DE102008045033A1 - Erhöhte Drahtverbindungsstabilität auf reaktiven Metalloberflächen eines Halbleiterbauelements durch Einkapselung der Verbindungsstruktur - Google Patents

Abstract

Es wird die Drahtverbindungsstruktur aufwendiger Metallisierungssysteme, die beispielsweise auf der Basis von Kupfer hergestellt sind, ohne eine abschließende Aluminiumschicht und ohne Passivierungsschichten für freigelegte Kupferoberflächen bereitgestellt, indem ein Füllmaterial nach dem Drahtverbindungsprozess vorgesehen wird, um damit zumindest die empfindlichen Metalloberflächen und einen Teil des Verbindungsdrahtes einzukapseln. Folglich können deutlich geringere Kosten, geringere Durchlaufzeiten und eine Verringerung der erforderlichen Prozessschritte unabhängig von den Materialien für die Verbindungsdrähte erreicht werden. Somit können integrierte Schaltungen, die ein aufwendiges Metallisierungssystem erfordern, durch Drahtverbindung mit einem entsprechenden Gehäuse oder Trägersubstrat verbunden werden, wobei auch ein erforderliches Maß an Zuverlässigkeit auf der Grundlage eines entsprechenden Füllmaterials zur Einkapselung zumindest der empfindlichen Metalloberflächen erreicht wird.

Description

• Gebiet der Offenbarung
• Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere eine Bearbeitung in Metallisierungsprozess für eine Drahtverbindungsstruktur bzw. Drahtbondstruktur in aufwendigen Metallisierungsstrukturen, die sehr reaktive Metalle, etwa Kupfer und dergleichen, aufweisen.
• Hintergrund der Erfindung
• Die Herstellung integrierter Schaltungen beinhaltet viele komplexe Prozessschritte zur Erzeugung von Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen in und über einem geeigneten Halbleitermaterial. In der jüngeren Vergangenheit wurde enorme Fortschritte bei der Vergrößerung der Integrationsdichte und der gesamten Funktionsvielfalt der integrierten Schaltungen gemacht. Diese Fortschritte wurden erreicht, indem die einzelnen Schaltungselemente auf Abmessungen im Bereich deutlich unter einem Mikrometer verringert wurden, wobei aktuell angewendete kritische Abmessungen, etwa die Gatelänge eines Feldeffekttransistors, von 30 Nanometer (nm) und weniger auftreten. Somit werden Millionen an Schaltungselementen in einer Chipfläche vorgesehen, wobei auch ein komplexes Verbindungsnetzwerk zu gestalten ist, in welchem typischerweise jedes Schaltungselement elektrisch mit einem oder mehreren anderen Schaltungselementen verbunden wird. Diese Verbindungsstrukturen werden typischerweise in einem Metallisierungssystem hergestellt, das eine oder mehrere Verdrahtungsebenen aufweist, in der geeignete Metallstrukturelemente entsprechend der betrachteten Schaltungskonfiguration in ähnlicher Weise wie in einer Mehrebenenplatine ausgebildet sind, wobei jedoch die Abmessungen der Metallstrukturelemente an die Abmessungen der Halbleiterschaltungselemente, etwa die Transistoren und dergleichen, anzupassen sind. Über viele Jahre hinweg war Aluminium das Metall der Wahl, um die Metallstrukturelemente in der Metallisierungsschichten der Halbleiterbauelemente herzustellen auf Grund seiner moderat hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit, dem selbstbeschränkenden Erzeugen einer passivierenden Oxidschicht und der Kompatibilität mit anderen Materialien und Prozesstechniken, die zur Herstellung integrierter Bauelemente verwendet werden. Während der ständigen Verringerung der Schaltungsabmessungen führen auch die Abmessungen der Metallstrukturelemente zu einer Situation, in der die gesamte Signalverzögerung in den Bauelementen nicht mehr durch das Leistungsverhalten der individuellen Halbleiterschaltungselemente beschränkt ist, durch die Schaltgeschwindigkeit der Transistoren, sondern im Wesentlichen durch die parasitären Zeitkonstanten in dem Metallisierungssystem bestimmt sind, die durch die beschränkte Leitfähigkeit von Aluminium und die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Metallgebieten hervorgerufen werden. Daher werden in modernen integrierten Schaltungen gut leitende Metalle, etwa Kupfer und Legierungen davon, eingesetzt, um die hohen Stromdichten zu ermöglichen, die während des Betriebs der Bauelemente angetroffen werden, wobei auch die parasitäre Kapazität durch Verwenden dielektrischer Materialien mit kleinem ε verringert wird, die als Dielektrika zu verstehen sind, die eine Dielektrizitätskonstante von 3,0 oder weniger besitzen.
• In einer fortgeschrittenen Phase des Fertigungsablaufs für integrierte Schaltungen ist es für gewöhnlich notwendig, einen Chip und in ein Gehäuse einzubringen und Anschlüsse zur Verbindung der Chipschaltung mit der Peripherie vorzusehen. In gewissen Techniken zum Eindringen in ein Gehäuse werden Chips, Chipgehäuse oder andere geeignete Einheiten mittels Lotkugeln verbunden, die aus sogenannten Lothöckern hergestellt werden, die wiederum auf einer entsprechenden Schicht zumindest einer der Einheiten ausgebildet sind, beispielsweise auf einer dielektrischen Passivierungsschicht des mikroelektronischen Chips. Um den mikroelektronischen Chip mit dem entsprechenden Träger zu verbinden, besitzen die Oberflächen der beiden jeweiligen miteinander zu verbindenden Einheiten, d. h. des mikroelektronischen Chips mit beispielsweise einer Vielzahl von integrierten Schaltungen, und ein entsprechendes Gehäuse, darauf ausgebildet geeignete Anschlussflächenanordnungen, um die beiden Einheiten nach dem Aufschmelzen der Lothöcker, die zumindest auf einer der Einheiten vorgesehen sind, beispielsweise auf dem mikroelektronischen Chip, elektrisch miteinander zu verbinden. In anderen Techniken werden Lothöcker hergestellt, die mit entsprechenden Drähten zu verbinden sind, oder die Lothöcker werden mit entsprechenden Anschlussflächenbereichen eines weiteren Substrats, das als eine Wärmesenke dient, in Kontakt gebracht. Folglich ist es notwendig, eine große Anzahl an Lothöckern zu bilden, die über die gesamte Chipfläche verteilt sein können, wodurch beispielsweise die I/O-(Eingabe/Ausgabe-)Kapazität sowie die gewünschte Anordnung mit parasitärer Kapazität geschaffen wird, wie dies für Hochfrequenzanwendungen moderner mikroelektronischer Chips erforderlich ist, die für gewöhnlich komplexe Schaltungen, etwa Mikroprozessoren, Speicherschaltungen und dergleichen enthalten, und/oder mehrere integrierte Schaltungen enthalten, die ein vollständiges komplexes Schaltungssystem bilden.
• Eine weitere Vorgehensweise zum Verbinden von Chips mit einem Gehäuse sind Drahtverbindungstechniken bzw. Drahtbondtechniken, die erfolgreich über viele Jahrzehnte auf der Grundlage von Aluminium entwickelt wurden und immer noch gut etabliert sind und die dominierende Technologie zum Verbinden des größten Anteils an Halbleiterchips mit einem Trägersubstrat repräsentieren, wobei für gewöhnlich Verbindungsflächen bzw. Bondflächen auf Aluminiumbasis vorgesehen werden, die mit einem geeigneten Draht, der aus Aluminium, Kupfer, Gold und dergleichen hergestellt ist, in Kontakt gebracht werden. Während des Drahtverbindungsprozesses wird der Verbindungsdraht an einem Ende mit der Verbindungsfläche in Kontakt gebracht. Beim Ausüben von Druck, einer erhöhten Temperatur und Ultraschallenergie wird der Draht, der bei Bedarf eine ausgebildete Kugel aufweisen kann, an die Verbindungsfläche geschweißt, um damit eine intermetallische Verbindung zu bilden. Danach wird das andere Ende des Verbindungsdrahtes mit einem Anschlussstift des Gehäuses verbunden, in welchem der Halbleiterchip mechanisch während des Verbindungsprozesses fixiert ist. Jedoch besitzen moderne Halbleiterbauelemente ggf. eine kupferbasierte Metallisierungsstruktur im Hinblick auf das Bauteilleistungsverhalten, die Integrationsdichte und die Prozesskompatibilität in Fertigungsstätten, die eine große Fülle unterschiedlicher Produkte herstellen, wobei jedoch die Verbindung zu dem Trägersubstrat oder dem Gehäuse mittels Drahtverbindung zu erfolgen hat auf Grund der weniger anspruchsvollen I/O-Kapazitäten, wie sie beispielsweise im Vergleich zu CPU's und anderen sehr komplexen IC's erforderlich sind, da sich dann ökonomische Vorteile des Drahtverbindens gegenüber komplexen Techniken auf der Grundlage von Nothöckern ergeben. Beispielsweise erfordern modernste Speicherbauelemente sehr komplexe Metallisierungssysteme mit hohem Leistungsvermögen, während die I/O-Kapazität effizient auf der Grundlage der Drahtverbindung geschaffen werden kann. In einer Produktionsstätte ist eine Drahtverbindung auf Kupferverbindungsflächen nur sehr schwer durchführbar auf Grund einer viel homogenen Selbstoxidation der Kupferoberfläche in Verbindung mit einer intensiven Korrosion, was zu höchst unzuverlässigen Bondkontakten führen kann. D. h., die Anschlussflächen und die Verbindungsdrähte, die damit verbunden sind, zeigen eine ausgeprägte Korrosion insbesondere, wenn anspruchsvolle Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden, wie sie während normaler Betriebsbedingungen von insbesondere während der Testphasen auftreten können, die bei erhöhten Temperaturen ausgeführt werden. Beispielsweise werden be schleunigte Zuverlässigkeitsprüfungen typischerweise bei einer Temperatur von 300 Grad C und höher durchgeführt, wodurch zu einem Vorteil gegen Ausfall der Verbindungsstrukturen beigetragen wird.
• Aus diesem Grunde wird ein anderes Abschlussmetall in Vergleich zu Kupfer, etwa eine Aluminiummetallschicht, in einer modernen Metallisierungsstruktur, die auf Kupfer möglicherweise in Verbindung mit Dielektrika mit kleinem ε beruht, angewendet, was zu einem komplexeren Fertigungsprozess führt, da entsprechende Prozessanlagen und Prozesse zur Herstellung und Strukturierung von Aluminiumschichten in der Produktionslinie vorzusehen sind. Beispielsweise sind für moderne CPU's, in denen sowohl eine Drahtverbindung als auch direkte Lotkontaktschemata unter Anwendung von Lothöckerstrukturen anzuwenden sind, beispielsweise zum Einbringen entsprechender Teststrukturen in einem Gehäuse für die Überwachung der gesamten komplexen Prozessabläufe von CPU's, sind große zusätzliche Anstrengungen zu unternehmen während der Herstellung der Lothöckerstruktur für die eigentlichen Chipgebiete mit den CPU's und für die Drahtverbindungsfläche für entsprechende Teststrukturen, wie dies nachfolgend detaillierter mit Bezug zu den 1a bis 1c beschrieben ist.
• 1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines konventionellen Halbleiterbauelements 100 in einer fortgeschrittenen Fertigungsphase. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst ein Substrat 101, das darüber Schaltungselemente oder andere Mikrostrukturelemente aufweist, die der Einfachheit halber in 1a nicht gezeigt sind. Das Bauelement 100 enthält eine oder mehrere Metallisierungsschichten mit Metallleitungen auf Kupferbasis und Kontaktdurchführungen, wobei der Einfachheit halber die letzte Metallisierungsschicht 110 gezeigt ist, die ein dielektrisches Material 111 aufweist, in der ein kupferenthaltendes Metallgebiet 112 ausgebildet ist. D. h., das Metallgebiet 112 ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgebaut möglicherweise in Verbindung mit entsprechenden Barrierenmaterialien (nicht gezeigt), um eine Wechselwirkung zwischen dem dielektrischen Material 111 und dem Kupfermaterial in dem Gebiet 112 zu unterdrücken. Das Metallgebiet 112 ist elektrisch mit Schaltungselementen verbunden, die eine integrierte Schaltung gemäß einem speziellen Schaltungsaufbau repräsentieren, oder das Metallgebiet 112 repräsentiert ein Kontaktbereich, der mit Strukturelementen verbunden ist, die eine Teststruktur repräsentieren, um damit spezielle Bauteileigenschaften zu kennzeichnen, etwa das Elektromigrationsverhalten, die Zuverlässigkeit von Gatedielektrika und dergleichen, wie dies auch zuvor erläutert ist. Das Halbleiterbauelement 100 umfasst ferner einen Passivierungsschichtstapel 120, der mehrere einzelne Schichten aufweisen kann, die als dielektrische Schichten 121, 122 und 123 angegeben sind. Beispielsweise ist die dielektrische Schicht 121 in direkten Kontakt mit dem Metallgebiet 112 und kann aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein, so dass sie als eine Deckschicht zum Einschluss des Kupfermaterials in dem Gebiet 112 dient. Beispielsweise ist die dielektrische Schicht 121 aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, stickstoffenthaltendem Siliziumkarbid oder dergleichen aufgebaut. Ferner sind die Schichten 122 und 123 in Form einer geeigneten Materialzusammensetzung vorgesehen, um damit der weiteren Bearbeitung des Bauelements 100 Rechnung zu tragen und um als ein geeignetes Passivierungsschichtmaterial zu dienen, um damit die Integrität von darunter liegenden Komponenten sicherzustellen. Beispielsweise können Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid oder dergleichen für die dielektrische Schicht 122 und auch für die Schicht 123 abhängig von den gesamten Prozess- und Bauteilerfordernissen verwendet werden. Wie gezeigt, lässt die Passivierungsschicht 120 einen geeigneten Teil des Metallgebiets 112 frei, wie dies zum Bereitstellen einer geeigneten Anschlussfläche zur Aufnahme eines Verbindungsdrahtes bzw. Bonddrahtes 130 erforderlich ist. Auf Grund der hohen Reaktivität des freigelegten Oberflächenbereiches des Metallgebiets 112 können entsprechende Oberflächenkontaminationen, etwa korrosive Bereiche und dergleichen 122a in einer mehr oder weniger ausgeprägten Weise insbesondere während anspruchsvoller Umgebungsbedingungen 150, etwa bei erhöhten Temperaturen, wie sie während des Betriebs des Bauelements 100 und des Prüfens auftreten, etwa während beschleunigter Zuverlässigkeitsprüfungen, hervorgerufen werden. Somit kann ein vorzeitiger Kontaktausfall beobachtet werden.
• Das in 1a gezeigte Halbleiterbauelement 100 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Zunächst werden das Substrat 101 und darin enthaltene Schaltungselemente auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt, wobei in anspruchsvollen Anwendungen Schaltungselemente mit kritischen Abmessungen in der Größenordnung von ungefähr 50 nm oder weniger hergestellt werden, woran sich das Aufbringen der einen oder mehreren Metallisierungsschichten 110 mit den kupferbasierten Metallleitungen und Kontaktdurchführungen anschließt, wobei typischerweise dielektrische Materialien mit kleinem ε zumindest für einige der dielektrischen Materialien in dem Metallisierungssystem des Bauelements 100 verwendet werden. Die Prozesssequenz zur Herstellung der Metallisierungsschicht 110, die die letzte Metallisierungsebene des Bauelements 100 repräsentiert, enthält typischerweise das Abscheiden des dielektrischen Materials 111 und dessen Strukturierung, woran sich das Einfüllen des kupferenthaltenden Materials anschließt, beispielsweise auf der Grundlage elektrochemischer Abscheidetechniken, wobei die Abscheidung geeigneter Barrierenmaterialien, etwa Tantal, Tantalnitrid und dergleichen der Abscheidung des Kupfermaterials vorausgehen kann. Nach dem Entfernen von überschüssigem Material wird die dielektrische Schicht 121 gebildet, etwa durch geeignete Abscheidetechniken, wodurch das kupferbasierte Material, etwa das Metallgebiet 112, eingeschlossen wird. Als nächstes werden die weiteren dielektrischen Schichten 122 und 123 des Passivierungsschichtstapels 120 auf der Schicht 121 und Grundlage einer beliebigen geeigneten Abscheidetechnik hergestellt, etwa durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (CVD) und dergleichen. Danach wird ein Photolithographieprozess ausgeführt, um eine Lackmaske (nicht gezeigt) vorzusehen, die eine Form und eine Abmessung aufweist, die im Wesentlichen die eigentliche Anschlussfläche zur Verbindung mit dem Bonddraht 130 zu dem freigelegten Bereich des Metallgebiets 113 bestimmt. Nachfolgend wird der dielektrische Schichtstapel 130 auf der Grundlage der zuvor gebildeten Lackmaske strukturiert, die schließlich durch gut etablierte Prozesstechniken entfernt wird. Anschließend wird das Bauelement 100 zum Überschneiden des Substrats 101 getrennt und das vereinzelte Bauelement 100 wird dann an einem Trägersubstrat oder einem Gehäuse (nicht gezeigt) angebracht und der Bonddraht 130 wird mit dem Metallgebiet 112 und einer Anschlussfläche (nicht gezeigt) des Trägersubstrats verbunden. Während des Erzeugens der Kontaminationsstoffe 112a während des Betriebs und/oder des Prüfens des Bauelements ist eine zuverlässige intermetallische Verbindung zwischen dem Bonddraht 130 und der Oberfläche des Metallgebiets 112 nur schwer zu erreichen und daher wird in konventionellen Vorgehensweisen das Bauelement 100 mit einem Abschlussmetall auf Aluminiumbasis versehen, um das Anwenden gut etablierter Drahtverbindungstechniken auf der Grundlage von Aluminium zu ermöglichen, wie dies mit Bezug zu den 1b und 1c erläutert ist.
• 1b zeigt schematisch das konventionelle Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der eine Aluminiumschicht 131 über dem freigelegten Bereich des Metallgebiets 112 gebildet ist. Des weiteren ist, wie gezeigt, eine Barrieren/Haft-Schicht 132 zwischen der Aluminiumschicht 131 und dem Metallgebiet 112 und dem entsprechenden Teil des dielektrischen Schichtstapels 130 angeordnet. Die Barrieren/Haftschicht 132 ist beispielsweise aus Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid oder ähnli chen Metallen in Verbindungen aufgebaut, wie sie typischerweise im Zusammenhang mit Kupfermetallisierungssystemen eingesetzt werden, um in effizienter Weise die Kupferdiffusion zu reduzieren und um eine verbesserte Haftung der Aluminiumschicht 131 zu ermöglichen. Typischerweise wird das in 1b gezeigte Bauelement 100 hergestellt, indem zunächst die Barrieren/Haftschicht 132 aufgebracht wird, beispielsweise auf der Grundlage von Sputter-Abscheidetechniken, woran sich das Abscheiden der Aluminiumschicht 131 anschließt, beispielsweise durch Sputter-Abscheidung, chemische Dampfabscheidung und dergleichen. Als nächstes wird ein Lithographieprozess ausgeführt, um eine Lackmaske (nicht gezeigt) herzustellen, die als eine Ätzmaske während eines reaktiven Ätzprozesses eingesetzt wird, der beispielsweise auf der Grundlage einer komplexen Ätzchemie auf Chlorbasis ausgeführt wird, um damit die strukturierte Aluminiumschicht 131 zu erhalten, wie sie in 1b gezeigt ist. Der entsprechende Ätzprozess kann auch einen separaten Ätzschritt zum Ätzen durch die Barrieren/Haftschicht 132 enthalten, woran sich ein nasschemischer Prozess zum Entfernen von korrodierenden Ätzresten anschließt, die während des komplexen Aluminiumätzschrittes erzeugt werden.
• 1c zeigt schematisch das Halbleiterbauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Fertigungsphase, in der der Bonddraht 130 mit der Aluminiumschicht 131 durch gut etablierte Prozesstechniken verbunden wird, in denen ein Ende des Bonddrahtes 130 der freigelegten Oberfläche der Aluminiumschicht 131 verbunden wird, wobei auch Wärme und/oder Ultraschallenergie und Druck ausgeübt werden, wodurch eine intermetallische Verbindung zwischen einem Teil der Aluminiumschicht 131 und dem Bonddraht 130 geschaffen wird.
• Folglich werden in dem zuvor beschriebenen konventionellen Ansatz effizientere Drahtverbindungstechniken auf der Grundlage der Aluminiumschicht 131 eingesetzt, wobei jedoch eine komplexe Prozesssequenz zum Abscheiden und Strukturieren der Barrieren/Haft-Schicht 132 und der Aluminiumschicht 131 erforderlich ist. Als Folge davon muss eine komplexe Fertigungsumgebung entsprechender Ressourcen zum Abscheiden und Strukturieren der Aluminiumschicht 131 in Verbindung mit der Barrieren/Haftschicht 132 zusätzlich zu Anlagen und Materialien aufweisen, die für die Herstellung eines komplexen kupferbasierten Metallisierungssystems erforderlich sind, wodurch zu erhöhten Durchlaufzeiten und somit Produktionskosten beigetragen wird.
• Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung Prozesstechniken und Halbleiterbauelemente, in denen eine geringere Prozesskomplexität, beispielsweise das Vermeiden der Bearbeitung von Aluminium, erreicht wird, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden werden.
• Überblick über die Offenbarung
• Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand Techniken und Halbleiterbauelemente, in denen die Drahtverbindung in kupferbasierten Metallisierungsstrukturen bewerkstelligt wird ohne Verwendung von Techniken auf Aluminiumbasis, indem eine freiliegende kupferenthaltende Oberfläche nach dem Drahtverbindungsprozess passiviert wird. Zu diesem Zweck wird ein geeignetes dielektrisches Material zumindest auf dem Metallgebiet hergestellt, das den Verbindungsdraht bzw. Bonddraht daran angebracht aufweist, wodurch eine freigelegte Oberfläche des Metallgebiets eingekapselt und somit passiviert wird, so dass das Metallgebiet in Bezug auf die Ausbildung von Korrosion und dergleichen insbesondere bei erhöhten Temperaturen geschützt ist, wie sie während des Betriebs des Bauelements und insbesondere während beschleunigter Zuverlässigkeitsprüfungen und dergleichen auftreten. Das Einkapseln zumindest des freigelegten Metallgebiets der letzten Metallisierungsschicht kann auf der Grundlage einer Vielzahl dielektrischer Materialien bewerkstelligt werden, etwa mittels Polymermaterialien und dergleichen, die in einem Zustand mit geringer Viskosität aufgebracht und auf der Grundlage von Strahlung, Wärme und dergleichen ausgehärtet werden. Diesbezüglich sind eine Vielzahl dielektrischer Materialien auf dem Gebiet der Technik für gedruckte Leiterplatten bekannt, die ebenfalls ein hohes Maß an Integrität in Bezug auf Feuchtigkeit, Sauerstoff und dergleichen ermöglichen, wodurch ein hohes Maß an Integrität der kupferenthaltenden Verbindungsbereiche ohne das Erfordernis weiterer Maßnahmen möglich ist, etwa durch chipinterne Passivierungsschichten und dergleichen. Ferner kann die Einkapselung der empfindlichen kupferenthaltenden Oberflächenbereiche auf Grundlage eines Vergussprozesses abhängen, der effizient in konventionelle Techniken zum Eindringen in ein Gehäuse eingerichtet werden kann, ohne dass unnötig zur Gesamtprozesskomplexität beigetragen wird, während in einigen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten die Konfiguration des Gehäuses und somit der Prozess zum Einbringen in ein Gehäuse vereinfacht werden kann, indem eine Gehäuseabdeckung durch das Füllmaterial ersetzt wird. In anderen anschaulichen hierin offenbarten Aspekten ist das Füllmaterial zusätzlich so gestaltet, dass es die gesamten thermischen Eigenschaften des in ein Gehäuse eingebrachten Halbleiterbauelements verbessert, beispielsweise durch geeignetes Anpassen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder der thermischen Leitfähigkeit des Füllmaterials, um damit thermische Verspannungen und/oder einen Temperaturgradienten zwischen dem Halbleiterchip und dem Gehäuse zu verringern. Somit werden während des Prozesses zur Herstellung des Halbleiterchips komplexe Metallisierungssysteme auf der Grundlage gut leitender Metalle bereitgestellt, etwa auf Basis von Kupfer, Silber und dergleichen, ohne dass spezielle Materialien und Prozesstechniken für ein spezielles abschließendes Bond- bzw. Verbindungsmaterial erforderlich sind, etwa für Aluminium, wodurch zu deutliche geringeren Aufwendungen im Hinblick auf Anlagen und Durchlaufzeiten moderner integrierter Schaltungen beigetragen wird, wobei dennoch ein effizienter Prozess zum Eindringen in ein Gehäuse auf der Grundlage von Drahtverbindungstechniken ermöglich wird, ohne dass die Gesamtintegrität der Drahtverbindungsstruktur gefährdet ist.
• Ein anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bereitstellen einer letzten Metallisierungsschicht, die über einem Substrat eines Halbleiterbauelements ausgebildet ist, wobei die letzte Metallisierungsschicht ein Kontaktgebiet mit einer freiliegenden kupferenthaltenden Oberfläche zur Aufnahme eines Verbindungsdrahtes aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Verbinden des Verbindungsdrahtes bzw. Bonddrahtes mit der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche und das Einkapseln der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche und zumindest eines Teils des Verbindungsdrahtes, der mit der freigelegten kupferenthaltenen Oberfläche verbunden ist.
• Ein noch weiteres anschauliches hierin offenbartes Verfahren umfasst das Bilden eines Metallisierungssystems eines Halbleiterbauelements auf der Grundlage eines einzelnen gut leitenden Metalls, wobei das Metallisierungssystem ein letzte Metallisierungsschicht aufweist, die mehrere Metallgebiet zum Anschluss von Verbindungsdrähten besitzt. Das Verfahren umfasst ferner das Anbringen des Halbleiterbauelements an einem Trägersubstrat, das mehrere Verbindungsflächen aufweist, die mit Verbindungsanschlüssen verbunden sind. Des weiteren umfasst das Verfahren das Verbinden eines Verbindungsdrahtes mit jedem der mehreren Metallgebiete und jeder der mehreren Verbindungsflächen und das Passivieren zumindest der mehreren Metallgebiete mit einem dielektrischen Material.
• Eine anschauliche hierin offenbarte integrierte Schaltung umfasst einen Chip mit einem Substrat und einem Metallisierungssystem, das eine letzte Metallisierungsschicht mit kupferenthaltenden Metallgebieten und mit Verbindungsdrähten, die mit einem Ende an den kupferenthaltenden Metallgebieten angebracht sind, aufweist. Die integrierte Schaltung umfasst ferner ein Trägersubstrat mit mehreren Verbindungsflächen, wobei die Verbindungsdrähte mit einem weiteren Ende an den Verbindungsflächen angebracht sind. Schließlich umfasst die integrierte Schaltung ein Füllmaterial, das das Metallgebiet und zumindest einen Teil der Verbindungsdrähte, der mit den Metallgebieten verbunden ist, einkapselt.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
• 1a schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements mit einer freigelegten Kupferoberfläche für eine Drahtverbindung enthält, und mit einer sich ergebenden Oberflächenkontamination, die während des Betriebs während er Prüfungen bei erhöhten Temperaturen auftreten kann;
• 1b und 1c schematisch Querschnittsansichten eines konventionellen Halbleiterbauelements während diverser Fertigungsphasen bei der Herstellung einer Drahtverbindungsstruktur auf der Grundlage eines kupferenthaltenden Metallisierungssystems und einer abschließenden Aluminiumschicht gemäß konventioneller Strategien zeigen;
• 2a schematisch einen Teil einer integrierten Schaltung mit einem Metallisierungssystem mit einer letzten Metallisierungsschicht auf der Grundlage eines gut leitenden Metalls, etwa Kupfer, Silber, und dergleichen, zeigt, wobei eine Drahtverbindungsstruktur durch ein dielektrisches Füllmaterial gemäß anschaulicher Ausführungsformen eingekapselt ist; und
• 2b und 2c schematisch Querschnittsansichten einer integrierten Schaltung zeigen, d. h. eines Chips und eines entsprechenden Gehäuses, wobei Verbindungsdrähte mit kupferenthaltenden Oberflächenbereichen von Verbindungsflächen verbunden sind, deren Integrität mittels des dielektrischen Füllmaterials gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen bewahrt bleibt.
• Detaillierte Beschreibung
• Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte beachtet werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Offenbarung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Offenbarung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
• Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Techniken und Halbleiterbauelemente, in denen Drahtverbindungsstrukturen auf der Grundlage eines im Wesentlichen aluminiumfreien Metallisierungssystems hergestellt werden, wobei eine zuverlässige intermetallische Verbindung zwischen dem Verbindungsdraht bzw. Bonddraht und einer kupferenthaltenden Oberfläche erreicht wird, indem die kupferenthaltende Oberfläche nach dem Drahtverbindungsprozess in geeigneter Weise eingekapselt wird. Zu diesem Zweck wird der Halbleiterchip auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt, in denen gut etablierte Materialien, wie sie typischerweise während der Herstellung moderner Halbleiterbauelemente eingesetzt werden, ebenfalls während der Herstellung der Drahtverbindungsstruktur verwendet werden, wodurch der Aufwand im Hinblick auf Anlagen und Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen Strategien verringert wird, in denen eine Aluminiumabschlussmetallschicht angewendet wird. In einigen anschaulichen hierin offenbarten Ausführungsformen beruht der entsprechende Fertigungsprozess zur Herstellung der letzten Metallisierungsschicht auf Techniken, die keine spezielle Passivierung der freigelegten Kupferoberfläche der Verbindungsflächen der letzten Metallisierungsschicht benötigen. Nach dem Schneiden des Substrats und dem elektrischen Verbinden eines Halbleiterchips mit einem entsprechenden Anschlussrahmen, einem Trägersubstrat oder einem Gehäuse mittels Drahtverbindung werden zumindest die freigelegten Kupferoberflächen der Verbindungsflächen des Halbleiterchips durch das Einkapseln entsprechender Bereiche des Halbleiterbauelements auf der Grundlage eines geeigneten dielektrischen Materials passiviert. Dazu werden gut etablierte Vergussmaterialien verwendet, etwa Polymere, Materialien auf der Grundlage von Harzen und dergleichen, wobei zusätzlich in einigen Ausführungsformen die thermischen Eigenschaften dieser Füllmaterialien so angepasst werden, dass die gesamten thermischen Eigenschaften des fertiggestellten integrierten Schaltungsbauteil verbessert sind. Beispielsweise wird zusätzlich zu den diffusionsblockierenden Eigenschaften im Hinblick auf reaktive Komponenten, etwa Feuchtigkeit, Sauerstoff und dergleichen, das zu einem vorzeitigen Kontaktausfall freigelegter kupferenthaltender Oberflächen in konventionellen Strategien führen kann, das Füllmaterial auch zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit im Vergleich zu konventionellen Gehäusen vorgesehen und/oder es wird die mechanische Verspannung reduziert, die durch eine deutliche Fehlanpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Gehäuse und dem eigentlichen Halbleiterchip hervorgerufen werden. Beispielsweise kann die Wärmeabfuhr des integrierten Schaltungsbauteils effizient erhöht werden, indem die Einkapselung des Halbleiterchips oder zumindest dessen Metallisierungssystems durch das Füllmaterial mit der erhöhten thermischen Leitfähigkeit bewerkstelligt wird, was daher zu einer effizienteren Wärmeabfuhr im Vergleich zu konventionellen Gehäuse ohne das Füllmaterial führt. In anderen Fällen an den Drahtverbindungen auf der Metallschicht auftreten können, verringert, indem in geeigneter Weise die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Füllmaterials in Bezug auf den Halbleiterchip angepasst werden, so dass eine Fehlanpassung zwischen dem Halbleiterchip und dem Gehäusematerial nicht direkt die Drahtverbindungsstruktur beeinflusst, sondern an weniger kritischen Bereichen auftritt, etwa an einer Grenzfläche zwischen dem Füllmaterial und dem Gehäusematerial. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird das Anbringen des Halbleiterchips an dem Trägersubstrat oder dem Gehäuse während des Vorgangs ein Einkapselns des freigelegten kritischen Oberflächenbereichs des Halbleiterchips bewerkstelligt, indem beispielsweise zuerst eine Schicht des Füllmaterials zum Befestigen des Halbleiterchips aufgebracht wird, und indem weiteres Füllmaterial nach dem Drahtverbindungsprozess vorgesehen wird. Auf diese Weise kann eine erhöhte Auslastung entsprechender Anlagen für das Einkapseln der Drahtverbindungsstruktur erreicht werden, wobei zusätzlich eine größere Flexibilität in Bezug auf das Einstellen der gesamten thermischen Eigenschaften des entsprechenden integrierten Schaltungsbauelements mit Gehäuse erreicht wird.
• Mit Bezug zu den 2a bis 2c werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben, wobei auch auf das Bauelement 100 gemäß 1a und die entsprechenden Fertigungstechniken bei Bedarf verwiesen wird.
• 2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements 200, das ein modernes Bauelement repräsentieren kann, in welchem ein komplexes Metallisierungssystem auf der Grundlage gut leitender Metalle, etwa Kupfer, Silber und dergleichen enthalten ist, wobei auch Drahtverbindungskontaktstrukturen für die Verbindung zu entsprechenden Verbindungsfläche der Peripherie, etwa einem Trägersubstrat, einem Gehäuse, einem Anschlussrahmen und dergleichen bereitstellen, wobei eine abschließende Metallschicht auf Aluminiumbasis vermieden wird, wie zuvor erläutert ist. Beispielsweise repräsentiert das Halbleiterbauelement 200 einen Teil eines Chips mit einer geeigneten elektronischen Schaltung in Form eines Speicherbauelements, etwa statischer RAM-Schaltungen, nicht-flüchtige Bauelemente, beispielsweise in Form von Flash-Speicherbauelementen und dergleichen. Wie zuvor erläutert ist, sind viele Speicherbauelemente Halbleiterbauelemente, in denen eine hohe Leistungsfähigkeit im Hinblick auf die Signalausbreitungsverzögerung, die Packungsdichte und dergleichen erforderlich ist, während lediglich moderate I/O-Kapazitäten erforderlich sind, um mit anderen elektronischen Bauelementen zu kommunizieren. In anderen Fällen repräsentiert das Halbleiterbauelement 200 eine integrierte Schaltung mit einer Teststruktur für komplexe CPU's, die häufig zusammen mit der CPU hergestellt werden, um damit eine effiziente Prozesssteuerung zu ermöglichen, wobei Drahtverbindungsstrukturen geeignet sind, um die I/O-Anforderungen für die entsprechenden Teststrukturen zu erfüllen. Die integrierte Schaltung oder das Bauelement 200 umfasst einen oder mehrere Bauteilebenen und eine oder mehrere Metallisierungsebenen, die der Einfachheit halber gemeinsam als 201 bezeichnet sind. Es sollte beachtet werden, dass die eine oder die mehreren Bauteilebenen und die eine oder die mehreren Metallisierungsebenen eine Konfiguration aufweisen können, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterauelement 100 erläutert ist, das im Zusammenhang mit der 1a und auch im Zusammenhang mit den 1b und 1c beschrieben ist, mit Ausnahme der letzten Metallisierungsebene. Somit wird eine weitere detaillierte Beschreibung entsprechender Bauteilstrukturelemente und Fertigungsverfahren hier weggelassen. Des weiteren umfasst eine abschließende oder letzte Metallisierungsebene 210 mehrere Metallgebiete 212, wovon ein Teil als Kontaktbereich für eine Drahtverbindungsstruktur 235 dient. Die Metallgebiete 212 sind in einem dielektrischen Material 211 eingebettet, über welchem ein Passivierungsschichtstapel 220 ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass der Stapel 220 aus einer einzelnen Materialschicht aufgebaut ist oder mehrere individuelle Materialschichten aufweist, wobei dies von den gesamten Erfordernissen abhängt, wie dies auch beispielsweise mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 100 beschrieben ist. Die Kontaktstruktur 235 enthält einen Ver bindungsdraht 230 mit einem Endbereich 230a, der in direktem Kontakt mit einem Oberflächenbereich 212s der Metallgebiete 212 steht, wodurch eine intermetallische Verbindung hergestellt wird. Des weiteren sind der Kontaktbereich 230a und ein verbleibender Bereich der Oberfläche 212s, der durch den dielektrischen Schichtstapel 220 freigelegt ist, mit einem Füllmaterial 250 in Kontakt, das die Metallgebiete 212 einkapselt und somit einschließt. In der gezeigten Ausführungsform schließt das Füllmaterial 250 die Metallisierungsschicht 210, den dielektrischen Schichtstapel 220 und die Drahtverbindungsstruktur 235 ein, die wiederum mit entsprechenden Kontaktanschlüssen für Verbindungsflächen oder Stifte (nicht gezeigt) eines Anschlussrahmens, eines Trägersubstrats oder eines Gehäuses abhängig von der gesamten Konfiguration der integrierten Schaltung 200 verbunden ist. Das Füllmaterial 250 repräsentiert ein beliebiges geeignetes Material, das in einem Zustand geringer Viskosität aufgebracht wird, um eine Anpassung an die spezielle Oberflächentopographie des Stapels 220 zu erreichen, um somit in zuverlässiger Weise freigelegte Oberflächenbereiche, etwa die Oberflächenbereiche 212s, abzudecken. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Polymermaterialien verwendet werden, die auch für die gewünschte Integrität der freigelegten Oberflächenbereiche 212s sorgen. Z. B. sind viele Harzmaterialien verfügbar, die zum geeigneten „Vergießen” zumindest eines Teils der letzten Metallisierungsschicht 210 und des passivierenden dielektrischen Schichtstapels 220 verwendbar sind, um damit die empfindlichen Metallgebiete 212 einzuschließen. Es sollte beachtet werden, dass mehrere Materialzusammensetzungen auf dem Gebiet der Techniken für gedruckte Leiterplatten bekannt sind, die innerhalb kurzer Zeitintervalle ausgehärtet werden können und die für die gewünschte mechanische und chemische Stabilität sorgen, während gleichzeitig eine Temperaturstabilität bis zu mehreren 100 Grad C, beispielsweise bis zu 350 Grad C und höher, erreich wird, wodurch der gewünschte Einschluss der Metallgebiete 212 für typische thermische Bedingungen erreicht wird, die während beschleunigter Zuverlässigkeitsprüfungen integrierter Schaltungen angetroffen werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen besitzt das Füllmaterial 250 eine moderat hohe thermische Leitfähigkeit, die beispielsweise durch den Einbau entsprechender Substanzen eingestellt wird, etwa durch Metallteilchen und dergleichen, die sogar für das lokale Anpassen der gesamten thermischen Leitfähigkeit verwendet werden können. Somit bietet das Füllmaterial 250 auch eine effiziente Wärmeabfuhr aus der letzten Metallisierungsschicht 210, da beispielsweise eine effiziente thermische Ankopplung an die Verbindungsdrähte 120 erreicht wird, indem zumindest ein signifikanter Anteil der Drähte 230 in das Füllmaterial 250 eingebettet wird. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann das Material 250 auch so vorgesehen werden, dass dieses auch mit einem Trägersubstrat oder einem Gehäuse in Kontakt ist, wodurch die für einen effizienten Wärmetransfer von dem Bauteil 200 zu einem entsprechenden Gehäusematerial verfügbare Oberfläche erhöht wird. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen wird das Material 250 im Hinblick auf seinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zumindest in der Nähe der Metallisierungsebene 210 und des Schichtstapels 220 so gewählt, dass diese in der Nähe des Koeffizienten für diese Komponenten liegt, wodurch merkliche mechanische Verspannungen unmittelbar an dem Kontaktbereich 230a im Wesentlichen vermieden werden, selbst wenn das Füllmaterial 250 mit einem Gehäusematerial in Verbindung steht, das einen deutlich unterschiedlichen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung besitzt, wie dies typischerweise für organische Gehäusematerialien der Fall ist. In diesem Falle muss die entsprechende mechanische Verspannung über das Füllmaterial 250 hinweg wirken, das somit eine Pufferschicht repräsentiert, wodurch die entsprechenden Kräfte auf den Verbindungsdraht 230 deutlich verringert werden, so dass damit auch zu einer insgesamt verbesserten Zuverlässigkeit der Verbindungsdrahtstruktur 235 beigetragen wird.
• Das Halbleiterbauelement 200 kann auf der Grundlage von Prozesstechniken hergestellt werden, wie sie zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 beschrieben sind, wobei insbesondere die Drahtverbindungskontaktstruktur 235 auf der Grundlage einer im Wesentlichen aluminiumfreien Prozesstechnik hergestellt wird. D. h., nach dem Schneiden des Substrats 201 zu Separierung einzelner Halbleiterchips, werden die Verbindungsdrähte 230 mit den Metallgebieten 212 in Kontakt gebracht, ohne dass eine abschließende Aluminiumschicht auf den Metallgebieten 212 vorgesehen wird, ohne dass zusätzliche schützende Materialien bereitgestellt werden, wodurch ein höchst effizienter Gesamtfertigungsablauf erreicht wird. Somit können komplexe Metallisierungssysteme auf der Grundlage von Kupfer, Silber und dergleichen für das Bauelement 200 eingesetzt werden, ohne dass weitere Ressourcen zum Abscheiden und Strukturieren von Abschlussmetallschichten auf Aluminiumbasis erforderlich sind und ohne dass ein zusätzlicher Prozessschritt zum Passivieren der freigelegten Oberfläche 212s vor dem Ausführen des Drahtverbindungsprozesses notwendig ist.
• 2b zeigt schematisch eine integrierte Schaltung 270 in einem Gehäuse. Wie gezeigt, umfasst die integrierte Schaltung 270 das Halbleiterbauelement 200 in Form eines einzelnen Chips oder einer anderen Chipkonfiguration, wobei zumindest eine letzte Metallisierungsschicht vorgesehen ist, um eine Drahtverbindungsstruktur zu ermöglichen. Der Ein fachheit halber sei angenommen, dass das Halbleiterbauelement 200 einen ähnlichen Aufbau besitzt, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Halbleiterbauelement 200 aus 2a oder dem Bauelement 200, wie es zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben ist, aufweist. Des weiteren umfasst die integrierte Schaltung 270 ein Trägersubstrat oder ein anderes geeignetes System für das Bereitstellen von Verbindungsflächen, um eine Verbindung zu dem Chip 200 herzustellen, beispielsweise in Form eines Gehäuses 260, wie es in 2b gezeigt ist. Das Gehäuse 260 umfasst einen Grundkörper 261, in und auf welchem mehrere Anschlussflächen 262 vorgesehen sind, die wiederum elektrisch mit Anschlüssen 263 verbunden sind, beispielsweise in Form von Stiften oder anderen Kontaktelementen, um damit eine Verbindung zu gedruckten Leiterplatten und dergleichen herzustellen. Des weiteren ist eine Abdeckung 264 zur Versiegelung des Gehäuses 260 vorgesehen. Des weiteren bildet in der gezeigten Ausführungsform das Füllmaterial 250 eine Einkapselung zumindest der freigelegten Metallgebiete 212 und eines Teils der entsprechenden Verbindungsdrähte 230, die mit den jeweiligen Anschlussflächen 262 verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform bildet das Füllmaterial 250 eine Einkapselung des gesamten Halbleiterchips 200, wodurch eine insgesamt bessere Integrität des Chips 200 im Hinblick auf Feuchtigkeit oder Oxidation empfindlicher Metallgebiete, etwa Kupfergebiete, die in dem Metallisierungssystem des Chips 200 vorgesehen sind, wie dies zuvor erläutert ist, erreicht wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist das Füllmaterial 250 räumlich auf die letzte Metallisierungsschicht 210 beschränkt, wie dies mit Bezug zu 2a erläutert ist, während in anderen Fällen das Material 250 lokal auf einzelne Metallgebiete 212 bei Bedarf beschränkt ist.
• Die in 2b gezeigte integrierte Schaltung 270 kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Anbringen des Chips 200 an dem Gehäuse 260, d. h. dem Grundkörper 261, was beispielsweise durch Vorsehen eines geeigneten Haftmittels 265 oder eines anderen Zwischenmaterials bewerkstelligt werden kann, werden die Verbindungsdrähte 230 mit den Metallgebieten 212 und den Verbindungsflächen 262 auf der Grundlage gut etablierter automatisierter Drahtverbindungstechniken verbunden. Abhängig von den gesamten Eigenschaften der Verbindungsdrähte 230 und der jeweiligen Metallgebiete 212 und 262 werden moderne, Ultraschallenergie, Druck und dergleichen angewendet, um die gewünschte intermetallische Verbindung zu schaffen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird nach dem Verbinden eines oder mehrerer der Verbindungsdrähte 230 ein zwischenliegender „Passivierungsschritt” ausgeführt, um das Material 250 lokal an einem oder mehreren Metallgebieten 212 vorzusehen, die zuvor die Verbindungsdrähte 230 erhalten haben. Danach wird der Drahtverbindungsprozess fortgesetzt, woran sich möglicherweise ein weiteres lokal beschränktes Aufbringen des Zwischenfüllmaterials 250 anschließt. In anderen anschaulichen Ausführungsformen wird nach dem Einrichten aller erforderlicher Drahtverbindungen das Füllmaterial 250 beispielsweise durch einen geeigneten Applikator aufgebracht, um relevante Bereiche des Bauelements 200 einzukapseln oder um das Bauelement 200 vollständig einzuschließen. Anschließend wird das Material 250 gehärtet, was auf der Grundlage höherer Temperaturen, geeigneter Strahlung, etwa UV-Strahlung, und dergleichen bewerkstelligt werden kann. Z. B. sind eine Vielzahl von Materialien im Stand der Technik gut bekannt, die innerhalb mehrerer Minuten ausgehärtet werden können, wodurch ein unmittelbarer zuverlässiger Einschluss der empfindlichen Metallgebiete 121 erreicht wird. In weiteren anschaulichen Ausführungsformen wird der Halbleiterchip 200 an dem Grundkörper 261 festgemacht, indem ein Teil des Materials 250 aufgebracht wird, der Chip 200 mechanisch befestigt wird und das Material 250 ausgehärtet wird und nachfolgend der Drahtverbindungsprozess in der zuvor beschriebenen Weise ausgeführt wird. Danach wird der verbleibende Teil des Chips 200 durch weiteres Bereitstellen von Material 250 eingekapselt, wie dies auch zuvor beschrieben ist. Somit kann das thermische Verhalten des Chips 200 in Verbindung mit dem Einkapseln des Materials 250 in geeigneter Weise ausgewählt werden, etwa im Hinblick auf die thermische Leitfähigkeit, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dergleichen, um damit ein besseres Leistungsverhalten im Vergleich zu konventionellen Gehäusen zu erhalten, in denen das Füllmaterial 250 nicht vorgesehen wird. Nach dem Aufbringen des Materials 250 und nach oder vor dem Aushärten des Materials wird die Abdeckung 264 an dem Grundkörper 261 befestigt, um das Gehäuse 260 zu versiegeln.
• 2c zeigt schematisch die integrierte Schaltung 270 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen das Füllmaterial 250 im Wesentlichen vollständig das Innere des Gehäuses 260 ausfüllt. Somit kann eine insgesamt höhere mechanische Integrität der integrierten Schaltung 270 erreicht werden, beispielsweise in Bezug auf die Verbindungswerte 230, die intermetallische Verbindung der Verbindungsdrähte 230 mit dem Verbindungsflächen 262 und der Haftung des integrierten Schaltungschips 200 an dem Gehäuse 260. Des weiteren besitzt der Chip 200 eine bessere thermische Kopplung an das Gehäuse 260 über das Füllmaterial 250, wodurch die Wärmeabfuhrfähigkeit der integrierten Schaltung 270 verbessert wird. Somit können in einigen Fällen entsprechende Wärmesenken wegge lassen werden, wodurch zu einem geringeren Materialverbrauch und einem vereinfachten Gesamtaufbau des Gehäuses 260 beigetragen wird. Wie ferner zuvor beschrieben ist, können die thermischen Eigenschaften des Füllmaterials 250 in geeigneter Weise angepasst werden, beispielsweise im Hinblick auf die thermische Leitfähigkeit, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dergleichen, um damit das gewünscht thermische Gesamtverhalten der integrierten Schaltung 270 einzustellen. D. h., unter Anwendung eines Füllmaterials 250 mit einer thermischen Leitfähigkeit, die vergleichbar ist zu der thermischen Leitfähigkeit des Chips 200, kann eine höhere Effizienz beim Wärmeübertrag nach außen für das Gehäuse 260 erreicht werden, wobei an dem Gehäuse dann externe Wärmesenken vorgesehen sein können oder wobei der größere Oberflächenbereich für eine ausreichende Kühlwirkung sorgt. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann das Füllmaterial 250 die Abdeckung 264 (siehe 2b) ersetzen, wodurch der gesamte Fertigungsablauf zum Einbringen des Chips 200 in ein Gehäuse vereinfacht wird. Ferner wird nach dem Ausheizen des Materials 250 das Gehäuse 260 durch das Material 250 versiegelt, wodurch ebenfalls eine höhere Integrität der Metallgebiete 212 erreicht wird, wobei auch gleichzeitig für eine höhere Integrität des Innenraums des Gehäuses 260 gesorgt wird.
• Es gilt also: Die vorliegende Offenbarung stellt Halbleiterbauelemente und integrierte Schaltungen sowie entsprechende Fertigungstechniken bereit, in denen eine geringere Prozesskomplexität während der Herstellung von Drahtverbindungsstrukturen erreicht wird, indem Abscheide- und Strukturierungssequenzen auf der Grundlage von Aluminium vermieden werden. Zu diesem Zweck werden reaktive Metalloberflächen, etwa kupferenthaltende Oberflächen, nach dem Drahtverbindungsprozess eingekapselt, wodurch eine erhöhte Integrität der empfindlichen Metallgebiete erreich wird, ohne dass aufwendige Prozessabläufe zum Passivieren der freigelegten empfindlichen Metalloberflächen vor und während des Drahtverbindungsprozesses erforderlich sind. Somit können anspruchsvolle integrierte Schaltungen bei geringeren Kosten und geringeren Durchlaufzeiten in Bezug auf das Metallisierungssystem hergestellt werden, wobei das Füllmaterial eine höhere Stabilität während erhöhter Temperaturen ermöglicht, die während des Betriebs und/oder während beschleunigter Zuverlässigkeitsprüfungen und dergleichen auftreten, beispielsweise in Test-IC's komplexer integrierter Schaltungen, Speicherbauelemente, Flash-Speichern und dergleichen.
• Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims (25)

1. Verfahren mit: Bereitstellen einer letzten Metallisierungsschicht, die über einem Substrat eines Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die letzte Metallisierungsschicht ein Kontaktgebiet mit einer freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche zur Aufnahme eines Verbindungsdrahtes aufweist; Verbinden des Verbindungsdrahtes mit der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche; und Einkapseln der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche und zumindest eines Teils des Verbindungsdrahtes, der mit der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche verbunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einkapseln der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche umfasst: Anordnen des Halbleiterchips in einem Gehäuse und Füllen des Gehäuses zumindest teilweise mit einem dielektrischen Material.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einkapseln der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche umfasst: Benetzen zumindest der kupferenthaltenden Oberfläche mit einem dielektrischen Material in einem Zustand geringer Viskosität.
4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst: Aushärten des dielektrischen Materials durch Anwenden von Wärme und/oder UV-Strahlung.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bereitstellen der letzten Metallisierungsschicht umfasst: Bilden der letzten Metallisierungsschicht auf der Grundlage von Kupfermaterial ohne Verwendung von Materialien auf Aluminiumbasis.
6. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Einstellen eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines dielektrischen Materials, das zum Einkapseln verwendet wird, um thermische Verspannungen auf die letzte Metallisierungsschicht zu verringern.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient zumindest eines Teils des dielektrischen Materials so angepasst ist, dass dieser im Wesentlichen einem mittleren Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Substrats entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des zumindest einen Teils im Wesentlichen mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats übereinstimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Einkapseln der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche und zumindest eines Teils des Verbindungsdrahtes, der mit der freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche verbunden ist, das Aufbringen eines Polymermaterials umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das dielektrische Material im Wesentlichen vollständig einen Innenraum des Gehäuses ausfüllt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Verbinden eines zweiten Anschlussdrahtes mit einer zweiten freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche und Einkapseln der zweiten freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche und zumindest eines Teils des zweiten Verbindungsdrahtes, der mit der zweiten freigelegten kupferenthaltenden Oberfläche verbunden ist, nach dem Einkapseln der kupferenthaltenden Oberfläche.
12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die letzte Metallisierungsschicht ein Teil eines Speicherbauelements ist.
13. Verfahren mit: Bilden eines Metallisierungssystems eines Halbleiterbauelements auf der Grundlage eines einzelnen gut leitenden Metalls, wobei das Metallisierungssystem eine letzte Metallisierungsschicht mit mehreren Metallgebieten zum Anschluss von Verbindungsdrähten aufweist; Anbringen des Halbleiterbauelements an einem Trägersubstrat, das mehrere Verbindungsflächen, die mit Anschlüssen verbunden sind, aufweist; Verbinden eines Verbindungsdrahtes mit jedem der mehreren Metallgebiete und mit jeder der mehreren Verbindungsflächen; und Passivieren zumindest der mehreren Metallgebiete mit einem dielektrischen Material.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Passivieren zumindest der mehreren Metallgebiete umfasst: Einkapseln der Metallgebiete und zumindest eines Teils jedes Verbindungsdrahts durch das dielektrische Material.
15. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Einkapseln der Verbindungsflächen umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Trägersubstrat als ein Gehäuse vorgesehen ist und wobei das Passivieren der Metallgebiete umfasst: Füllen zumindest eines Teils eines Innenraums des Gehäuses mit dem dielektrischen Material.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Innenraum des Gehäuses im Wesentlichen vollständig mit dem dielektrischen Material gefüllt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das dielektrische Material zum Versiegeln des Gehäuses verwendet wird.
19. Integrierte Schaltung mit: einem Chip mit einem Substrat und einem Metallisierungssystem, das eine letzte Metallisierungsschicht mit kupferenthaltenden Metallgebieten und Verbindungsdrähten aufweist, die mit einem Ende mit den kupferenthaltenden Gebieten verbunden sind; einem Trägersubstrat mit mehreren Verbindungsflächen, wobei die Verbindungsdrähte mit einem weiteren Ende an den Verbindungsflächen angebracht sind; und einem Füllmaterial, das die Metallgebiete und zumindest einen Teil der Verbindungsdrähte, der mit den Metallgebieten verbunden ist, einkapselt.
20. Integrierte Schaltung nach Anspruch 19, wobei die Verbindungsflächen von dem Füllmaterial eingekapselt sind.
21. Integrierte Schaltung nach Anspruch 19, wobei das Trägersubstrat ein Gehäuse ist.
22. Integrierte Schaltung nach Anspruch 21, wobei das Füllmaterial einen Innenraum des Gehäuses im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
23. Integrierte Schaltung nach Anspruch 19, wobei das Füllmaterial ein Polymermaterial umfasst.
24. Integrierte Schaltung nach Anspruch 19, wobei die integrierte Schaltung ein Speicherbauelement ist.
25. Integrierte Schaltung nach Anspruch 22, wobei das Füllmaterial als eine Abdeckung des Gehäuses dient.