleitung (7) aufweisen, Reste (10) einer organischen Schutzschicht (11) in Bereichen einer Kupferkontaktfläche (6) aufweisen, die nicht durch die Verbindungsleitung (7) belegt sind.

2. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kupferleiterbahnen (3) und der Kupfer kontaktflächen (6) eine Kupferlegierung aufweist.

3. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung als Legierungselement Silicium auf weist.

4. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einwirken von Kraft, Reibung oder Wärme bei einem Bond-Vorgang die Oberfläche (12) der Kupferkontaktflä chen (6) für eine Bondverbindung (13) von der organi schen Schutzschicht (11) freigehalten bleibt.

5. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) ein chemisch reduzie rendes Mittel aufweist.

6. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) hydrophob ist.

7. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) ein Polymer und/oder Co-Polymer aufweist.

8. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) ein Material aufweist, das aus der Gruppe disproportioniertes Kolophonium, ve restertes Kolophonium, Phtalatharz, vorzugsweise Dime thylglykolphthalat, ausgewählt ist.

9. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) ein Imidazolderivat aufweist.

10. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) ein Material der Gruppe Alkylimidazol, Dialkyldimidazol, Alkylbenzimidazol oder Dialkylphenylbenzimidazol aufweist.

11. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) Phenylbenzimidazol oder Phenyldialkylimidazol aufweist.

12. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (7) Kupfer oder eine Kupferle gierung aufweisen.

13. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (7) Aluminium oder eine Alumi niumlegierung aufweisen.

14. Elektronisches Bauteil nach einem der folgenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (7) Gold oder Palladium oder Legierungen derselben aufweisen.

15. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils (1) mit einem Halbleiter-Chip (2), der Kupferleiterbah nen (3), Kupferkontaktflächen (6), Halbleiterbauelemente (5) mit Halbleiterelektrodenflächen (4) und Verbindungs leitungen (7) zu Kontaktanschlußflächen (8) eines Sy stemträgers (9) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

- Herstellen einer Kupferleiterbahnstruktur (14) auf einem Halbleiter-Chip (2) zum elektrischen Verbin den von Halbleiterelektrodenflächen (4) mit Kupfer kontaktflächen (6) auf einer Isolierschicht (19) des Halbleiterchips (2),
- Aufbringen einer Passivierungsschicht (15) auf die Kupferleiterbahnstruktur (14) unter Freilassung von Kupferkontaktflächen (6),
- Aufbringen einer organischen Schutzschicht (11) auf die Kupferkontaktflächen (6),
- Verbinden von Verbindungsleitungen (7) mit den Kup ferkontaktflächen (6) unter Durchdringen und/oder Verdrängen der organischen Schutzschicht (11) auf den Kupferkontaktflächen bis auf einen Rest (10) der organischen Schutzschicht (11).

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchdringen und/oder Verdrängen der organischen Schutzschicht (19) mittels der Kraft, der Reibung oder der Wärme eines Bond-Vorgangs erreicht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbinden der Verbindungsleitungen (7) mit den Kup ferkontaktflächen (6) mittels eines Thermosonic- Verfahrens oder eines Thermokompressions-Verfahrens durchgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbinden der Verbindungsleitungen (7) mit den Kupferkontaktflächen (6) mittels eines Ultraschall-Bond- Verfahrens erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen einer Kupferleiterbahnstruktur (14) unter Verwendung eines Fotolithographie-Verfahrens hergestellt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer Kupferleiterbahnstruktur (14) zu nächst eine Grabenstruktur in die Halbleiteroberfläche eingeätzt wird, welche die Leiterbahnen aufnehmen sol len; anschließend wird der Halbleiterwafer mit einer leitenden Schicht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung beschichtet; danach werden die Gräben mit einem galvanischen Verfahren mit kupferhaltigem Ma terial aufgefüllt und anschließend wird das Kupfer zwi schen den Leitungsgräben abgeschliffen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Passivierungsschicht (15) auf die Kupferleiterbahn struktur (14) eine Siliciumnitridschicht (16) selektiv unter Freilassung von Kupferkontaktflächen (6) aufge bracht wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) aufgeschleudert wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) aufgesprüht wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) durch ein Tauchverfah ren aufgebracht wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Schutzschicht (11) selektiv bis auf die Bereiche der Kupferkontaktflächen (6) abgetragen wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbinden von Verbindungsleitungen (7) mit den Kupferkontaktflächen (6) Reste (10) der organischen Schutzschicht (11) auf den Kupferkontaktflächen (6) zu rückbleiben.