DE102017012210A1

DE102017012210A1 - Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung

Info

Publication number: DE102017012210A1
Application number: DE102017012210.5A
Authority: DE
Inventors: Edmund Riedl; Ralf Otremba; Werner Reiss; Alexander Heinrich; Wu Hu Li
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Ein Verfahren zum Löten eines Leiters (150) an eine Aluminiummetallisierung (110) umfasst das Anwenden eines Halogenids mittels eines Plasmaprozesses auf eine Aluminiumoxidschicht (120) auf der Aluminiummetallisierung (110), um eine halogenierte Aluminiumoxidschicht (540) zu produzieren. Anschließend wird ein Lotmaterial (160) über der halogenierten Aluminiumoxidschicht (540) angeordnet. Der Leiter (150) wird an die Aluminiummetallisierung (110) angelötet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein die Technik des Lötens bei einer Halbleitervorrichtungsherstellung und insbesondere Aspekte des Lötens eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung.
HINTERGRUND
Lötprozesse werden in der Halbleitervorrichtungsherstellung weithin für eine Vielzahl von Zwecken, einschließlich Chipbonden, Draht-/Klammer-/Bandbonden, Vorrichtungsmontage usw., verwendet. Eine Vielzahl von Lotmaterialien, Flussmitteln und Löttechniken sind verfügbar. Lötverfahren und Lötsubstanzen können einen starken Einfluss auf Kosten, Ausbeute, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung aufweisen.
Löten von Aluminium(Al)-Metallisierungen erfordert das Anwenden von hochreaktiven Chemikalien (Flussmitteln), um die hochstabile Al₂O₃-Schicht auf Al-Metallisierungen zu entfernen. Solche hochreaktiven Chemikalien sind mit Standardhalbleiterherstellungsprozessen inkompatibel. Daher ist das Löten von Al-Oberflächen heute auf Anwendungen außerhalb der Halbleitervorrichtungsherstellung begrenzt.
KURZDARSTELLUNG
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung. Das Verfahren beinhaltet Substituieren einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung durch eine Substitutmetalloxidschicht oder eine Substitutmetalllegierungsoxidschicht. Ein Substitutmetalloxid in der Substitutmetalloxidschicht oder der Substitutmetalllegierungsoxidschicht wird wenigstens teilweise reduziert. Der Leiter wird unter Verwendung eines Lotmaterials an die Aluminiummetallisierung gelötet.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung. Das Verfahren beinhaltet Anwenden eines Flussmittelmaterials auf eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung. Ein Lotmaterial wird über der Aluminiummetallisierung angeordnet, wobei das Lotmaterial eine chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent (Gew.-%) von x Gew.-% ≤ Zn ≤ 100 Gew.-% aufweist, mit x = 10, 30, 50, 70, 90, 95 oder 100. Der Leiter wird dann an die Aluminiummetallisierung gelötet.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung. Das Verfahren beinhaltet Anwenden eines Halogenids mittels eines Plasmaprozesses auf eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung, um eine halogenierte Aluminiumoxidschicht zu produzieren. Ein Lotmaterial wird über der halogenierten Aluminiumoxidschicht angeordnet. Der Leiter wird dann an die Aluminiummetallisierung gelötet.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung betrifft eine Anordnung eines Leiters und einer Aluminiummetallisierung, die zusammengelötet sind. Die Anordnung beinhaltet eine Substitutmetallschicht oder eine Substitutmetalllegierungsschicht, die über der Aluminiummetallisierung angeordnet ist, wobei ein Substitutmetall der Substitutmetallschicht oder der Substitutmetalllegierungsschicht eines von Zn, Cr, Cu, Pb oder Sn sein kann. Die Anordnung beinhaltet ferner eine Lotschicht, die zwischen der Substitutmetallschicht oder der Substitutmetalllegierungsschicht und dem Leiter angeordnet ist.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um ein eingehenderes Verständnis von Aspekten zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und stellen einen Teil dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Aspekte der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Aspekten der Offenbarung. Andere Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile von Aspekten lassen sich ohne Weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen können entsprechende ähnliche Teile bezeichnen. Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen unten beschriebenen Beispiele von Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, es sei denn, dass das Gegenteil speziell angegeben wird.

1A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Aluminiummetallisierung und eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung veranschaulicht.
1B ist eine Querschnittsansicht, die beispielhafte Aktivierungsprozesse der Aluminiumoxidschicht aus 1A veranschaulicht.
1C ist eine Querschnittsansicht, die beispielhafte Substitutionsprozesse der Aluminiumoxidschicht aus 1A oder 1B durch eine Substitutmetalloxidschicht oder eine Substitutmetalllegierungsoxidschicht veranschaulicht.
1D ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Reduktion der Substitutmetalloxidschicht oder der Substitutmetalllegierungsoxidschicht aus 1C veranschaulicht.
1E ist eine Querschnittsansicht, die die Aluminiummetallisierung nach dem Reduktionsprozess aus 1D veranschaulicht.
1F ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Aufbringung einer Lotabscheidung über der Aluminiummetallisierung aus 1E veranschaulicht.
1G ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Platzierung eines Leiters auf der Lotabscheidung aus 1F veranschaulicht.
1H ist eine Querschnittsansicht, die beispielhaftes Löten und Kühlen des Leiters, der auf der Lotabscheidung platziert ist, gemäß 1G veranschaulicht.
1I ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Leiter veranschaulicht, der durch beispielhafte Prozesse, wie z.B. in 1A bis 1H veranschaulicht, an eine Aluminiummetallisierung gelötet ist.
2 ist ein Diagramm, das berechnete Gleichgewichtsdrücke p in Einheiten von Pa von H₂O für die Metalloxide Al₂O₃, Cr₂O₃ und ZnO in einem reduzierenden Gas aus 5% H₂ in N₂ (Formiergas) und für das Metalloxid Al₂O₃ in einem reduzierenden Gas aus CH₂O₂ in N₂ gegen die Temperatur T in Einheiten von K veranschaulicht.
3A ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Aufbringung einer Lotabscheidung über der Aluminiummetallisierung aus 1C veranschaulicht.
3B ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Platzierung eines Leiters auf der Lotabscheidung aus 3A veranschaulicht.
3C ist eine Querschnittsansicht, die beispielhaftes Löten und Kühlen des Leiters, der auf der Lotabscheidung platziert ist, gemäß 3B veranschaulicht.
3D ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Leiter veranschaulicht, der durch beispielhafte Prozesse, wie z.B. in 1A bis 1C veranschaulicht, gefolgt von beispielhaften Prozessen, wie z.B. in 3A bis 3C veranschaulicht, an eine Aluminiummetallisierung gelötet ist.
4A ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Aufbringung einer Lotpaste über der Aluminiummetallisierung aus 1A veranschaulicht.
4B ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Platzierung eines Leiters auf der Lotpaste aus 4A veranschaulicht.
4C ist eine Querschnittsansicht, die beispielhaftes Löten und Kühlen des Leiters, der auf der Lotpaste platziert ist, gemäß 4B veranschaulicht.
4D ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Leiter veranschaulicht, der durch beispielhafte Prozesse, wie z.B. in 1A veranschaulicht, gefolgt von beispielhaften Prozessen, wie z.B. in 4A bis 4C veranschaulicht, an eine Aluminiummetallisierung gelötet ist.
5A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Aluminiummetallisierung und eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung veranschaulicht.
5B ist eine Querschnittsansicht, die beispielhafte Aktivierungsprozesse der Aluminiumoxidschicht aus 1A veranschaulicht.
5C ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Aufbringung einer Lotabscheidung über der Aluminiummetallisierung aus 5B veranschaulicht.
5D ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Platzierung eines Leiters auf der Lotabscheidung aus 5C veranschaulicht.
5E ist eine Querschnittsansicht, die beispielhaftes Löten und Kühlen des Leiters, der auf der Lotabscheidung platziert ist, gemäß 5D veranschaulicht.
5F ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Leiter veranschaulicht, der durch beispielhafte Prozesse, wie z.B. in 5A bis 5E veranschaulicht, an eine Aluminiummetallisierung gelötet ist.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines Leiters und einer Aluminiummetallisierung, die zusammengelötet sind, veranschaulicht, wobei der Leiter ein Chipträger oder eine Klammer (Clip) ist und die Aluminiummetallisierung eine Chipelektrode ist.
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines Leiters und einer Aluminiummetallisierung, die zusammengelötet sind, veranschaulicht, wobei der Leiter eine Chipelektrode ist und die Aluminiummetallisierung ein Chipträger oder eine Klammer (Clip) ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen als Veranschaulichung gezeigt sind. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie, wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „obere(r/s)“, „untere(r/s)“ usw., mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zum Zweck der Veranschaulichung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Beschreibung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Begriffe „gebondet“, „angebracht“, „verbunden“, „gekoppelt“ und/oder „elektrisch verbunden/elektrisch gekoppelt“ nicht bedeuten, dass die Elemente oder Schichten direkt aneinander kontaktiert sein müssen; dazwischenliegende Elemente oder Schichten können jeweils zwischen den „gebondeten“, „angebrachten“, „verbundenen“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen bereitgestellt sein. In Übereinstimmung mit der Offenbarung können jedoch die oben genannten Begriffe optional auch die spezielle Bedeutung haben, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander kontaktiert sind, d.h., dass keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten jeweils zwischen den „gebondeten“, „angebrachten“, „verbundenen“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen bereitgestellt sind.
Ferner kann das Wort „über“, das bezüglich eines Teils, eines Elements oder einer Materialschicht verwendet wird, der/das/die „über“ einer Oberfläche gebildet oder lokalisiert ist, hier optional mit der Bedeutung verwendet werden, dass der Teil, das Element oder die Materialschicht „direkt auf“, z.B. in direktem Kontakt mit, der besagten Oberfläche lokalisiert (z.B. platziert, gebildet, abgeschieden usw.) ist. Das Wort „über“, das bezüglich eines Teils, eines Elements oder einer Materialschicht verwendet wird, der/das/die „über“ einer Oberfläche gebildet oder lokalisiert ist, können hier mit der Bedeutung verwendet werden, dass der Teil, das Element oder die Materialschicht „indirekt auf“ der besagten Oberfläche lokalisiert ist (z.B. platziert, gebildet, abgeschieden usw.), wobei ein/eine oder mehrere zusätzliche Teile, Elemente oder Schichten zwischen der besagten Oberfläche und dem Teil, dem Element oder der Materialschicht angeordnet ist/sind.
Ferner kann geometrische Terminologie, wie etwa die Wörter „senkrecht“ und „parallel“ usw., hier mit Bezug auf eine relative Orientierung von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke nicht notwendigerweise bedeuten, dass die spezifizierte geometrische Beziehung in einem perfekten geometrischen Sinn realisiert ist.
Stattdessen müssen möglicherweise Fertigungstoleranzen der beteiligten Komponenten in dieser Hinsicht berücksichtigt werden. Falls zum Beispiel zwei Oberflächen eines Verkapselungsmaterials eines Halbleitergehäuses als senkrecht (oder parallel) zueinander spezifiziert sind, kann ein tatsächlicher Winkel zwischen diesen Oberflächen von einem genauen Wert von 90 (oder 0) Grad um einen Abweichungswert abweichen, der besonders von Toleranzen abhängen kann, die typischerweise auftreten, wenn Techniken zum Fertigen einer Umhüllung, die aus dem Verkapselungsmaterial gemacht ist, angewandt werden.
Ferner bedeutet eine „Legierung aus X“ (einschließlich weiterer Komponenten Y, Z, ...), dass der Anteil von X in Gew.-% jeweils größer als der Anteil von Y in Gew.-% und der Anteil von Z in Gew.-% ist. Insbesondere kann es bedeuten, dass der Anteil von X wenigstens 50 Gew.-% beträgt.
Die Schreibweise XY verweist auf eine Legierung aus X, die wenigstens Y als eine weitere Komponente beinhaltet. Insbesondere kann sie auf eine Legierung aus X verweisen, die Y als alleinige Restkomponente beinhaltet.
Ausführungsformen von hier beschriebenen Verfahren können zum Löten von Halbleitervorrichtungen, wie etwa z.B. Halbleiterchips, mit elektrisch leitenden Elektroden an ein Aluminiumsubstrat verwendet werden. Ferner können Ausführungsformen von hier beschriebenen Verfahren zum Löten von einer Halbleitervorrichtungsaluminiummetallisierung, wie etwa z.B. Chipaluminiumelektroden, an ein Metallsubstrat verwendet werden, wobei das Metallsubstrat z.B. Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium, eine Aluminiumlegierung usw. umfassen kann oder daraus gefertigt sein kann.
Wie in der Technik bekannt ist, ist eine Aluminiummetallisierung durch eine hochstabile Al₂O₃-Schicht bedeckt. Al₂O₃ weist eine freie Bildungsenthalpie von DGf⁰ = -1582,3 kJ/mol auf. Dieses hochstabile Oxid schützt das Aluminium vor Lötangriffen mit Lotpasten, die Flussmittel enthalten, die üblicherweise beim Halbleiterlöten verwendet werden, wie etwa schwach aktivierte Flussmittel basierend auf Kolophonium oder anderen organischen Säuren, wie etwa Malonsäure oder Oxalsäure. Die hochstabile Al₂O₃-Schicht kann durch hochreaktive Chemikalien, wie etwa z.B. HCl oder HF gemischt mit H₂SO₄, entfernt werden. Jedoch können diese hochreaktiven Chemikalien in einer Halbleiterverarbeitung nicht angewandt werden.
Ferner ist eine bloße Aluminiumoberfläche aufgrund der hohen Bildungsrate von Al₂O₃ auf bloßem Aluminium nur für eine kurze Zeitperiode stabil. Dies erfordert herkömmlicherweise zusätzlich die Verwendung von stark aktivierenden Flussmitteln oder speziellen Salzgemischen, die Chlorid- und Fluoridionen enthalten. Die Beteiligung von solchen Spezies bringt jedoch ein hohes Korrosionsrisiko bei Halbleitervorrichtungen mit sich und wird daher noch nicht als in Halbleiteranwendungen möglich betrachtet.
1A bis 1I veranschaulichen Phasen von verschiedenen Ausführungsformen eines Verfahrens zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung. Unter Bezugnahme auf 1A wird eine Aluminiummetallisierung 110 durch eine Aluminiumoxidschicht 120 bedeckt. Die Aluminiumoxidschicht 120 kann Al₂O₃ umfassen oder dieses sein. Wie oben erwähnt, kann die Aluminiummetallisierung 110 z.B. eine Halbleiterchipelektrode oder ein Substrat oder ein Chipträger, wie etwa z.B. ein Leiterrahmen, oder eine Metallisierung auf einem Substrat oder einem Chipträger, wie etwa z.B. eine Metallisierung auf einer PCB (Printed Circuit Board - Leiterplatte) oder eine Metallisierung auf einem Keramiksubstrat, sein.
Des Weiteren wird angemerkt, dass die Aluminiummetallisierung 110 nicht ausschließlich aus Aluminium sein muss, sondern auch eine Aluminiumlegierung sein kann, d.h. Anteile von z.B. Si und/oder Cu und/oder Mg und/oder SiCu und/oder anderen Elementen enthalten kann. Zum Beispiel kann die Aluminiummetallisierung 110 eine AlSiCu-Legierung sein, die z.B. 0 Gew.- % ≤ Cu ≤ 5 Gew.-% und 0 Gew.-% ≤ Si ≤ 1 Gew.-% enthält. Beispielsweise kann die Aluminiummetallisierung 110 eine 98,5Al-1Si-0,5Cu-Aluminiumlegierung (d.h. 98,5 Gew.-% Al, 1 Gew.-% Si, 0,5 Gew.-% Cu) sein. Solche Aluminiumlegierungen, insbesondere AlMg, AlSi, AlCu oder AlSiCu, werden hier auch als eine „Aluminiummetallisierung“ bezeichnet.
Die Aluminiumoxidschicht 120 kann eine Dicke von mehreren nm, z.B. eine Dicke von bis zu 2 nm oder eine Dicke von bis zu 5 nm, aufweisen. Eine Aluminiumoxidschicht 120 von solcher Dicke bildet eine sehr stabile Passivierungsschicht, die nicht einfach mittels einer herkömmlichen Säurebehandlung entfernt werden kann.
Im Folgenden werden mehrere Möglichkeiten offenbart, wie die Al₂O₃-Schicht durch ein weniger stabiles Metalloxid oder Metalllegierungsoxid ohne einen ätzenden Einfluss auf die Halbleitervorrichtung (z.B. einen Halbleiterchip) zu substituieren ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Prozess des Substituierens der Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung durch eine Substitutmetall- oder eine Substitutmetalllegierungsoxidschicht eine Aktivierung umfassen. 1B veranschaulicht schematisch einige Beispiele für das Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120. Das Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120 kann eine Verringerung der Stabilität der Aluminiumoxidschicht 120 bedeuten. Insbesondere kann das Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120 vollständiges oder partielles Entfernen des Aluminiumoxids bedeuten, das zuvor gebildet worden ist. Der Prozess des Aktivierens der Aluminiumoxidschicht 120 ist ein optionaler Prozess, der in einigen Ausführungsformen weggelassen werden kann.
Eine Möglichkeit des Aktivierens der Aluminiumoxidschicht 120 kann Anwenden von HF (Flusssäure) und/oder MSA (Methanesulfonic Acid - Methansulfonsäure) auf die Aluminiumoxidschicht 120 umfassen. Beispielsweise kann reine MSA oder ein Gemisch aus HF und MSA angewandt werden. Die Anwendung von HF und/oder MSA ist durch Pfeile Ac angegeben. Beispielsweise kann ein Gemisch aus HF und MSA in wässriger Lösung direkt auf einer oberen (freiliegenden) Oberfläche 120a der Aluminiumoxidschicht 120 angeordnet werden. Fluoridionen bilden Komplexe mit der Aluminiumoxidschicht 120 an der oberen Oberfläche 120a und können schließlich auch AlF₃ bilden, das später in einer sauren Lösung aufgelöst werden kann. Das Auflösen von Al₂O₃ mit HF und/oder MSA verringert die Stabilität der Aluminium-(Al₂O₃)-Schicht 120.
Eine weitere Möglichkeit des (optionalen) Aktivierens der Aluminiumoxidschicht 120 zum Verringern ihrer Stabilität beinhaltet die Anwendung von Fluor mittels eines HF(Hochfrequenz)-Plasmaprozesses auf die Aluminiumoxidschicht 120. Ein Gemisch aus Ar- und CF₄-Gas kann in dem Plasmaprozess verwendet werden. Während dieses Prozesses wird Fluor in die Aluminiumoxidschicht 120 eingebunden. Spezieller kann die Aluminiumoxidschicht 120 während des Plasmaprozesses AlF₃ bilden. Wie oben erwähnt, weist die fluorierte Aluminiumoxidschicht 120 eine verringerte Stabilität auf und kann z.B. später aufgelöst werden.
Das obige Konzept des Anwendens von Fluor zum (optionalen) Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120 zur Verringerung ihrer Stabilität kann auf das Konzept des Einbindens von Halogeniden, z.B. F und/oder Cl und/oder Br und/oder J, zum Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120 durch Schwächen der Aluminiumoxidschicht 120 verallgemeinert werden.
Einige Möglichkeiten sind verfügbar und können z.B. auf Wunsch kombiniert werden:

(1) Plasmabehandlung von Al₂O₃ mit fluorcarbonhaltigen Plasmen, wie z.B. CHF₃-, C₂F₂-, CH₃F- oder CF₄-Gasen oder Gasgemischen, z.B. auch gemischt mit Ar und/oder He und/oder O₂ und/oder H₂ und/oder H₂O. Wieder kann F durch andere Halogenide substituiert werden.
(2) Plasmabehandlung von Al₂O₃ mit anderen Fluor- oder Chlorverbindungsplasmen, wie etwa z.B. SF₆, CHCl₃, CH₂Cl₂, CH₃Cl, CCl₃.
(3) Plasmabehandlung von Al₂O₃ mit bromierten oder iodierten organischen Molekülen, die zu der Einbindung dieser Halogene in die Al₂O₃-Schicht führt, was zu einer Schwächung dieser Schicht führt.

Während der Plasmabehandlung des Al₂O₃ mit einem halogenidbasierten Plasma bildet sich ein spezielles Gemisch aus Aluminium-Oxifluoriden aus, die weniger stabil sind und mit Standardflussmittellotpasten oder sogar unter weiter unten beschriebenen Bedingungen einem Lotdraht gelötet werden können.
Übliche Anteile von (z.B. fluorbasierten) Halogeniden in der Al₂O₃-Schicht können mit Auger-Tiefenprofilen gemessen werden. Mit Fluor als ein Beispiel wird ein F/O-Atomkonzentrationsverhältnis von z.B. etwa 0,5 an der maximalen F-Spitze über der Sputter-Zeit beobachtet. Atomkonzentrationsverhältnisse bei dem maximalen F-Anteil (oder allgemein Halogenanteil) zwischen 0,01 und 10 entlang der Al₂O₃-Schichtdicke wurden beobachtet und können aufgrund der geschwächten Al₂O₃-Schicht zum Löten von Aluminium geeignet sein. Wie weiter unten erklärt wird, kann die Behandlung (Aktivierung) von Al₂O₃ mit halogenidbasiertem Plasma auch als ein „alleinstehender“ Prozess verwendet werden, bei dem Al₂O₃ mit dem eingebundenen Halogen direkt gelötet wird. „Alleinstehend“ bedeutet hier, dass in diesem Fall möglicherweise keine Umwandlung der Al₂O₃-Schicht durch einen Prozess des Substituierens des Aluminiums durch ein anderes Metall oder eine Metalllegierung erforderlich ist.
All diese Ansätze zum Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120 (d.h. die Anwendung von HF/MSA in einer wässrigen Lösung, die Anwendung eines Ar/CF₄-Gasgemischs während eines HF-Plasmaprozesses und das Einbinden von Halogenen oder Halogeniden in die Aluminiumoxidschicht 120) können kombiniert werden. Ferner können zusätzliche Prozesse zum Vorbehandeln der Aluminiummetallisierung 110, um die Stabilität der Aluminiumoxidschicht 120 auf dieser zu schwächen, hinzugefügt werden.
Unter Bezugnahme auf 1C wird die (z.B. aktivierte) Aluminiumoxidschicht 120 dann durch eine Substitutmetalloxidschicht 130 oder eine Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 ersetzt. Diese Substitutschicht wird hier als die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 bezeichnet.
Das Substitutmetall, das zum Bilden der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 verwendet wird, kann z.B. Zn, Cr, Cu, Pb oder Sn sein. Diese Metalle können verwendet werden, um Al₂O₃ mit niedrigerer freier Bildungsenthalpie zu ersetzen. Beispielsweise sind die Bildungsenthalpien DGf⁰ von manchen Substitutmetalloxiden in der folgenden Tabelle gegeben.

Metalloxid DGf⁰ [kJ/mol]

ZnO - 300

CuO - 146

Cu₂O - 129,7

PbO - 189,93

PbO₂ - 217,33

SnO - 256,9

SnO₂ - 438,2
Diese Metalloxide können von schwach aktivierten Flussmitteln aufgelöst werden und können während des Lötens in einer reduzierenden Atmosphäre in ihren metallischen Zustand reduziert werden.
Insbesondere kann, wenn eine Substitutmetalllegierungsoxidschicht aus Zn oder Cr gebildet wird, die Substitutmetalllegierung wenigstens zwei der Elemente Zn, Cr, V und Mo beinhalten. Spezieller kann das Substitutmetall oder die Substitutmetalllegierung aus einem von Zn, Cr, ZnCr, CrZn und Legierungen von diesen einschließlich V und/oder Mo bestehen.
Das Substituieren kann Abscheiden des Substitutmetalls oder der Substitutmetalllegierung über der (z.B. zuvor aktivierten) Aluminiumoxidschicht 120 umfassen. Gemäß einer ersten Möglichkeit kann ein elektrochemischer Abscheidungsprozess verwendet werden. Dieser elektrochemische Abscheidungsprozess kann die Verwendung einer elektrochemischen Zelle beinhalten, die eine Kathode, eine Anode und eine Kammer für den Elektrolyten zwischen den Elektroden beinhaltet. Beispielsweise kann ein alkalischer Elektrolyt verwendet werden.
Im Folgenden wird Zn ohne Beschränkung der Allgemeinheit als ein Beispiel für das Substitutmetall verwendet. Jedoch schließt die Offenbarung hier analog andere Metalle oder Metalllegierungen ein, wie etwa z.B. Cr als ein Beispiel für ein Substitutmetall.
Zum Beispiel kann eine bloße Zn-Schicht über der (z.B. zuvor aktivierten) Aluminiumoxidschicht 120 abgeschieden werden. Alkalische Elektrolyten, die verwendet werden können, sind z.B. $Zn {(OH)}_{4}^{2 -}$
mit Cyanid oder ohne Cyanid. Alternativ dazu können auch saure oder neutrale Elektrolyten, wie etwa z.B. ZnSO₄- oder ZnCl₂-basierte Elektrolyten, ZnSO₄ mit ${NH}_{4}^{+},$
ZnSO₄ ohne ${NH}_{4}^{+},$
Zn²⁺ mit NH₄Cl usw., verwendet werden, um eine bloße Zn-Schicht aufzubringen.
Diese und andere bloße Zn-basierte Elektrolyten können auch Zusatzstoffe, wie etwa zum Beispiel Chromat (Cr) und/oder Vanadat (V) und/oder Molybdat (Mo), beinhalten. In diesen Fällen kann eine ZnCr- und/oder ZnV- und/oder ZnMo-Metalllegierungsschicht durch elektrochemische Abscheidung als Substitutmetalllegierung über der Aluminiumoxidschicht 120 abgeschieden werden. Für eine ZnCr- und/oder ZnV- und/oder ZnMo-Legierungsschichtabscheidung kann auch ein alkalischer Elektrolyt verwendet werden. In diesem Fall enthält der alkalische Elektrolyt Cr-Ionen und/oder V-Ionen und/oder Mo-Ionen und kann ein anormales Koabscheidungsverhalten von Cr und/oder V und/oder Mo zusammen mit Zn zeigen. Der Cr- und/oder V- und/oder Mo-Anteil der ZnCr- und/oder ZnV- und/oder ZnMo-Legierungsschicht kann gleich oder größer als 1 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-%, sein und kann gleich oder kleiner als 40 Gew.-% sein, wobei der Rest Zn und optional geringe Anteile von anderen Elementen, wie etwa z.B. Si usw., ist.
Beispielsweise kann ein Elektrolyt, der 12 g/l NaOh, 0,9 g/l Zn²⁺, 0,6 g/l Cr⁶⁺ und optional 70 ppm Si⁴⁺ beinhaltet oder daraus besteht, für die Abscheidung einer ZnCr-Legierungsschicht verwendet werden. Die ZnCr-Legierungsschicht kann sechswertiges Cr enthalten.
Die Zn-Metallschicht oder die ZnCr- und/oder ZnV- und/oder ZnMo-Metalllegierungsschicht kann eine Dicke von gleich oder mehr als 1, 5, 10, 20, 40, 60 oder 80 nm aufweisen. Die Zn-Metallschicht oder die ZnCr- und/oder ZnV- und/oder ZnMo-Metalllegierungsschicht kann eine Dicke gleich oder weniger als 100, 80, 40, 20, 10 oder 5 nm aufweisen.
Eine zweite Möglichkeit zum Abscheiden des Substitutmetalls oder der Substitutmetalllegierung über der Aluminiumoxidschicht 120 besteht darin, einen stromlosen Abscheidungsprozess zu verwenden. Ein stromloser Abscheidungsprozess kann umfassen, dass die obere Oberfläche 120a der Aluminiumoxidschicht 120 einem Elektrolyten ohne die Anwendung eines Stroms chemisch ausgesetzt wird. Beispielsweise können alle der oben erwähnten Elektrolyten verwendet werden und ist es möglich, alle Substitutmetalle oder Substitutmetalllegierungen (z.B. bloßes Zn oder ZnCr-, ZnV-, ZnMo-Legierungen) aufzubringen, die oben erwähnt sind. Das chemische Aussetzen kann z.B. durch einen Eintauchprozess der Aluminiummetallisierung 110 in die Elektrolytenzelle erhalten werden. Beispielsweise kann die Aluminiummetallisierung 110 (zusammen mit der Aluminiumoxidschicht 120 darauf) in den Elektrolyten für etwa 15 bis 60 Sekunden eingetaucht werden.
All diese oben beschriebenen beispielhaften Prozesse führen zu einer Substitution der Aluminiumoxidschicht 120 durch eine Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130. Mit der Substitution der Al₂O₃-Schicht 120 durch Abscheiden einer Zn- oder ZnCr- oder ZnV- oder ZnMo-Schicht werden jeweils die Oxide ZnO, ZnCr-Oxid, ZnV-Oxid oder ZnMo-Oxid gebildet. Mit diesen neuen Oxiden gebildet und dem Al₂O₃ verschwunden kann die Schicht, die die Aluminiumoxidschicht 120 ersetzt (d.h. die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130), während einer anschließenden Verarbeitung einfacherer reduziert werden, da ZnO oder die ZnCr-/ZnV-/ZnMo-Oxide im Vergleich zu Al₂O₃ thermodynamisch weniger stabil sind. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, kann diese Reduzierung der Stabilität das anschließende Löten auf der Aluminiummetallisierung 110 erleichtern oder bereits ermöglichen.
Es wird angemerkt, dass die Substitution der Aluminiumoxidschicht 120 durch die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 von einer strukturellen und morphologischen Änderung der Schicht begleitet wird. Spezieller kann die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 eine schwammartige, poröse, dendritische oder anderweitig inhomogene Struktur aufweisen.
Im Folgenden werden manche speziellen Beispiele für den Substitutionsprozess (optional einschließlich einer Aktivierung) beschrieben. Diese Beispiele können mit Merkmalen des Aktivierens und/oder Abscheidens, wie oben beschrieben, kombiniert werden.
Beispiel A: Eine Substitution kann eine HF/MSA-Aktivierung und einen Plattierungsprozess mit einem alkalischen Elektrolyten, das heißt eine Abscheidung einer 1 - 100 nm dicken ZnCr-Legierungsschicht, umfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Elektrolyt verwendet werden, um eine bloße Zn-Schicht aufzubringen.
Beispiel B: Anschließend an eine optionale HF/MSA-Aktivierung kann ein Cr-freier Elektrolyt, der einen Elektrolyten eines bloßen Zinkats oder eines Zinkats mit Vanadat oder Molybdat (anstelle von Chromat, siehe Beispiel A) verwendet, verwendet werden.
Beispiel C: Ein Eintauchprozess in jeden der in Beispiel A und Beispiel B erwähnten Elektrolyten kann zum Substituieren durchgeführt werden. Ein Eintauchen ist ein kurzes (z.B. 1 bis 120 s) Aussetzen der Aluminiumoxidoberfläche mit dem jeweiligen verwendeten Elektrolyten gegenüber einem von Folgendem: einer optionalen HF/MSA-Aktivierung, einer Cr-Lösung ohne Anwendung eines Stroms. Während des Eintauchens wird das Aluminiumoxid durch die jeweilige Zn- oder Zn-Legierungsschicht ersetzt.
Beispiel D: Ein Plasmaprozess (wie etwa z.B. oben beschrieben) mit einer Einbindung des substituierenden Metalls in die Aluminiumoxidschicht kann verwendet werden. Zu diesem Zweck kann ein metallorganisches Molekülgas zu dem Plasma hinzugefügt werden und als eine Quelle des Substitutionsmetalls verwendet werden, um das „weiche Substitutmetalloxid“ zu bilden.
Beispiel E: Ein Sputter-Prozess kann verwendet werden, um das Substitutmetall auf die Al₂O₃-Schicht zu sputtern, um ein gemischtes Oxid zwischen Al₂O₃ und dem Metalloxid, z.B. AlCu-Oxid oder AlZn-Oxid, zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf 1D wird die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 wenigstens teilweise reduziert. Eine erste Möglichkeit, diese Schicht wenigstens teilweise zu reduzieren, besteht darin, ein reduzierendes Gas bei angehobener Temperatur zum Reduzieren des Substitutoxids (z.B. ZnO und/oder ZnCr-Oxids und/oder ZnMo-Oxids und/oder ZnV-Oxids usw.) der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 anzuwenden. Die Anwendung eines reduzierenden Gases ist in 1D durch Pfeile Rg angegeben.
Wenn ein reduzierendes Gas angewandt wird, kann gemäß einem ersten Beispiel ein sogenanntes Formiergas, das ein Gemisch aus H₂ und einem inerten Gas, wie etwa z.B. N₂ , umfasst, als reduzierendes Gas verwendet werden. Im Folgenden wird N₂ ohne Beschränkung der Allgemeinheit als ein Beispiel für das inerte Gas verwendet.
Ein Formiergas N₂/H₂ kann eine Konzentration von H₂ in dem Bereich von 0,001% bis 10% aufweisen. Insbesondere kann ein N₂/5%H₂-Formiergas verwendet werden.
Die angehobene Temperatur des reduzierenden Gases, wenn es auf die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 angewandt wird, kann in einem Bereich zwischen 150°C und 500°C liegen. Spezieller kann die angehobene Temperatur des reduzierenden Gases Rg gleich oder kleiner als oder größer als 500°C, 450°C, 400°C, 380°C, 350°C, 330°C, 300°C, 270°C, 250°C, 220°C oder 200°C sein. Insbesondere kann eine Temperatur von 330°C ± 30°C verwendet werden.
Der Druck des reduzierenden Gases Rg kann in einem Bereich zwischen 10^-5 Pa und 10⁷ Pa liegen. Insbesondere kann ein Druck von etwa 10^-3 Pa innerhalb einer Spanne von z.B. 10^-4 Pa bis 10^-2 Pa verwendet werden. Beispielsweise wird ZnO von N₂/5%H₂ bereits bei einer Temperatur von 330°C und einem Druck von 10^-3 Pa reduziert.
Gemäß einem zweiten Beispiel kann das reduzierende Gas Rg ein Gemisch eines inerten Gases (z.B. N₂) und CH₂O₂ (Ameisensäure) umfassen. CH₂O₂ kann mit einer Konzentration in dem Bereich zwischen 0,01% und 10% in dem inerten Gas verwendet werden. Insbesondere kann eine Konzentration von 3% Ameisensäure in N₂ verwendet werden.
Ein reduzierendes Gas Rg aus N₂/CH₂O₂ kann bei Temperaturen in dem gleichen Bereich oder sogar unterhalb der Temperaturen, die für die Anwendung eines N₂/H₂-Formiergases erwähnt sind, angewandt werden. Der angewandte Druck des reduzierenden N₂/CH₂O₂-Gases Rg kann in dem gleichen Bereich wie für das N₂/H₂-Formiergas erwähnt liegen. Beispielsweise wird ZnO von N₂/CH₂O₂ sogar bei niedrigeren Temperaturen von gleich oder weniger als 250°C bei einem Druck von 10^-3 Pa reduziert.
Es ist auch möglich, ein Gemisch der oben erwähnten reduzierenden Gase Rg (d.h. ein Gemisch aus H₂ und CH₂O₂ in einem inerten Gas) in den gleichen Temperatur- und/oder Druckbereichen, wie oben erwähnt, anzuwenden.
Andere reduzierende Gase, die angewandt werden können, sind Ethanol, Aceton, Propanol, Ethen und Homologe, Ethin und Homologe oder andere flüchtige Wirkstoffe, die aktiven (reduzierenden) Wasserstoff auf der Oberfläche bilden können, was zu der Bildung von z.B. einer bloßen Metalloberfläche führt. Für diese anderen reduzierenden Gase gelten die gleichen Bereiche von Druck und/oder Temperatur wie oben erwähnt.
Die Anwendung eines reduzierenden Gases Rg zum Reduzieren des Substitutmetalloxids oder Substitutmetalllegierungsoxids in der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 kann optional durch das Anwenden eines HF(Hochfrequenz)-Plasmas oder eines Mikrowellen(MW)-Plasmas verstärkt werden. Zum Beispiel können reduzierende Gase oder Radikale auch aus einer Plasmabehandlung der weniger stabilen Metalloxide mit H₂ oder H-haltigen Gasen (z.B. CHF₃, CH₂F₂, CH₃F, CH₄ usw. oder Gasgemischen von diesen) in chemischen oder in HF-Plasmen stammen.
Spezieller veranschaulicht 2 berechnete Gleichgewichtsdrücke p in Einheiten von Pa von H₂O für verschiedene Metalloxide in den zwei oben erwähnten reduzierenden Gasen Rg gegen die Temperatur in Einheiten von K. Die Gleichgewichtsreaktionen in dem Formiergas aus H₂ in N₂ sind $\begin{matrix} {Al}_{2} O_{3} + 3 H_{2} & < = > & 2 Al + 3 H_{2} O \\ {Cr}_{2} O_{3} + 3 H_{2} & < = > & 2 Cr + 3 H_{2} O \\ ZnO + H_{2} & < = > & {Zn+H}_{2} O \end{matrix}$
und die Gleichgewichtsreaktion in dem reduzierenden Gas aus CH₂O₂ in N₂ ist ${Al}_{2} O_{3} + 3 {CH}_{2} O_{2} < = > 2Al + 3 H_{2} O + {3CO}_{2} .$
Aus 2 ist es offensichtlich, dass die Reduktion von ZnO und Cr₂O₃ in N₂/H₂ bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als die Reduktion von Al₂O₃ in N₂/H₂ möglich ist, d.h. die thermodynamische Stabilität der zuvor erwähnten Substitutmetalloxide ist wesentlich kleiner als die thermodynamische Stabilität von Aluminiumoxid. Ferner veranschaulicht 2, dass CH₂O₂ beim Reduzieren von Aluminiumoxid effektiver als H₂ ist. Obwohl die höhere Effizienz von CH₂O₂ in 2 nur für Aluminiumoxid veranschaulicht ist, gilt sie auch für die Reduktion der Substitutmetalloxide (d.h. ZnO und/oder Cr₂O₃ usw.). Ferner veranschaulicht 2, dass die Reduktion des Substitutmetalloxids bzw. der Substitutmetalloxide bereits bei Temperaturen möglich ist, die leicht während einer Halbleiterverarbeitung angewandt werden können.
Unter Bezugnahme auf 1E erzeugt eine Reduktion des Substitutmetallotelloxids bzw. der Substitutmetalloxide in der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 die (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140. Diese (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 wird kein ZnO und/oder andere Oxide des Substitutmetalls bzw. der Substitutmetalle mehr enthalten. Wie weiter unten beschrieben wird, kann die Reduktion durch z.B. eine Verwendung eines reduzierenden Gases Rg Löten der Aluminiummetallisierung 110 ohne die Verwendung von stark aktivierenden Flussmitteln oder sogar ohne die Verwendung von jeglichen Flussmitteln ermöglichen. Außerdem ermöglicht dies das Löten der Aluminiummetallisierung 110 allgemein mit einem minimalen Einfluss eines ätzenden Angriffs während der Aktivierungs/Substitutions-Behandlung, da die Aktivierung des Aluminiums mittels Auflösen des Al₂O₃ während z.B. einer elektrochemischen Abscheidung des Substitutionsmetalls (z.B. Zn oder Zn-Legierung) stattfindet. Der Angriff und die Substitution des Al₂O₃ durch das „weiche Metalloxid“ werden in diesem Fall zusätzlich durch den Abscheidungsstrom an der Kathode unterstützt.
1F bis 1I veranschaulichen Phasen eines beispielhaften Prozesses des Lötens eines Leiters 150 an die Aluminiummetallisierung 110, wenn sie durch eine (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140, wie durch z.B. den Reduktionsprozess aus 1D produziert, bedeckt ist.
Gemäß 1F wird eine Lotabscheidung 160 über der Aluminiummetallisierung 110 angeordnet. Spezieller wird die Lotabscheidung 160 auf die (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 aufgebracht.
Das Aufbringen der Lotabscheidung 160 kann durch Standardlotanbringungsprozesse durchgeführt werden. Die Lotabscheidung 160 umfasst ein Lotmaterial und kann ein Flussmittel umfassen. Das Lotmaterial kann z.B. Pb enthalten. Beispielsweise kann ein PbSnAg-Lot verwendet werden. Beispielsweise kann ein 95,5Pb-2Sn-2,5Ag-Lot (d.h. ein Lot mit einer Zusammensetzung aus 95,5 Gew.-% Pb, 2 Gew.-% Sn und 2,5 Gew.-% Ag) oder ein SnAgCu-Lot oder ein Sb-Sn-Lot oder ein beliebiges anderes Standardlot, das herkömmlicherweise für ein Halbleiterchiplöten verwendet wird, verwendet werden.
Das Löten an die Aluminiummetallisierung 110 wird mit Metallen vorgenommen, die als ein Anteil in dem Lotmaterial enthalten sind und die mit Aluminium durch Bilden von intermetallischen Phasen reagieren. Metalle, die eine Reaktion mit Aluminium erfahren, sind z.B. Cu, Ni, Ti, V, Zn, Fe, Ta und/oder W (Sn jedoch erfährt keine Reaktion mit Aluminium). Diese Metalle (d.h. das bzw. die Metall(e), das bzw. die (eine) intermetallische Phase(n) mit Aluminium bildet bzw. bilden) können auf verschiedenen Wegen bereitgestellt werden:
Gemäß einer Möglichkeit kann bzw. können dieses bzw. diese Metall(e) als ein Anteil in dem Material des Leiters 150 (d.h. des Lötpartners), z.B. einer Klammer (Clip), enthalten sein. Gemäß einer anderen Möglichkeit kann bzw. können das bzw. die Metall(e) in dem Lotmaterial als ein Gemisch legiert sein. Ferner ist es möglich, dass das bzw. die Metall(e) durch metallische Teilchen in dem Lotmaterial bereitgestellt ist bzw. sind. Das bzw. die Metall(e) kann bzw. können mittels einer Plattierung des Metalls auf einen Lotdraht oder durch Bereitstellen des Metalls bzw. der Metalle in der Form von metallorganischen Molekülen als ein Teil des Flussmittels bereitgestellt werden.
Die oben erwähnten Möglichkeiten dafür, wie das bzw. die Metall(e) für die intermetallische(n) Phase(n) aufzubringen sind, können kombiniert werden. Beispielsweise kann die Zusammensetzung des Lotmaterials einen Anteil eines Metalls enthalten, das den Leiter 150 bildet oder in diesem enthalten ist. Falls der Leiter 150 eine Oberfläche aufweist, die der Lotabscheidung 160 zugewandt ist, die z.B. Cu, Ni, Cu/Ni, NiP, Ni/NiP oder Legierungen von diesen umfasst oder daraus besteht, kann das Lotmaterial auch einen Anteil von Cu, Ni, Cu/Ni, NiP, Ni/NiP oder Legierungen von diesen enthalten.
Als ein weiteres Beispiel wurden ein 95,5Pb-2Sn-2,5Ag-Lot und ein Leiter 150 (z.B. eine Klammer (Clip)), der aus Cu und einer Cu-Fe-P-Legierung besteht, verwendet.
Ein schwach aktivierendes Standardflussmittel (das nicht allzu ätzend ist) oder keine Flussmittel können in dem Lötprozess verwendet werden. Insbesondere müssen keine stark aktivierenden Flussmittel, wie etwa Flussmittel, die für eine Al₂O₃-Reduktion vorgesehen sind, verwendet werden. Vielmehr wurde die Aktivierung der Aluminiummetallisierung 110 durch Auflösen der Aluminiumoxidschicht 120 während der elektrochemischen oder stromlosen Abscheidung des Substitutmetalls oder der Substitutmetalllegierung auf der Aluminiumoxidschicht 120 erreicht, siehe 1B. Die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsabscheidungsaktivierung weist eine minimale Auswirkung eines ätzenden Angriffs auf und ermöglicht daher das Löten auf die Aluminiummetallisierung 110 in einer Halbleitervorrichtungsherstellung, wie hier erwogen wird.
Das Aufbringen der Lotabscheidung 160 kann in einem (nicht gezeigten) Vakuumlötofen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Lotabscheidung 160 in Form einer Lotpaste über der Aluminiummetallisierung 110 abgegeben werden.
Es wird angemerkt, dass das Aufbringen der Lotabscheidung 160 (siehe 1F) und der zuvor erwähnte Prozess des Reduzierens des Substitutmetalloxids bzw. der Substitutmetalloxide in ein und demselben Lötofen erreicht werden können. Insbesondere kann der Lötprozess in der Atmosphäre des reduzierenden Gases Rg durchgeführt werden, das für den Oxidreduktionsprozess verwendet wird. Allgemein kann, wenn ein reduzierendes Gas Rg verwendet wird, der Prozess des wenigstens partiellen oder vollständigen Reduzierens des Substitutmetalloxids bzw. der Substitutmetalloxide in der Substitutmetalloxid- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 vor dem oder während des Prozesses des Lötens des Leiters an die Aluminiummetallisierung 110 durchgeführt werden.
1G veranschaulicht die Platzierung des Leiters 150 an der flüssigen Lotabscheidung 160. Die Lotabscheidung 160 kann dann auf z.B. 50°C bis 80°C abkühlen und verfestigt sich während dieses Prozesses (1H).
1I veranschaulicht eine Anordnung 100, die den Leiter 150 umfasst, der durch eine verfestigte Lotschicht 160' an die Aluminiummetallisierung 110 gebondet ist. Die verfestigte Lotschicht 160' kann die (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 direkt kontaktieren. Auf diese Weise wird der Leiter 150 mechanisch an der Aluminiummetallisierung 110 fixiert und elektrisch mit dieser verbunden.
Gemäß einer zweiten Möglichkeit, um die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 wenigstens teilweise zu reduzieren, kann der Prozess des Reduzierens des Substitutmetalloxids bzw. der Substitutmetalloxide durch die Anwendung eines reduzierenden Gases Rg (1D) weggelassen werden. Vielmehr kann die Reduktion des Substitutmetalloxids bzw. der Substitutmetalloxide während des anschließenden Lötprozesses durchgeführt werden. Dieser Prozess wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3A bis 3D beispielhaft beschrieben.
In diesem Fall wird gemäß 3A die Lotabscheidung 160 auf die Aluminiummetallisierung 110 aufgebracht. Spezieller wird die Lotabscheidung 160 jedoch auf die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 (aus 1C) statt auf die (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 aus 1E aufgebracht. Das heißt, es wurde keine Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidreduktion (1D) durchgeführt.
Das Aufbringen der Lotabscheidung 160 kann mittels Standardlotanbringungsprozessen durchgeführt werden. Die Lotabscheidung 160 umfasst ein Lotmaterial und kann ein Flussmittel umfassen. Das Lotmaterial kann z.B. Pb enthalten. Insbesondere könnte das gleiche PbSnAg-Lot, wie oben in Verbindung mit 1F erwähnt, verwendet werden.
Beispielsweise kann ein 95,5Pb-2Sn-2,5Ag-Lot (d.h. ein Lot mit einer Zusammensetzung aus 95,5 Gew.-% Pb, 2 Gew.-% Sn und 2,5 Gew.-% Ag) oder ein SnAgCu-Lot oder ein Sb-Sn-Lot oder ein beliebiges anderes Standardlot und schwach aktiviertes Standardflussmittel, die herkömmlicherweise für ein Halbleiterchiplöten verwendet werden, verwendet werden. Übliche, beim Halbleiterlöten verwendete Flussmittel, die auch hier verwendet werden können, sind schwach aktiviert und basieren auf Kolophonium (Rosin) oder anderen organischen Säuren, wie etwa Malonsäure oder Oxalsäure. Löten kann auch als ein lotdraht- oder lotformteilbasierter Lötprozess entweder mit einem Flussmittel oder in einer reduzierenden Atmosphäre vorgenommen werden.
Ferner können die gleichen Zusammensetzungen des Lotmaterials und/oder Zusammensetzungen des Leiters 150, wie oben im Zusammenhang mit Bilden einer intermetallischen Phase erwähnt, verwendet werden. Das Lotmaterial kann einen Anteil eines Metalls enthalten, das den Leiter 150 bildet oder in diesem enthalten ist. Es wird Bezug auf die entsprechende Offenbarung oben genommen.
Das Aufbringen der Lotabscheidung 160 kann in einem (nicht gezeigten) Vakuumlötofen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Lotabscheidung 160 in Form einer Lotpaste über der Aluminiummetallisierung 110 abgegeben werden.
Schwach aktivierende Standardflussmittel zum Halbleitervorrichtungslöten (d.h. Flussmittel, die nicht allzu ätzend sind) können in dem Lötprozess verwendet werden. Insbesondere müssen keine stark aktivierenden Flussmittel verwendet werden. Wie bereits oben beschrieben und darauf in diesem Zusammenhang verwiesen wurde, wurde die Aktivierung der Aluminiummetallisierung 110 durch Auflösen der Aluminiumoxidschicht 120 während der vorausgehenden Verarbeitung durchgeführt (d.h., wurde während der elektrochemischen oder stromlosen Abscheidung des Substitutmetalls oder der Substitutmetalllegierung auf der Aluminiumoxidschicht 120 durchgeführt, siehe 1B).
Das bzw. die Substitutmetalloxid(e) (z.B. ZnO und/oder Cr₂O₃ usw.) werden durch direkten Kontakt der Lotabscheidung 160 mit der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 reduziert. Spezieller wird ein (oxidreduziertes) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschichtgebiet 140_1 mit z.B. der gleichen Zusammensetzung wie die (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 aus 1E aus der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 in einem Gebiet erzeugt, wo die Lotabscheidung 160 die Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 kontaktiert oder mit dieser überlappt. Lateral außerhalb des überlappenden Gebiets werden die Substitutmetalloxide der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 nicht reduziert, d.h. das (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschichtgebiet 140_1 kann von einem unveränderten Gebiet 130_1 der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 umgeben sein (3B).
3B veranschaulicht ferner die Platzierung des Leiters 150 an der flüssigen Lotabscheidung 160. Die Lotabscheidung 160 kann dann auf z.B. 50°C bis 80°C abkühlen und verfestigt sich während dieses Prozesses, wie in Verbindung mit 1H beschrieben ist.
3C und 3D entsprechen jeweils 1H und 1I und es wird hier auf die Beschreibung oben verwiesen, um eine ständige Wiederholung zu vermeiden. Mit dem Leiter 150 durch die verfestigte Lotschicht 160' mechanisch an der Aluminiummetallisierung 110 fixiert und elektrisch mit dieser verbunden bleibt der Unterschied zwischen den in 1D bis 1I (gesamte Oxidreduktion durch Anwenden eines reduzierenden Gases Rg) und in 3A bis 3D (lokalisierte Oxidreduktion durch Kontaktieren mit der Lotabscheidung 160) gezeigten Prozessen in der fertigen Anordnung 300 durch die Bereitstellung des unveränderten Gebiets 130_1 der Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht 130 detektierbar. Das heißt, das (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschichtgebiet 140_1 ist auf ein Gebiet der gleichen Form wie die verfestigte Lotschicht 160' begrenzt und von dem unveränderten Gebiet 130_1 der Substitutmetalloxid- oder Substitutmetalllegierungsoxidschicht umgeben. Die verfestigte Lotschicht 160' kann das (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschichtgebiet 140_1 direkt kontaktieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung wird, wie beispielsweise in 4A bis 4D veranschaulicht, keine Aufbereitung oder Aktivierung der Aluminiumoxidschicht 120 auf der Aluminiummetallisierung 110 benötigt. Stattdessen kann ein Entfernen des Aluminiumoxids durch Anwenden eines Flussmittelmaterials auf die Aluminiumoxidschicht 120 auf der Aluminiummetallisierung 110 und durch Anordnen eines Lotmaterials über der Aluminiummetallisierung erzielt werden, wobei das Lotmaterial einen wesentlichen Anteil von Zn aufweist. Spezieller kann die chemische Zusammensetzung des Lotmaterials x Gew.-% ≤ Zn ≤ 100 Gew.-% sein, mit x = 10, 30, 50, 70, 90, 95 oder 100.
Der Rest der chemischen Zusammensetzung des Lotmaterials kann Al und/oder Cu und/oder Ni und/oder Ti und/oder optional Restkomponenten, wie oben erwähnt, enthalten. Insbesondere kann ein Lotmaterial, das hauptsächlich oder ausschließlich aus Zn und Al besteht (d.h. ZnAl oder ALZn oder eine Legierung von diesen mit der obigen Zusammensetzung), verwendet werden. Je höher der Zn-Anteil ist, desto effektiver ist das Lotmaterial beim Entfernen des Aluminiumoxids von der Aluminiummetallisierung, d.h. beim Reduzieren des Aluminiumoxids während des Lötens zusammen mit dem Flussmittelmaterial.
Um jegliche halogenidkatalysierte Korrosion zu verhindern, werden andere Moleküle hinzugefügt, um das Al₂O₃ effektiv aufzulösen. Eine erste Möglichkeit besteht darin, Silicate, z.B. spezielle Silicate, wie etwa Zeolithe, zu dem Flussmittelmaterial hinzuzufügen. Beispielsweise können Silicate (oder Zeolithe) in dem Konzentrationsbereich von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-% in Bezug auf den Flussmittelanteil hinzugefügt werden. Silicate (oder Zeolithe) sind dabei wirksam, die ätzende Auswirkung des Flussmittelmaterials zu verringern.
Zum Beispiel kann das Flussmittelmaterial ein Gemisch aus wenigstens einem Flussmittel und einem Silicat (Zeolith) sein, wobei das Flussmittelmaterial eine chemische Zusammensetzung von x Gew.-% ≤ Silicat und/oder Silicat ≤ x Gew.-% aufweist, mit x = 0,1, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 6,0 oder 8,0. Der Rest der chemischen Zusammensetzung des Flussmittelmaterials kann ein (stark aktiviertes) Flussmittel sein, das zum Reduzieren von Al₂O₃ in der Lage ist.
Eine weitere Möglichkeit zum Verringern der ätzenden Auswirkung mittels Halogeniden ist das Hinzufügen von Kronenether zu dem Flussmittel. Beispielsweise kann Kronenether in dem Konzentrationsbereich von 0,01 Gew.-% bis 50 Gew.-% in Bezug auf den Flussmittelanteil hinzugefügt werden. Beispielsweise kann das Flussmittelmaterial ein Gemisch aus wenigstens einem Flussmittel und einem Kronenether sein, wobei das Flussmittelmaterial eine chemische Zusammensetzung von x Gew.-% ≤ Kronenether und/oder Kronenether ≤ x Gew.-% aufweist, mit x = 0,1, 0,5, 1, 5, 10, 20, 30 oder 40. Der Rest der chemischen Zusammensetzung des Flussmittelmaterials kann ein (stark aktiviertes) Flussmittel sein, das zum Reduzieren von Al₂O₃ in der Lage ist.
Beide Maßnahmen zum Reduzieren der ätzenden Auswirkung des Flussmittelmaterials (d.h. das Hinzufügen von Silicaten (z.B. Zeolithen) und das Hinzufügen von Kronenethern zu dem Flussmittel) können kombiniert werden. Silicate (z.B. Zeolithe) und/oder Kronenether können zum Minimieren von Korrosion nützlich sein, da sie Anionen und Kationen während des und nach dem Lötprozess einfangen können. Ferner können neben Silicaten und Kronenethern andere Aluminiumkomplexbildner zu dem Flussmittel in dem Konzentrationsbereich von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-% in Bezug auf den Flussmittelanteil hinzugefügt werden.
Die Reduktion der ätzenden Auswirkung des Flussmittelmaterials durch z.B. eine oder mehrere der obigen Maßnahmen ermöglicht es, stark aktivierende Flussmittel in dem Flussmittelmaterial zum Halbleitervorrichtungslöten zu verwenden.
Unter Bezugnahme auf 4A wird eine Lotpaste 460 über der Aluminiummetallisierung 110 angeordnet. Die Aluminiummetallisierung 110 umfasst immer noch die Aluminiumoxidschicht 120. Die gleichen Aufbringungs-/Abgabeprozesse wie in Verbindung mit 1F beschrieben können angewandt werden. Das Flussmittelmaterial und das Lotmaterial können z.B. bereits vor dem Aufbringen zusammengemischt sein, so dass sie die Lotpaste 460 bilden. Das Lotmaterial kann eine Zusammensetzung wie oben angegeben aufweisen und das Flussmittelmaterial kann eine Zusammensetzung wie oben angegeben aufweisen.
Während des oder nach dem Aufbringen wird die Lotpaste 460 erwärmt und wird der Leiter 150 auf der Lotpaste 460 platziert (4B). Ähnliche Prozesse wie in Verbindung mit 3A und 3B beschrieben können angewandt werden und es wird auf die obige Offenbarung Bezug genommen. Insbesondere kann der Lötprozess durch das Anwenden eines reduzierenden Gases und/oder durch die Anwendung eines HF-Plasmas, wie in Verbindung mit 1D bis 1G beschrieben, unterstützt werden. Wie oben beschrieben, können das Platzieren des Leiters 150 (4B) und das Löten (4C) z.B. in einem (nicht gezeigten) Tunnelofen durchgeführt werden.
Immer noch unter Bezugnahme auf 4B wird das Aluminiumoxid der Aluminiumoxidschicht 120 durch direkten Kontakt der Lotpaste 460 mit der Aluminiumoxidschicht 120 reduziert. Spezieller wird ein (oxidreduziertes) Aluminiumgebiet 420_1 aus der Aluminiumoxidschicht 120 in einem Gebiet erzeugt, wo die Lotpaste 460 die Aluminiumoxidschicht 120 kontaktiert oder mit dieser überlappt. Lateral außerhalb des überlappenden Gebiets wird die Aluminiumoxidschicht 120 nicht reduziert, d.h. das (oxidreduzierte) Aluminiumgebiet 420_1 kann von einem unveränderten Gebiet 120_1 der Aluminiumoxidschicht 120 umgeben sein (4B).
Die Aluminiummetallisierung 110 kann aus bloßem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, wie oben beschrieben ist. Insbesondere kann eine 98,5Al-0,5Cu-1Si- oder 99Al-1Si-Vorderseitenmetallisierung verwendet werden. Der an die Aluminiummetallisierung 110 zu lötende Leiter 150 kann die gleichen Materialien wie oben erwähnt, z.B. Cu, Ni, Cu/Ni, NiP, Ni/NiP oder Legierungen von diesen, umfassen oder daraus bestehen. Diese Substanzen verweisen auf die Zusammensetzung des Oberflächengebiets des Leiters 150, das im Endeffekt das Material bereitstellt, das zu der intermetallischen Verbindung beiträgt, die während des Lötens erzeugt wird. Die intermetallische Verbindung wird während des Lötens durch die Reaktion des Lotmaterials mit dem Oberflächengebiet des Leiters und der Aluminiummetallisierung 110 (oder spezieller dem (oxidreduzierten) Aluminiumgebiet 420_1) erzeugt.
Dann wird die Lotpaste 460 abgekühlt, so dass sie sich verfestigt und eine mechanische und elektrische Verbindung bereitstellt. Es wird Bezug auf die Beschreibung von 1H, 1I und 3C, 3D genommen, die identisch auf die jeweils durch 4C und 4D veranschaulichten Prozesse angewandt werden kann, mit der Ausnahme, dass kein(e) dazwischenliegende(s) (oxidreduzierte) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 (siehe 1H, 1I) oder (oxidreduziertes) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschichtgebiet 140_1 (3C, 3D) zwischen der verfestigten Lotpaste 460' und der Aluminiummetallisierung 110 bereitgestellt wird. Stattdessen kann sich die verfestigte Lotpaste 460' (mittels des (oxidreduzierten) Aluminiumgebiets 420_1 mit einer Dicke von nur wenigen nm) direkt mit der Aluminiummetallisierung 110 verbinden.
4D ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Anordnung 400, die den Leiter 150 veranschaulicht, der durch beispielhafte Prozesse, wie z.B. in 1A veranschaulicht, gefolgt von beispielhaften Prozessen, wie z.B. in 4A bis 4C veranschaulicht, an die Aluminiummetallisierung 110 gelötet ist.
5A bis 5F veranschaulichen Phasen von verschiedenen Ausführungsformen eines Verfahrens zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung. Gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung wird keine Umwandlung der Al₂O₃-Schicht durch einen Prozess des Substituierens des Aluminiums durch ein anderes Metall oder eine Metalllegierung, wie für den ersten Aspekt der Offenbarung beschrieben, benötigt.
Unter Bezugnahme auf 5A wird eine Aluminiummetallisierung 110 durch eine Aluminiumoxidschicht 120 bedeckt. Es wird auf die Beschreibung von 1A Bezug genommen, um eine ständige Wiederholung zu vermeiden.
5B veranschaulicht schematisch einige Beispiele für das Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120. Das Aktivieren der Aluminiumoxidschicht 120 kann eine Verringerung der Stabilität der Aluminiumoxidschicht 120 bedeuten. Hier wird die Aktivierung der Aluminiumoxidschicht 120 durch Anwenden eines Halogenids mittels eines Plasmaprozesses auf die Aluminiumoxidschicht 120 auf der Aluminiummetallisierung 110 durchgeführt, um eine halogenierte Aluminiumoxidschicht 540 zu produzieren (siehe 5C). Das heißt, die Aktivierung (AC) der Aluminiumoxidschicht 120 zum Verringern ihrer Stabilität kann durch Einbinden von Halogeniden, z.B. F und/oder Cl und/oder Br und/oder I, erreicht werden.
Einige Möglichkeiten sind verfügbar und können z.B. auf Wunsch kombiniert werden:

Während der Plasmabehandlung des Al₂O₃ mit einem halogenidbasierten Plasma bildet sich ein spezielles Gemisch aus Aluminium-Oxifluoriden aus, die weniger stabil sind und mit Standardflussmittellotpasten oder sogar einem Lotdraht gelötet werden können. Standardflussmittellotpasten können Lotpasten sein, die Flussmittel enthalten, die üblicherweise beim Halbleiterlöten verwendet werden, wie etwa schwach aktivierte Flussmittel basierend auf Kolophonium oder anderen organischen Säuren, wie etwa Malonsäure oder Oxalsäure.
Wie bereits erwähnt, können übliche Anteile von (z.B. fluorbasierten) Halogeniden in der Al₂O₃-Schicht mit Auger-Tiefenprofilen gemessen werden. Mit Fluor als ein Beispiel wird ein F/O-Atomkonzentrationsverhältnis von z.B. etwa 0,5 an der maximalen F-Spitze über der Sputter-Zeit beobachtet. Atomkonzentrationsverhältnisse bei dem maximalen F-Anteil (oder allgemein Halogenanteil) zwischen 0,01 und 10 entlang der Al₂O₃-Schichtdicke wurden beobachtet und können aufgrund der geschwächten Al₂O₃-Schicht zum Löten von Aluminium geeignet sein.
Im Gegensatz zu der (optionalen) Aktivierung, wie in Verbindung mit 1B beschrieben, wird die Behandlung (Aktivierung) des Al₂O₃ mit einem halogenidbasierten Plasma gemäß dem dritten Aspekt der Offenbarung als ein „alleinstehender“ Prozess verwendet. „Alleinstehend“ bedeutet hier, dass keine Umwandlung der Al₂O₃-Schicht durch einen Prozess des Substituierens des Aluminiums durch ein anderes Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird. Stattdessen wird die halogenierte Aluminiumoxidschicht 540 (d.h. die Al₂O₃-Schicht mit dem eingebundenen Halogen) direkt gelötet.
5C bis 5F veranschaulichen Phasen eines beispielhaften Prozesses des Lötens eines Leiters 150 an die Aluminiummetallisierung 110 zum Herstellen einer Anordnung 500. Außer der Ersetzung der (oxidreduzierten) Substitutmetall- oder Substitutmetalllegierungsschicht 140 durch die halogenierte Aluminiumoxidschicht 540, entsprechen 5C bis 5F jeweils den 1F bis 1I und es wird hier auf die obige Beschreibung Bezug genommen, um ständige Wiederholungen zu vermeiden.
Allgemein kann das Löten auf Aluminiumchipmetallisierungen (Chipelektroden) und/oder auf Aluminiumleitern, wie etwa z.B. Chipträgern und/oder Klammern, vorgenommen werden. 6 veranschaulicht eine beispielhafte Anordnung 600 eines Leiters 150 und einer Aluminiummetallisierung 110, die zusammengelötet sind. Bei diesem Beispiel wird die Aluminiummetallisierung 110 durch eine erste Elektrode 611 eines Halbleiterchips 610 gebildet und wird der Leiter 150 durch einen Chipträger 620, z.B. einen Leiterrahmen, gebildet. Der Halbleiterchip 610 kann z.B. eine Leistungsvorrichtung mit z.B. einer vertikalen Struktur sein. Die erste Elektrode 611 des Halbleiterchips 610 kann z.B. entweder eine Drain-Elektrode (Drain-Down-Orientierung) des Halbleiterchips 610 oder eine Source-Elektrode (Source-Down-Orientierung) des Halbleiterchips 610 sein.
Weiter unter Bezugnahme auf 6 kann der an die Aluminiummetallisierung 110 zu lötende Leiter 150 eine Klammer (Clip) 630 sein und kann die Aluminiummetallisierung 110 wieder eine Chipelektrode, z.B. eine zweite Chipelektrode 612, sein. Die zweite Chipelektrode 612 kann eine Source-Elektrode (Drain-Down-Orientierung) oder eine Drain-Elektrode (Source-Down-Orientierung) des Halbleiterchips 610 sein.
Löten des Chipträgers 620 (150) und/oder Löten der Klammer (Clip) 630 (150) des Halbleiterchips 610 können aufeinanderfolgend oder gleichzeitig erreicht werden. Beliebige der oben erwähnten Prozesse, Materialien, Techniken usw. können angewandt werden. Insbesondere können alle oben beschriebenen Anordnungen 100, 300, 400, 500 zum Löten eines Leiters 150 an eine Aluminiummetallisierung 110 in der Anordnung 500 zum Löten des Chipträgers 620 (150) und/oder zum Löten der Klammer (Clip) 630 (150) der Elektroden 611 (110) und/oder 612 (110) des Halbleiterchips 610 angewandt werden.
Gemäß einer in 7 dargestellten weiteren Möglichkeit kann eine beispielhafte Anordnung 700 Chipelektroden 611 und/oder 612 beinhalten, die den Leiter 150 repräsentieren und die z.B. aus einem oder mehreren der oben erwähnten Materialien des Leiters 150 gefertigt sind. In diesem Fall stellt der Chipträger 620, wie etwa z.B. ein Leiterrahmen, die Aluminiummetallisierung 110 bereit und/oder stellt die Klammer (Clip) 630 die Aluminiummetallisierung 110 bereit. Wieder sind Source-Down- oder Drain-Down-Orientierungen möglich und können beide Halbleiterelektroden 611 und 512 anschließend oder gleichzeitig an den Chipträger 620 (110) und an die Klammer (Clip) 630 (110) gelötet werden. Insbesondere können alle oben beschriebenen Anordnungen 100, 300, 400, 500 zum Löten eines Leiters 150 an eine Aluminiummetallisierung 110 in der Anordnung 700 zum Löten des Chipträgers 620 (110) und/oder zum Löten der Klammer (Clip) 630 (110) der Elektroden 611 (150) und/oder 612 (150) des Halbleiterchips 610 angewandt werden.
Im Folgenden werden weitere Beispiele beschrieben:
Ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung nach einem ersten Beispiel umfasst: ein Substituieren einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung durch eine Substitutmetalloxidschicht oder eine Substitutmetalllegierungsoxidschicht; ein wenigstens partielles Reduzieren eines Substitutmetalloxids in der Substitutmetalloxidschicht oder in der Substitutmetalllegierungsoxidschicht; und ein Löten des Leiters an die Aluminiummetallisierung unter Verwendung eines Lotmaterials.
Nach Beispiel 2 kann der Gegenstand des Beispiels 1 umfassen, dass ein Substitutmetall der Substitutmetalloxidschicht eines von Zn, Cr, Cu, Pb und Sn ist.
Nach Beispiel 3 kann der Gegenstand des Beispiels 2 umfassen, dass das Substituieren Abscheiden des Substitutmetalls über der Aluminiumoxidschicht durch einen elektrochemischen Abscheidungsprozess oder durch einen stromlosen Abscheidungsprozess umfasst.
Nach Beispiel 4 kann der Gegenstand des Beispiels 1 umfassen, dass eine Substitutmetalllegierung der Substitutmetalllegierungsoxidschicht wenigstens zwei der Elemente Zn, Cr, V, Cu, Pb, Sn und Mo umfasst.
Nach Beispiel 5 kann der Gegenstand des Beispiels 4 umfassen, dass das Substituieren Abscheiden der Substitutmetalllegierung über der Aluminiumoxidschicht durch einen elektrochemischen Abscheidungsprozess oder durch einen stromlosen Abscheidungsprozess umfasst.
Nach Beispiel 6 kann der Gegenstand einer der vorhergehenden Beispiele umfassen, dass das Substituieren Anwenden von Flusssäure (HF: Hydrofluoric Acid) und/oder Methanesulfonsäure (MSA: Methanesulfonic Acid) auf die Aluminiumoxidschicht umfasst.
Nach Beispiel 7 kann der Gegenstand einer der vorhergehenden Beispiele umfassen, dass das Substituieren Anwenden eines Halogenids mittels eines Plasmaprozesses auf die Aluminiumoxidschicht umfasst.
Nach Beispiel 8 kann der Gegenstand einer der vorhergehenden Beispiele umfassen, dass das wenigstens partielle Reduzieren Anwenden eines reduzierenden Gases bei angehobener Temperatur auf die Substitutmetalloxidschicht oder die Substitutmetalllegierungsoxidschicht umfasst.
Nach Beispiel 9 kann der Gegenstand des Beispiels umfassen, dass das reduzierende Gas H₂ und/oder CH₂O₂ und/oder Ethanol und/oder Propanol und/oder Aceton umfasst.
Nach Beispiel 10 kann der Gegenstand des Beispiels 8 oder 9 umfassen, dass die angehobene Temperatur gleich oder kleiner als 500°C, 450°C, 400°C, 380°C, 350°C, 330°C, 300°C, 270°C, 250°C, 220°C oder 200°C ist.
Nach Beispiel 11 kann der Gegenstand einer der vorhergehenden Beispiele umfassen, dass das wenigstens partielle Reduzieren Anwenden eines schwach aktivierenden Flussmittels während des Lötens des Leiters an die Aluminiummetallisierung umfasst.
Ein Beispiel 12 umfasst ein Anwenden eines Flussmittelmaterials auf eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung; ein Anordnen eines Lotmaterials über der Aluminiummetallisierung, wobei das Lotmaterial eine chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent von x Gew.-% ≤ Zn ≤ 100 Gew.-% aufweist, mit x = 10, 30, 50, 70, 90, 95 oder 100; und ein Löten des Leiters an die Aluminiummetallisierung.
Nach Beispiel 13 kann der Gegenstand des Beispiels 12 umfassen, dass x < 100 gilt und der Rest der chemischen Zusammensetzung des Lotmaterials Al und/oder Cu und/oder Ni und/oder Ti enthält.
Nach Beispiel 14 kann der Gegenstand eines der Beispiele 12 oder 13 umfassen, dass das Flussmittelmaterial ein Gemisch aus wenigstens einem Flussmittel und einem Silicat ist, wobei das Flussmittelmaterial eine chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent von x Gew.-% ≤ Silicat ≤ 10 Gew.-% aufweist, mit x = 0,01, 0,1, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 6,0 oder 8,0.
Nach Beispiel 15 kann der Gegenstand eines der Beispiele 12 bis 14 umfassen, dass das Flussmittelmaterial ein Gemisch aus wenigstens einem Flussmittel und einem Kronenether ist, wobei das Flussmittelmaterial eine chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent von x Gew.-% ≤ Kronenether ≤ 50 Gew.-% aufweist, mit x = 0,01, 0,1, 0,5, 1, 5, 10, 20, 30 oder 40.
Ein Beispiel 16 zum Löten eines Leiters an eine Aluminiummetallisierung umfasst ein Anwenden eines Halogenids mittels eines Plasmaprozesses auf eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiummetallisierung, um eine halogenierte Aluminiumoxidschicht zu produzieren; ein Anordnen eines Lotmaterials über der halogenierten Aluminiumoxidschicht; und ein Löten des Leiters an die Aluminiummetallisierung.
Nach Beispiel 17 kann der Gegenstand des Beispiels 16 umfassen, dass das Halogenid eine Fluorverbindung oder eine Chlorverbindung umfasst.
Nach Beispiel 18 kann der Gegenstand eines der Beispiele 16 oder 17 umfassen, dass das Halogenid von einem oder mehreren aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CHF₃, C₂F₂, CH₃F, CF₄, SF₆, CHCl₃, CH₂Cl₂, CH₃Cl, und CCl₃ besteht.
Ein Beispiel 19 kann eine Anordnung eines Leiters und einer Aluminiummetallisierung, die zusammengelötet sind, umfassen, wobei die Anordnung umfasst: eine Substitutmetallschicht oder eine Substitutmetalllegierungsschicht, die über der Aluminiummetallisierung angeordnet ist, wobei ein Substitutmetall der Substitutmetallschicht oder der Substitutmetalllegierungsschicht eines von Zn, Cr, Cu, Pb oder Sn ist; und eine Lotschicht, die zwischen der Substitutmetallschicht oder der Substitutmetalllegierungsschicht und dem Leiter angeordnet ist.
Nach Beispiel 20 kann der Gegenstand des Beispiels 19 umfassen, dass die Lotschicht die Substitutmetallschicht oder die Substitutmetalllegierungsschicht direkt kontaktiert.
Nach Beispiel 21 kann der Gegenstand des Beispiels 20 umfassen, dass die Substitutmetallschicht oder die Substitutmetalllegierungsschicht auf ein Gebiet begrenzt ist, das mit der Lotschicht überlappt und durch eine Schicht umgeben wird, die ein Substitutmetalloxid oder ein Substitutmetalllegierungsoxid umfasst.
Nach Beispiel 22 kann der Gegenstand eines der Beispiele 19 bis 21 ferner einen Halbleiterchip mit wenigstens einer Chipelektrode umfassen, wobei die wenigstens eine Chipelektrode die Aluminiummetallisierung aufweist.
Nach Beispiel 23 kann der Gegenstand eines der Beispiele 19 bis 21 ferner umfassen: einen Halbleiterchip mit wenigstens einer Chipelektrode, wobei die wenigstens eine Chipelektrode den Leiter umfasst; und wenigstens eines von einem Chipträger, wobei der Chipträger die Aluminiummetallisierung umfasst; und einer Klammer, wobei die Klammer die Aluminiummetallisierung umfasst.
Wenngleich hier spezielle Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht ein Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen die gezeigten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen substituieren kann, ohne von dem Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der hier besprochenen speziellen Ausführungsformen abdecken.

Claims

Verfahren zum Löten eines Leiters (150) an eine Aluminiummetallisierung (110), wobei das Verfahren umfasst: Anwenden eines Halogenids mittels eines Plasmaprozesses auf eine Aluminiumoxidschicht (120) auf der Aluminiummetallisierung (110), um eine halogenierte Aluminiumoxidschicht (540) zu produzieren; Anordnen eines Lotmaterials (160) über der halogenierten Aluminiumoxidschicht (540); und Löten des Leiters (150) an die Aluminiummetallisierung (110).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halogenid eine Fluorverbindung oder eine Chlorverbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halogenid ein fluorcarbonhaltiges Plasma erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Halogenid teilweise oder vollständig aus CHF₃ und/oder C₂F₂ und/oder CH₃F und/oder CF₄ besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halogenid teilweise oder vollständig aus SF₆ besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halogenid teilweise oder vollständig aus CHCl₃ und/oder CH₂Cl₂ und/oder CH₃Cl und/oder CCl₃ besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halogenid mit Ar und/oder He und/oder O₂ und/oder H₂ und/oder H₂O gemischt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der halogenierten Aluminiumoxidschicht (540) entlang der Al₂O₃-Schichtdicke beim maximalen Halogen-Anteil ein Halogen/O-Atomkonzentrationsverhältnis zwischen 0,01 und 10 auftritt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei beim maximalen Halogen-Anteil das Halogen/O-Atomkonzentrationsverhältnis gleich oder größer als etwa 0,5 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Plasmaprozess unter Beteiligung von bromierten oder iodierten organischen Molekülen durchgeführt wird, wodurch es zu einer Einbindung dieser Halogene in die Aluminiumoxidschicht (120) kommt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Löten eine Standardflussmittellotpaste eingesetzt wird, die Flussmittel enthält, welches üblicherweise beim Halbleiterlöten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Flussmittel ein schwach aktiviertes Flussmittel basierend auf Kolophonium oder anderen organischen Säuren, insbesondere Malonsäure oder Oxalsäure, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die halogenierte Aluminiumoxidschicht (540) direkt, d.h. ohne eine Umwandlung der Aluminiumoxidschicht (120) durch einen Prozess des Substituierens des Aluminiums durch ein anderes Metall oder eine Metalllegierung vorzunehmen, gelötet wird.
Anordnung eines Leiters (150) und einer Aluminiummetallisierung (110), die mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zusammengelötet sind, die ferner umfasst: einen Halbleiterchip (610) mit wenigstens einer Chipelektrode (611, 612), wobei die wenigstens eine Chipelektrode (611, 612) die Aluminiummetallisierung (110) umfasst.
Anordnung eines Leiters (150) und einer Aluminiummetallisierung (110), die mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zusammengelötet sind, die ferner umfasst: einen Halbleiterchip (610) mit wenigstens einer Chipelektrode (611, 612), wobei die wenigstens eine Chipelektrode den Leiter (150) umfasst; sowie einen Chipträger (620), wobei der Chipträger (620) die Aluminiummetallisierung (110) umfasst; und/oder einen Clip (630), wobei der Clip (630) die Aluminiummetallisierung (110) umfasst.