DE102006001602A1 - Semiconductor component and production process has metal layer structure between wiring substrate of copper and noble metal layers with an intermediate nickel layer - Google Patents

Semiconductor component and production process has metal layer structure between wiring substrate of copper and noble metal layers with an intermediate nickel layer Download PDF

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Michael Dipl. Ing. Bauer
Peter Dipl. Ing. Strobel
Jens Dipl. Ing. Pohl
Christian Stümpfl
Ludwig Dipl.-Ing. Heitzer
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Semiconductor component comprises a wiring substrate (2) with bond surfaces (5) and a chip on an island where there is a metal layer structure (15) comprises a copper base layer (10) facing the wiring substrate and a noble metal cover layer (12) facing the chip with an intermediate layer (11) of nickel or nickel alloy. The intermediate layer facing the cover layer has a surface roughness of 0.1-3 mu m : An independent claim is also included for a production process for the above.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Umverdrahtungssubstrat und einem auf einer Chipinsel angeordneten Halbleiterchip. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauteils.The The invention relates to a semiconductor device having a rewiring substrate and a semiconductor chip arranged on a chip island. It concerns further a method for producing such a semiconductor device.

Zur besseren Ableitung von Wärme ist eine direkte Anbindung des Halbleiterchips an eine metallische Chipinsel insbesondere bei Halbleiterbauteilen mit einer großen Wärmeentwicklung notwendig. Entstehende Wärme kann dann über thermische Durchkontakte zur Rückseite des Substrates abgeführt werden. Als Materialien für metallische Chipinseln kommen aufgrund ihrer günstigen thermischen und elektrischen Eigenschaften vor allem Gold und Kupfer infrage.to better dissipation of heat is a direct connection of the semiconductor chip to a metallic one Chip island, especially in semiconductor devices with a large heat generation necessary. Resulting heat can then over thermal vias to the back be removed from the substrate. As materials for Metallic chip islands come due to their favorable thermal and electrical Properties especially gold and copper in question.

Die Chipinsel kann gleichzeitig mit weiteren metallischen Komponenten des Halbleiterbauteils hergestellt werden, beispielsweise gleichzeitig mit Bondflächen. Die Oberfläche der Bondflächen ist jedoch typischerweise möglichst glatt, damit eine gute Bondbarkeit gewährleistet ist. Wenn die Chipinsel im gleichen Prozess mit den Bondflächen hergestellt wird, ist diese ebenfalls glatt und weist eine Rautiefe von weniger als 0,1 μm auf, so dass keine zuverlässige Haftwirkung des Chipklebers, der den Halbleiterchip auf der Chipinsel fixiert, erzielt werden kann.The Chip island can simultaneously with other metallic components of the semiconductor device, for example, simultaneously with bonding surfaces. The surface the bonding surfaces however, it is typically possible smooth, so that a good bondability is guaranteed. If the chip island is made in the same process with the bonding surfaces is this also smooth and has a surface roughness of less than 0.1 microns, so that no reliable Adhesive effect of the chip adhesive, the semiconductor chip on the chip island fixed, can be achieved.

Wird die Chipinsel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgeführt, wirkt sich die starke Oxidationsneigung des Kupfers nachteilig auf die Haftung aus. Außerdem kann es dabei zur störenden Silbermigration kommen, falls zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ein mit Silberpartikeln gefüllter Chipklebstoff verwendet wird.Becomes the chip island made of copper or a copper alloy acts the strong tendency to oxidation of the copper adversely affect the Liability. Furthermore it can be annoying Silver migration come in case to improve the thermal conductivity a chip adhesive filled with silver particles is used.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Halbleiterbauteil anzugeben, bei dem die Haftung des Chipklebstoffes auf der Chipinsel dauerhaft und auch bei thermischer Belastung zuverlässig gegeben ist.task The invention is therefore to provide a semiconductor device, in the adhesion of the chip adhesive on the chip island permanently and is reliably given even under thermal stress.

Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein möglichst einfaches Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauteils anzugeben.Furthermore It is another object of the present invention, a possible simple method for producing such a semiconductor device specify.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.According to the invention this Problem solved with the subject of the independent claims. advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil mit einem Umverdrahtungssubstrat mit Bondflächen und einem auf einer Chipinsel angeordneten Halbleiterchip weist auf dem als Chipinsel vorgesehenen Bereich des Umverdrahtungssubstrates eine Metallbeschichtungsstruktur auf, die zumindest eine zum Umverdrahtungssubstrat gerichtete Basisschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, eine zum Chip gerichtete Deckschicht aus zumindest einer Edelmetalllage und zwischen der Basis- und der Deckschicht zumindest eine Zwischenschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung umfasst. Die Zwischenschicht weist eine Grenzfläche zu der Deckschicht auf, wobei die Grenzfläche eine mittlere Rautiefe tm aufweist mit 0,1 μm ≤ tm ≤ 3,0 μm.A semiconductor component according to the invention having a rewiring substrate with bonding pads and a semiconductor chip arranged on a chip island has a metal coating structure on the region of the rewiring substrate which is at least one base layer made of copper or a copper alloy facing the rewiring substrate, a cover layer made of at least one noble metal layer facing the chip and between the base and top layers at least one intermediate layer of nickel or a nickel alloy. The intermediate layer has an interface with the cover layer, the interface having a mean surface roughness t m of 0.1 μm ≦ t m ≦ 3.0 μm.

Auch auf den Bondflächen kann diese Metallbeschichtungsstruktur aufgebracht sein. Es ist aber auch möglich, bei der Bil dung der Bondflächen beispielsweise auf die Zwischenschicht mit der rauen Grenzfläche zu verzichten.Also on the bonding surfaces This metal coating structure can be applied. But it is also possible, for example, in the case of bonding surfaces to dispense with the intermediate layer with the rough interface.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Haftung des Halbleiterchips auf der Chipinsel durch eine raue Struktur der Oberfläche und somit eine größere Kontaktfläche zwischen der Oberfläche der Chipinsel und dem Chipkleber verbessert werden kann. Eine raue Oberfläche lässt sich durch das galvanische Abscheiden beispielsweise von Nickel oder Nickelverbindungen erzielen. Andererseits sind aber Eigenschaften wie die Korrosionsbeständigkeit von Edelmetallen besonders günstig für die Oberflächen von Chipinsel und Bondflächen. Um die Vorteile beider Materialien zu kombinieren, wird ein Mehrschichtsystem auf die Oberflächen von Chipinsel und Bondflächen aufgebracht.The Invention goes from consideration from that the adhesion of the semiconductor chip on the chip island by a rough structure of the surface and thus a larger contact area between the surface of the Chip island and the chip adhesive can be improved. A rough surface can be by the electrodeposition of, for example, nickel or nickel compounds achieve. On the other hand, properties such as corrosion resistance of precious metals particularly favorable for the Surfaces of Chip island and bonding surfaces. To combine the advantages of both materials becomes a multi-layer system on the surfaces of chip island and bonding surfaces applied.

Auf eine spiegelglatte Oberfläche von Chipinsel und Bondflächen wird also bewusst zugunsten der besseren Hafteigenschaften der rauen Struktur verzichtet. Dabei wird die raue Struktur durch die Nickel oder eine Nickellegierung aufweisende Zwischenschicht realisiert.On a mirror-smooth surface of chip island and bonding surfaces becomes aware of the better adhesive properties of the rough ones Structure omitted. The rough structure is replaced by the nickel or realized a nickel alloy having intermediate layer.

Vorteilhafterweise ist der auf der Chipinsel angeordnete Halbleiterchip durch einen Chipklebstoff auf der Chipinsel fixiert. Der Chipklebstoff kann zur Verbesserung seiner Wärmeleitfähigkeit Silberpartikel aufweisen. Zur Ableitung von Wärme weist das Umverdrahtungssubstrat im Bereich der Chipinsel vorteilhafterweise thermische Durchkontakte auf.advantageously, is arranged on the chip island semiconductor chip by a Chip adhesive fixed on the chip island. The chip adhesive can to improve its thermal conductivity Have silver particles. For the dissipation of heat, the rewiring substrate in the area of the chip island advantageously thermal vias on.

Die mittlere Rautiefe der Grenzfläche der mittleren Metalllage ist vorteilhafterweise so groß, dass die Oberfläche der Chipinsel eine hohe Haftfähigkeit zu dem Chipklebstoff aufweist. Andererseits darf die mittlere Rautiefe der Grenzflä che auch nicht so groß sein, dass die Bondbarkeit der Bondflächen beeinträchtigt ist. Wenn der Einfachheit halber die Metalllagen auf Chipinsel und Bondflächen in demselben Prozess abgeschieden werden, muss zwischen diesen beiden Anforderungen ein Kompromiss gefunden werden.The average surface roughness of the interface the middle metal layer is advantageously so large that the surface the chip island a high adhesion to the chip adhesive. On the other hand, the average surface roughness the Grenzflä surface also not be that big that the bondability of the bonding surfaces is impaired. For simplicity, the metal layers on chip island and bonding pads in The same process must be separated between these two Requirements a compromise can be found.

Für die Dicke du der kupferhaltigen Basisschicht der Beschichtungsstruktur gilt vorteilhafterweise 2 μm ≤ du ≤ 50 μm und für die Gesamtdicke do der Deckschicht 0,1 μm ≤ do ≤ 1,5 μm. Besonders vorteilhaft sind Werte von 10 μm ≤ du ≤ 25 μm, 0,1 μm ≤ do ≤ 1,0 μm und 0,1 μm ≤ tm ≤ 2,5 μm.For the thickness d u of the copper base Layer of the coating structure is advantageously 2 microns ≤ d u ≤ 50 microns and for the total thickness d o of the top layer 0.1 microns ≤ d o ≤ 1.5 microns. Particularly advantageous values of 10 microns ≤ d u ≤ 25 microns, 0.1 microns ≤ d o ≤ 1.0 microns and 0.1 microns ≤ t m ≤ 2.5 microns.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil hat den Vorteil, dass der Halbleiterchip durch die Rauhigkeit der Oberfläche auch unter thermischer Belastung besonders zuverlässig und dauerhaft auf der Chipinsel haftet. Gleichzeitig kann die Rauhigkeit aber so gering gehalten werden, dass die Bondbarkeit der Bondflächen nicht beeinträchtigt ist.The inventive semiconductor device has the advantage that the semiconductor chip by the roughness of surface especially reliable under thermal stress permanently adheres to the chip island. At the same time, however, the roughness can be kept so low that the bondability of the bonding surfaces not impaired is.

Darüber hinaus schützen die Edelmetalllagen der Deckschicht die darunter liegenden Schichten vor Oxidation und Korrosion und bilden eine Barriere für Silberpartikel des Chipklebstoffes und verhindern auf diese Weise ihre unerwünschte Migration in die darunter liegenden Schichten.Furthermore protect the noble metal layers of the topcoat the underlying layers from oxidation and corrosion and form a barrier to silver particles of the chip adhesive and thus prevent their unwanted migration in the underlying layers.

Nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils folgende Schritte: Zunächst wird ein Umverdrahtungssubstrat mit einem als Chipinsel vorgesehenen Bereich und einer Anzahl von Bondflächenbereichen bereitgestellt. Auf dem Umverdrahtungssubstrat wird unter Bilden einer Chipinsel eine Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisende Basisschicht durch selektives galvanisches oder chemisches Abscheiden aufgebracht, die die Basis schicht einer mehrschichtigen Metallbeschichtungsstruktur darstellt.To The present invention comprises a process for the preparation of a semiconductor device, the following steps: First, a rewiring substrate with an area provided as a chip island and a number of Bond surface areas provided. On the rewiring substrate, forming a chip island a copper or a copper alloy having base layer applied selective electroplating or chemical deposition, which is the base layer of a multilayer metal coating structure represents.

Darauf wird ebenfalls durch selektives galvanisches Abscheiden eine raue Zwischenschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung aufgebacht, die mit einer weiteren Schicht, nämlich einer Palladium und/oder Edelmetalle aufweisenden Deckschicht, abgedeckt wird. Anschließend wird ein Halbleiterchip auf die mit der Metallbeschichtungsstruktur versehene Chipinsel aufgebracht und mit Hilfe eines Chipklebstoffes fixiert. Die Zwischenschicht hat eine Grenzfläche zu der Deckschicht und die Grenzfläche weist eine mittlere Rautiefe tm auf mit 0,1 μm ≤ tm ≤ 2,0 μm.Then, by selective electrodeposition, a rough intermediate layer of nickel or a nickel alloy is applied, which is covered with a further layer, namely a cover layer comprising palladium and / or noble metals. Subsequently, a semiconductor chip is applied to the chip island provided with the metal coating structure and fixed with the aid of a chip adhesive. The intermediate layer has an interface with the cover layer and the interface has an average surface roughness t m of 0.1 μm ≦ t m ≦ 2.0 μm.

Die gleiche Metallbeschichtungsstruktur kann auch auf den als Bondflächen vorgesehenen Bereichen des Umverdrahtungssubstrats abgeschieden werden. Damit erhalten auch die Bondflächen eine raue Oberfläche. Ist dies nicht gewünscht, können die Bondflächenbereiche vor dem Abscheiden der gesamten Metallbeschichtungsstruktur oder lediglich vor dem Abscheiden der Zwischenschicht mit einer Photolackschicht geschützt werden.The the same metal coating structure can also on the areas provided as bonding surfaces of the redistribution substrate. Get it also the bond pads one rough surface. If this is not desired, can the bond area areas before depositing the entire metal coating structure or only before depositing the intermediate layer with a photoresist layer protected become.

Die gewünschte Rautiefe der Zwischenschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung kann besonders einfach durch eine Variation der Stromdichten beim Abscheiden des Nickels auf der Basisschicht erzielt werden. Dabei können verschiedene Strukturen der rauen Oberfläche der Zwischenschicht realisiert werden, die entweder mehr kugelförmige Konturen aufweisen oder dendritische Konturen zeigen oder stachelförmige oder faserige Konturen bilden. In allen Fällen wird die Verankerung des Chipklebstoffes auf oder an der rauen Grenzschicht stark verbessert.The desired Roughness depth of the intermediate layer of nickel or a nickel alloy can be particularly easy due to a variation of the current densities Depositing the nickel can be achieved on the base layer. there can realized different structures of the rough surface of the intermediate layer which are either more spherical Contours or show dendritic contours or spiny or form fibrous contours. In all cases, the anchoring of the chip adhesive greatly improved on or at the rough boundary layer.

Vor dem Abscheiden der unteren Metalllage werden vorteilhafterweise Bereiche der Oberfläche des Umverdrahtungssubstrats mit einer Photolackschicht geschützt, auf denen keine untere kupferhaltige Metalllage und/oder keine Metallbeschichtungsstruktur abgeschieden werden soll.In front the deposition of the lower metal layer are advantageously Areas of the surface of the Redistribution substrate protected with a photoresist layer, on which no lower copper-containing metal layer and / or no metal coating structure should be deposited.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine stark verbesserte Haftung des Chipklebstoffes und damit des Halbleiterchips auf der Chipinsel erzielen. Das Halbleiterbauteil ist somit auch unter Belastung wesentlich zuverlässiger und die Gefahr einer Delamination des Halbleiterchips ist stark verringert. Zudem lässt sich diese Wirkung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders einfach erzielen. Es ist nämlich nicht notwendig, zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung der Haftwirkung des Chipklebstoffes zu ergreifen und zusätzliche Prozessschritte einzuführen.With the method according to the invention let yourself a greatly improved adhesion of the chip adhesive and thus the Achieve semiconductor chips on the chip island. The semiconductor device is thus much more reliable under load and the risk of Delamination of the semiconductor chip is greatly reduced. In addition, can be this effect with the method according to the invention is particularly simple achieve. It is not necessary, additional measures to improve the adhesion of the chip adhesive and additional Introduce process steps.

Vielmehr werden die ohnehin vorhandenen Prozessschritte beim Abscheiden eines Standardaufbaus mit Kupfer-, Nickel- und Goldschichten genutzt und lediglich Prozessparameter wie die Stromdichte kurzzeitig variiert, um die gewünschte Haftwirkung zu erzielen. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren technisch besonders einfach und schnell und damit kostengünstig umsetzbar.Much more become the already existing process steps in the deposition of a Standard construction with copper, nickel and gold layers used and only process parameters such as the current density varies for a short time, to the desired To achieve adhesion. Thus, the inventive method is technical particularly easy and fast and therefore cost-effective implementation.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.embodiments The invention will be described below with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil mit einer Chipinsel und Bondflächen und 1 schematically shows a cross section through a semiconductor device according to the invention with a chip island and bonding surfaces and

2 zeigt schematisch den Schichtaufbau der Chipinsel und der Bondflächen. 2 schematically shows the layer structure of the chip island and the bonding surfaces.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Same Parts are provided in both figures with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch ein Halbleiterbauteil 1 mit einem auf einem Umverdrahtungssubstrat 2 angeordneten Halbleiterchip 3. Um eine besonders effektive Wärmeabfuhr zu ermöglichen, ist der Halbleiterchip 3 auf eine metallische Chipinsel 4 aufgebracht und mit dieser durch einen Chipklebstoff 8 verbunden. Der Chipklebstoff 8 ist zur Verbesserung seiner Wärmeleitungseigenschaften mit Silberpartikeln gefüllt. 1 schematically shows a semiconductor device 1 with one on a rewiring substrate 2 arranged semiconductor chip 3 , In order to allow a particularly effective heat dissipation, the semiconductor chip 3 on a metallic chip island 4 applied and with this by a chip adhesive 8th connected. The chip adhesive 8th is ge to improve its thermal conductivity properties with silver particles crowded.

Thermische Durchkontakte 9 aus einem gut wärmeleitenden Material wie beispielsweise Kupfer ermöglichen die direkte Abfuhr von Wärme vom Halbleiterchip 3 zur Rückseite 13 des Umverdrahtungssubstrats 2. Sie können auch gleichzeitig als elektrische Durchkontakte genutzt werden. Das Umverdrahtungssubstrat 2 kann eine Vielzahl von nicht dargestellten Leiterbahnen, auch mehrere, voneinander durch Isolationsschichten getrennte Leiterbahnlagen und weitere Durchkontakte aufweisen. Kontaktanschlussflächen 6 des Halbleiterchips 3 sind über Bonddrähte 7 elektrisch mit Bondflächen 5 des Umverdrahtungssubstrats 2 verbunden.Thermal vias 9 From a good heat conducting material such as copper allow the direct dissipation of heat from the semiconductor chip 3 to the back 13 of the rewiring substrate 2 , They can also be used simultaneously as electrical contacts. The rewiring substrate 2 can have a plurality of interconnects, not shown, even a plurality of interconnect layers separated from each other by insulation layers and further vias. Contact pads 6 of the semiconductor chip 3 are over bonding wires 7 electrically with bonding surfaces 5 of the rewiring substrate 2 connected.

Die Chipinsel 4 und die Bondflächen 5 können gleichzeitig durch galvanische Standardprozesse auf das Umverdrahtungssubstrat 2 aufgebracht werden. Um eine besonders gute Haftwirkung des Chipklebers 8 auf der Chipinsel 4 zu erzielen, weist die Oberseite 14 der Chipinsel 4 nicht wie bei herkömmlichen Bauteilen eine spiegelglatte Goldoberfläche auf. Die Oberseite 14 der Chipinsel 4 ist vielmehr rau und weist dendritische oder ähnlich raue Strukturen auf.The chip island 4 and the bonding surfaces 5 can simultaneously be applied to the rewiring substrate by galvanic standard processes 2 be applied. To a particularly good adhesion of the chip adhesive 8th on the chip island 4 to achieve, has the top 14 the chip island 4 unlike conventional components, a mirror-smooth gold surface. The top 14 the chip island 4 is rather rough and has dendritic or similar rough structures.

Die Oberfläche 14 und der Aufbau der Chipinsel 4 und der Bondflächen 5 sind in 2 im Detail gezeigt.The surface 14 and the structure of the chip island 4 and the bonding surfaces 5 are in 2 shown in detail.

Die Chipinsel 4 ist aus einer mehrschichtigen Metallbeschichtungsstruktur 15 aufgebaut. Die Metallbeschichtungsstruktur 15 umfasst eine Basisschicht 10 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, eine Zwischenschicht 11 aus Nickel oder einer Nickellegierung und eine Deckschicht 12 aus einer oder mehreren Palladium- oder Edelmetalllagen, wobei sich insbesondere auch Gold als Material für die Deckschicht 12 eignet. Durch die Abdeckung mit einer edelmetallhaltigen Deckschicht 12 ist der Auftrag eines zusätzlichen organischen Oberflächenschutzes zur Vermeidung von Korrosion und Oxidation unnötig. Die Metallbeschichtungsstruktur 15 kann neben den erwähnten auch noch weitere, nicht dargestellte Schichten aus elektrisch leitenden Materialien aufweisen.The chip island 4 is of a multilayer metal coating structure 15 built up. The metal coating structure 15 includes a base layer 10 made of copper or a copper alloy, an intermediate layer 11 nickel or a nickel alloy and a cover layer 12 from one or more palladium or noble metal layers, in particular gold as material for the cover layer 12 suitable. Through the cover with a precious metal-containing cover layer 12 the application of an additional organic surface protection to avoid corrosion and oxidation is unnecessary. The metal coating structure 15 may in addition to the mentioned also have further, not shown layers of electrically conductive materials.

Die Dicken der einzelnen Schichten der Metallbeschichtungsstruktur 15 können je nach Einsatzzweck des Halbleiterbauteils 1 variieren. Die Dicke do der Deckschicht 12 kann beispielsweise zwischen 0,1 μm und 1,5 μm liegen, die Dicke du der Basisschicht 10 zwischen 2 μm und 50 μm.The thicknesses of the individual layers of the metal coating structure 15 can depending on the purpose of the semiconductor device 1 vary. The thickness d o of the outer layer 12 may for example be between 0.1 .mu.m and 1.5 .mu.m, the thickness d u of the base layer 10 between 2 μm and 50 μm.

Die Zwischenschicht 11 aus Nickel oder einer Nickellegierung weist eine raue Grenzfläche 17 zur Deckschicht 12 hin auf. Damit ist auch die Oberseite 16 der Deckschicht 12 nicht glatt, sondern ebenfalls rau. Die raue Oberseite 16 der Deckschicht 12 bildet gleichzeitig die Oberseite 14 der Chipinsel 4.The intermediate layer 11 nickel or a nickel alloy has a rough interface 17 to the topcoat 12 towards. This is also the top 16 the topcoat 12 not smooth, but also rough. The rough top 16 the topcoat 12 at the same time forms the top 14 the chip island 4 ,

Die raue Struktur der Oberseite 14 stellt eine besonders große Oberfläche für die Haftvermittlung zwischen der Chipinsel 4 und dem Chipkleber 8 und damit dem Halbleiterchip 3 zur Verfügung. Dabei ist es wichtig, dass einerseits eine raue Oberseite 16 der Chipinsel 4 wegen der verbesserten Haftwirkung erwünscht ist, andererseits jedoch eine zu große Rauhigkeit der Bondflächen 5 sich nachteilig auf deren Bondbarkeit auswirkt.The rough structure of the top 14 provides a particularly large surface for the adhesion between the chip island 4 and the chip glue 8th and thus the semiconductor chip 3 to disposal. It is important that on the one hand a rough top 16 the chip island 4 because of the improved adhesive effect is desired, on the other hand, however, too large a roughness of the bonding surfaces 5 adversely affects their bondability.

Eine mittlere Rautiefe tm zwischen 0,1 μm und 3,0 μm ist vorteilhaft, weil bei dieser Rautiefe gleichzeitig eine gute Haftvermittlung erzielt und die Bondbarkeit der Bondflächen 5 erhalten bleibt. Dabei ist die mittlere Rautiefe tm definiert als mittlere vertikale Ausdehnung der dendritischen oder ähnlich rauen Strukturen. Die rauen Strukturen können sehr einfach durch eine Variation der Stromdichte beim Abscheiden der Zwischenschicht 11 erzeugt werden. Dadurch kann beispielsweise der Standardsubstrataufbau mit der Abscheidung von Kupfer, Nickel und Gold beibehalten werden und die verbesserte Haftwirkung besonders einfach lediglich durch die Variation eines Prozessparameters, der Stromdichte, erreicht werden.An average surface roughness t m between 0.1 .mu.m and 3.0 .mu.m is advantageous because at this roughness depth simultaneously achieved a good adhesion and the bondability of the bonding surfaces 5 preserved. The average surface roughness t m is defined as the average vertical extent of the dendritic or similarly rough structures. The rough structures can be easily adjusted by varying the current density during the deposition of the intermediate layer 11 be generated. As a result, for example, the standard substrate structure with the deposition of copper, nickel and gold can be retained and the improved adhesion effect can be achieved particularly simply by varying a process parameter, the current density.

11
HalbleiterbauteilSemiconductor device
22
Umverdrahtungssubstratinterposer substrate
33
HalbleiterchipSemiconductor chip
44
Chipinselchip island
55
BondflächeBond area
66
KontaktanschlussflächeContact pad
77
BonddrähteBond wires
88th
Chipklebstoffchip adhesive
99
thermischer Durchkontaktthermal by contact
1010
Basisschichtbase layer
1111
Zwischenschichtinterlayer
1212
Deckschichttopcoat
1313
Rückseiteback
1414
Oberseite der Chipinseltop the chip island
1515
MetallbeschichtungsstrukturMetal coating structure
1616
Oberseite der Deckschichttop the topcoat
1717
raue Grenzflächerough interface
do d o
Dicke der Deckschichtthickness the topcoat
du d u
Dicke der Basisschichtthickness the base layer
tm t m
mittlere Rautiefemiddle roughness

Claims (16)

Halbleiterbauteil (1) mit einem Umverdrahtungssubstrat (2) mit Bondflächen (5) und einem auf einer Chipinsel (4) angeordneten Halbleiterchip (3), wobei auf dem als Chipinsel (4) vorgesehenen Bereich des Umverdrahtungssubstrates (2) eine Metallbeschichtungsstruktur (15) aufgebracht ist, die zumindest – eine zum Umverdrahtungssubstrat (2) gerichtete Basisschicht (10) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, – eine zum Halbleiterchip (3) gerichtete Deckschicht (12) aus zumindest einer Edelmetalllage und – zwischen der Basis- (10) und der Deckschicht (12) zumindest eine Zwischenschicht (11) aus Nickel oder einer Nickellegierung umfasst, wobei die Zwischenschicht (11) eine Grenzfläche (17) zu der Deckschicht (12) aufweist und die Grenzfläche (17) eine mittlere Rautiefe tm aufweist mit 0,1 μm ≤ tm ≤ 3,0 μm.Semiconductor device ( 1 ) with a rewiring substrate ( 2 ) with bonding surfaces ( 5 ) and one on a chip island ( 4 ) arranged semiconductor chip ( 3 ), where on the chip island ( 4 ) provided area of the rewiring substrate ( 2 ) a metal coating structure ( 15 ) is applied, the too at least one to the rewiring substrate ( 2 ) base layer ( 10 ) made of copper or a copper alloy, - one to the semiconductor chip ( 3 ) facing cover layer ( 12 ) of at least one precious metal layer and - between the base ( 10 ) and the cover layer ( 12 ) at least one intermediate layer ( 11 ) of nickel or a nickel alloy, the intermediate layer ( 11 ) an interface ( 17 ) to the cover layer ( 12 ) and the interface ( 17 ) has a mean surface roughness t m with 0.1 μm ≤ t m ≤ 3.0 μm. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den als Bondflächen (5) vorgesehenen Bereichen des Umverdrahtungssubstrates (2) ebenfalls die Metallbeschichtungsstruktur (15) aufgebracht ist.Semiconductor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that as bonding surfaces ( 5 ) provided areas of the rewiring substrate ( 2 ) also the metal coating structure ( 15 ) is applied. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Chipinsel (4) angeordnete Halbleiterchip (3) durch einen Chipklebstoff (8) auf der Chipinsel (4) fixiert ist.Semiconductor device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the on the chip island ( 4 ) arranged semiconductor chip ( 3 ) by a chip adhesive ( 8th ) on the chip island ( 4 ) is fixed. Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipklebstoff (8) Silberpartikel aufweist.Semiconductor device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the chip adhesive ( 8th ) Has silver particles. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umverdrahtungssubstrat (2) im Bereich der Chipinsel (4) mindestens einen thermischen Durchkontakt (9) aufweist.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rewiring substrate ( 2 ) in the area of the chip island ( 4 ) at least one thermal contact ( 9 ) having. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe der Grenzfläche (17) der Zwischenschicht (11) galvanisch in einem Frontend-Prozess durch Variation der Stromdichten beim Abscheiden gebildet ist.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the roughness of the interface ( 17 ) of the intermediate layer ( 11 ) is formed galvanically in a front-end process by varying the current densities during deposition. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Rautiefe der Grenzfläche (17) der Zwischenschicht (11) so groß ist, dass eine hohe Haftfähigkeit zu dem Chipklebstoff (8) vorhanden ist und die mittlere Rautiefe der Grenzfläche (17) der Zwischenschicht (11) so gering ist, dass die Bondbarkeit der Bondflächen (5) noch nicht beeinträchtigt ist.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mean surface roughness of the interface ( 17 ) of the intermediate layer ( 11 ) is so large that a high adhesiveness to the chip adhesive ( 8th ) and the average surface roughness of the interface ( 17 ) of the intermediate layer ( 11 ) is so small that the bondability of the bonding surfaces ( 5 ) is not affected. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dicke du der Basisschicht (10) der Beschichtungsstruktur 2 μm ≤ du ≤ 50 μm gilt.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that for the thickness d u of the base layer ( 10 ) of the coating structure is 2 μm ≦ d u ≦ 50 μm. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dicke du der Basisschicht (10) der Beschichtungsstruktur 10 μm ≤ du ≤ 25 μm gilt.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that for the thickness d u of the base layer ( 10 ) of the coating structure is 10 μm ≦ d u ≦ 25 μm. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gesamtdicke do der Deckschicht (12) 0,1 μm ≤ do ≤ 1,5 μm gilt.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that for the total thickness d o of the cover layer ( 12 ) 0.1 μm ≤ d o ≤ 1.5 μm. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Gesamtdicke do der Deckschicht (12) 0,1 μm ≤ do 1,0 μm gilt.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that for the total thickness d o of the cover layer ( 12 ) 0.1 micron 1.0 micron ≤ d o is considered. Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die mittlere Rautiefe tm 0,1 μm ≤ tm ≤ 2,5 μm gilt.Semiconductor device ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that for the average surface roughness t m 0.1 μm ≤ t m ≤ 2.5 microns applies. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (1), das folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Umverdrahtungssubstrates (2) mit einem als Chipinsel (4) vorgesehenen Bereich; – selektives galvanisches oder chemisches Abscheiden einer Kupfer aufweisenden Basisschicht (10) einer mehrschichtigen Metallbeschichtungsstruktur (15) unter Bilden einer Chipinsel (4); – selektives galvanisches Abscheiden einer Nickel aufweisenden Zwischenschicht (11) auf der Basisschicht (10), wobei die Zwischenschicht (11) eine Grenzfläche (17) zu der Deckschicht (12) aufweist und die Grenzfläche (17) eine mittlere Rautiefe tm aufweist mit 0,1 μm ≤ tm ≤ 2,0 μm; – selektives Aufbringen einer Palladium- und/oder einer Edelmetalle aufweisenden Deckschicht (12) auf die Zwischenschicht (11) auf der Chipinsel (4); – Aufbringen eines Halbleiterchips (3) auf die Chipinsel (4) und Fixieren des Halbleiterchips (3) mit Hilfe eines Chipklebstoffes (8).Method for producing a semiconductor component ( 1 ), comprising the following steps: - providing a rewiring substrate ( 2 ) with a chip island ( 4 ) area; Selective electrodeposition or chemical deposition of a copper-containing base layer ( 10 ) of a multilayer metal coating structure ( 15 ) forming a chip island ( 4 ); Selective electrodeposition of a nickel-containing interlayer ( 11 ) on the base layer ( 10 ), the intermediate layer ( 11 ) an interface ( 17 ) to the cover layer ( 12 ) and the interface ( 17 ) has a mean surface roughness t m with 0.1 μm ≤ t m ≤ 2.0 μm; Selective application of a cover layer comprising palladium and / or noble metals ( 12 ) on the intermediate layer ( 11 ) on the chip island ( 4 ); - Application of a semiconductor chip ( 3 ) on the chip island ( 4 ) and fixing the semiconductor chip ( 3 ) with the aid of a chip adhesive ( 8th ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Metallbeschichtungsstruktur (15) auch auf einer Anzahl von Bondflächenbereichen auf dem Umverdrahtungssubstrat (2) unter Bildung von Bondflächen (5) abgeschieden wird.A method according to claim 13, characterized in that the multilayer metal coating structure ( 15 ) also on a number of bonding surface regions on the rewiring substrate ( 2 ) to form bonding surfaces ( 5 ) is deposited. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rautiefe der Grenzfläche (17) der Zwischenschicht (11) durch Variation der Stromdichten beim Abscheiden der Zwischenschicht (11) erzielt wird.A method according to claim 13 or 14, characterized in that the roughness of the interface ( 17 ) of the intermediate layer ( 11 ) by varying the current densities during the deposition of the intermediate layer ( 11 ) is achieved. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abscheiden der Basisschicht (10) Bereiche der Oberfläche des Umverdrahtungssubstrats (2) mit einer Photolackschicht geschützt werden, auf denen keine kupferhaltige Basisschicht (10) und/oder keine Metallbeschichtungsstruktur (15) abgeschieden werden soll.Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that before the deposition of the base layer ( 10 ) Areas of the surface of the rewiring substrate ( 2 ) are protected with a photoresist layer on which no copper-containing base layer ( 10 ) and / or no metal coating structure ( 15 ) should be deposited.
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