DE102019101061A1 - Verfahren zum ausbilden einer schichtstruktur, schichtstruktur, verfahren zum ausbilden einer kontaktstruktur, verfahren zum ausbilden eines chipgehäuses und chipgehäuse - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur bereitgestellt. Das Verfahren kann eine Plasmabehandlung einer Metalloberfläche mit einem wasserstoffhaltigen Plasma umfassen, wodurch nukleophile Gruppen über der Metalloberfläche entstehen, und ein Ausbilden einer organischen Schicht über der Metalloberfläche, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur, eine Schichtstruktur, ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktstruktur, ein Verfahren zum Ausbilden eines Chipgehäuses und ein Chipgehäuse.
  • Hintergrund
  • Ein Chipgehäuse soll robust sein, wozu ein zuverlässiger Schutz vor nachteiligen Einflüssen von außen sowie auch vor korrodierenden Stoffen gehören kann, die möglicherweise in dem Chipgehäuse vorhanden sind oder dort möglicherweise entstehen können.
  • Damit geht einher, dass eine Grenzfläche zwischen einem Verkappungsmaterial und einer Vorrichtung (die Vorrichtung kann in diesem Fall eine Kombination aus einem Chip und einem Substrat sein (z.B. ein Anschlussrahmen oder ein keramisches Substrat)) zwei Funktionen erfüllen sollte: eine Haftvermittler-Grenzfläche und eine Korrosionsbarriere zum Schutz vor H2O, O2 oder beliebigen anderen korrosiven Gasen (H2S, organische Schwefelmoleküle wie Thiole usw.).
  • In Kunststoffgehäusen kann zum Wachsenlassen von Cr/Zn-Dendriten mit einem galvanischen Prozess (beispielsweise eine als A2-Behandlung bezeichnete Behandlung) gearbeitet werden, damit ein „mechanisches“ Anhaften einer Formmasse möglich wird. Dieser Prozess sorgt sowohl für einen Korrosionsschutz als auch eine Haftfunktion. Der Prozess ist jedoch kompliziert.
  • Kurzdarstellung
  • Es ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur bereitgestellt. Das Verfahren kann eine Plasmabehandlung einer Metalloberfläche mit einem wasserstoffhaltigen Plasma umfassen, wodurch nukleophile Gruppen über der Metalloberfläche entstehen, und ein Ausbilden einer organischen Schicht über der Metalloberfläche, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen bezeichnen in sämtlichen unterschiedlichen Ansichten gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen dieselben Teile. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, da das Augenmerk stattdessen im Allgemeinen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung liegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine Tabelle mit in verschiedenen Ausführungsformen verwendeten organischen Materialien;
    • 2 eine vereinfachte Darstellung eines Prozesses zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 3 eine vereinfachte Darstellung einer nukleophilen Substitutionsreaktion gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 4 eine vereinfachte Darstellung einer nukleophilen Substitutionsreaktion und einer Harzkopplung, jeweils gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 5A und 5B grafische Darstellungen des Wachstums einer Oxidschicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 5C eine vereinfachte Darstellung der Oberfläche, die durch das Wachstum einer Oxidschicht von 5A beziehungsweise 5B entstanden ist;
    • 6A bis 6D Versuchsergebnisse für eine gemessene Scherkraft bei Schichtstrukturen gemäß verschiedenen Ausführungsformen und weiteren Schichtstrukturen;
    • 7 Versuchsergebnisse für eine gemessene Scherkraft bei Schichtstrukturen gemäß verschiedenen Ausführungsformen im Vergleich mit einer unbehandelten Probe;
    • 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
    • 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
    • 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Beschreibung
  • Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die veranschaulichend konkrete Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung praktisch ausgeführt werden kann.
  • Das Wort „beispielhaft“ wird vorliegend so verwendet, dass damit „als Exempel, Beispiel oder Veranschaulichung dienend“ gemeint ist. Jede beliebige, vorliegend als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Ausgestaltung muss nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber weiteren Ausführungsformen oder Ausgestaltungen ausgelegt werden.
  • Das Wort „über“, das in Bezug auf ein aufgebrachtes Material verwendet wird, das „über“ einer Seite oder Oberfläche ausgebildet wird, kann vorliegend so verwendet werden, dass damit gemeint ist, dass das aufgebrachte Material „direkt auf“ der genannten Seite oder Oberfläche ausgebildet wird, z.B. in direktem Kontakt damit. Das Wort „über“, das in Bezug auf ein aufgebrachtes Material verwendet wird, das „über“ einer Seite oder Oberfläche ausgebildet wird, kann vorliegend so verwendet werden, dass damit gemeint ist, dass das aufgebrachte Material „indirekt auf“ der genannten Seite oder Oberfläche ausgebildet sein kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der genannten Seite oder Oberfläche und dem aufgebrachten Material angeordnet ist bzw. sind.
  • Verschiedene Aspekte der Offenbarung sind für Vorrichtungen vorgesehen und verschiedene Aspekte der Offenbarung sind für Verfahren vorgesehen. Es versteht sich, dass grundlegende Eigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren gelten und umgekehrt. Der Kürze halber ist deshalb möglicherweise auf eine doppelte Beschreibung dieser Eigenschaften verzichtet worden.
  • Bifunktionelle Silanmoleküle 338 können als Haftvermittler dienen. Für eine Haftvermittlung zwischen einer Metalloberfläche und einem Gehäusematerial kann es notwendig sein, die Silanmoleküle an die Metalloberfläche zu binden, ein Prozess, der als Silanisierung bezeichnet werden kann. Beim Silanisierungsprozess müssen möglicherweise OH-Gruppen oder eine beliebige andere nukleophile Gruppe (-NH2, -CN) auf der Metalloberfläche 330S vorhanden sein. Bei unedlen Metallen werden möglicherweise zumindest einige OH-Gruppen gebildet, da die unedlen Metalle möglicherweise Eigenoxide bilden, die an feuchter Luft zur Hydroxylierung führen können, wie beispielsweise bei Aluminiumoxid. Die Anwendung von Silanen auf Edelmetallen (z.B. Ag, Au) kann jedoch einige Probleme mit sich bringen, da diese Metalle keine hydroxylterminierte Oberfläche bilden, sondern möglicherweise eher schwächere Aminokomplexbindungen bei Aminosilanen bilden oder Thiole bei Thiosilanen bilden. Thiosilane als Haftvermittlermolekül statt Aminosilanen dürfen jedoch aufgrund der bekannten Problematik, dass Schwefel in Gehäusen zu Korrosion führt, nicht verwendet werden.
  • Bei den derzeitigen Schichtstrukturen kann es deshalb bei Zuverlässigkeitsprüfungen (z.B. Lagerung bei hoher Temperatur, z.B. HTL1000h bei 175°C oder thermische Wechselbeanspruchung, z.B. TW1000 zwischen -55 und 150°C) zur Schichtablösung kommen, mit einem hohen Risiko für einen Ausfall der elektrischen Stromversorgung insbesondere auf Edelmetalloberflächen, da auf den Edelmetalloberflächen eine ordnungsgemäße Silankopplung möglicherweise nicht machbar ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ist vorliegend zur Vereinfachung der Technologie eine Haftvermittlertechnologie beschrieben, die eine Alternative zur bekannten Technologie darstellt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen sind eine Schichtstruktur und ein Verfahren zum Ausbilden der Schichtstruktur bereitgestellt. Die Schichtstruktur kann eine Haftvermittlerschicht und eine Korrosionsschutzschicht aufweisen, die auch als Korrosionsbarriere bezeichnet wird. Die Haftvermittlerschicht und die Korrosionsschutzschicht müssen nicht unbedingt als zwei getrennte Schichten vorgesehen sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine einzelne Schicht beide Funktionen erfüllen. Der Haftvermittler kann eine Haftung zwischen einer Metalloberfläche und einem Gehäusematerial begünstigen. Die Haftvermittlungsfunktion kann zumindest teilweise auf nukleophilen Gruppen basieren, die auf oder über der Metalloberfläche ausgebildet sind. Ein organisches Material kann kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden sein und kann selbst auf seinen Oberflächenreaktionspartnern, z.B. nukleophilen Gruppen, zwecks Bindung mit einem Verkappungsmaterial vorgesehen sein. In verschiedenen Ausführungsformen können Prozesse zum Bilden der nukleophilen Gruppen auf oder über der Metalloberfläche und/oder das organische Material derart ausgewählt werden, dass eine besonders stabile Bindung erhalten wird, während gleichzeitig für die Funktion der Korrosionsbarriere gesorgt ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der nukleophilen Gruppen eine Ausbildung einer Oxidschicht auf der Metalloberfläche unter Verwendung der Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) und/oder eine Behandlung der Metalloberfläche oder einer Oberfläche der Oxidschicht mit einem wasserstoffhaltigen Plasma umfassen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das organische Material ein Silan oder 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol oder eine Mischung aus diesen Materialien umfassen oder daraus bestehen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren eine Plasmakonditionierung und Aufbringung von Silanmolekülen umfassen, wodurch eine Polyorganosiloxanschicht entsteht, die dem an dieser Schicht befestigten Polymer nukleophile Gruppen präsentiert. Das Polymer kann beispielsweise eine Formmasse, ein Silikon oder ein anderes Polymer sein, das über die nukleophilen Gruppen befestigt ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann vor der Aufbringung von Silanmolekülen Aluminiumoxid (Al2O3) mittels Atomlagenabscheidung (ALD) auf einer Vorrichtungsoberfläche abgeschieden werden. Das Aluminiumoxid kann als chemisch homogene Haftvermittleroberfläche für die Oberfläche der Vorrichtung dienen, beispielsweise sogar dann, wenn die Vorrichtung nicht nur Metalle (z.B. Edelmetalle und/oder Nichtedelmetalle) aufweist, sondern auch Keramiken und/oder Polymere (z.B. Polyimid auf dem Chip). Für die Aufbringung der Silanmoleküle können bifunktionelle Silanmoleküle verwendet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die ALD-Aluminiumoxid(Al2O3)-Schicht, die als Haftvermittler verwendet wird, mit einem Plasma behandelt werden, zwecks Optimierung der Oberflächengruppen für die anschließende Aufbringung der Silanschicht. Es kann dadurch eine weitere Erhöhung der Oberflächenreaktionsausbeute hinsichtlich der Kopplung an die Oberfläche erzielt werden.
  • 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung 300 von Prozessen, die Bestandteil eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur 342 gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind. 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer nukleophilen Substitutionsreaktion gemäß verschiedenen Ausführungsformen, 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer nukleophilen Substitutionsreaktion und einer Harzkopplung, jeweils gemäß verschiedenen Ausführungsformen, 5A und 5B zeigen grafische Darstellungen 600, 601 des Wachstums einer Oxidschicht unter Verwendung der Atomlagenabscheidung gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und 5C zeigt eine vereinfachte Darstellung der durch das Wachstum einer Oxidschicht von 5A beziehungsweise 5B entstandenen Oberfläche.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Metalloberfläche 330S vorgesehen sein, die Bestandteil einer Metallstruktur 330 sein kann. Die Metallstruktur 330 kann aus Metall bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Sie kann beispielsweise ein Anschlussrahmen aus Metall oder eine andere Art einer Kontaktstruktur aus Metall sein, z.B. ein Metallclip, ein Metalldraht, ein Chipkontakt eines Chips oder eine andere Art von Metallstruktur. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallstruktur 330 eine mehrteilige Metallstruktur 330 sein, beispielsweise ein Bonddraht, der mit einem Anschlussrahmen verbunden ist, ein Bonddraht, der mit einem Chipkontakt eines Chips verbunden ist, ein Metallclip, der an einer Metallkontaktfläche befestigt ist, oder Ähnliches.
  • Das Metall kann Aluminium (Al), Tantal (Ta), Blei (Pb), Zinn (Sn), Nickel (Ni), Nickel-Phosphor-Legierung (NiP), Titan (Ti), Kupfer (Cu), Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd) oder andere Metalle oder Metalllegierungen umfassen oder daraus bestehen. Die Metalloberfläche 330S kann aus einem oder mehreren Metallen, beispielsweise aus den zuvor aufgeführten Metallen gebildet sein. Die Metallstruktur 330 kann aus lediglich einem Metalltyp oder aus mehr als einem Metall, beispielsweise in einer Metalllegierung, bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen, als plattierte oder geschichtete Metallstruktur 330 und/oder als die mehrteilige Metallstruktur, wobei die unterschiedlichen Teile unterschiedliche Metalle umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise ein Goldbonddraht, der mit einem Kupfer-Anschlussrahmen verbunden ist, oder Ähnliches.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallstruktur 330 Bestandteil einer Vorrichtung sein, in der die Metallstruktur 330 mit nichtmetallischem Material kombiniert ist, beispielsweise einem Halbleitermaterial oder einem elektrisch isolierenden Material. Die Metallstruktur 330 kann beispielsweise ein in einem Halbleiterchip enthaltener Chipkontakt sein. In der Vorrichtung ist möglicherweise nicht nur die Metalloberfläche 330S vorgesehen, sondern auch ein nichtmetallischer äußerer Oberflächenabschnitt, z.B. eine Halbleiteroberfläche, z.B. ein Oberflächenabschnitt oder Ähnliches aus Silizium (Si) oder Germanium (Ge), und/oder ein Isolierflächenabschnitt, beispielsweise eine Oberfläche einer Passivierungsschicht auf dem Halbleiterchip, z.B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Ähnliches. Der nichtmetallische äußere Oberflächenabschnitt kann in verschiedenen Ausführungsformen an die Metalloberfläche 330S angrenzen. Eine Außenfläche der Vorrichtung kann beispielsweise von einer Kombination aus der Metalloberfläche 330S, dem nichtmetallischen äußeren Oberflächenabschnitt und möglicherweise, jedoch nicht unbedingt, weiteren metallischen oder nichtmetallischen Oberflächenabschnitten gebildet sein.
  • Das Verfahren kann ein Bilden von nukleophilen Gruppen 336 umfassen, die an der Metalloberfläche 330S befestigt sind. Die nukleophilen Gruppen 336 können beispielsweise -OH-Gruppen (wie in 2, 3, 4 und 5C dargestellt), -NH2-Gruppen und/oder -CN-Gruppen umfassen oder daraus bestehen.
  • Wenn der nichtmetallische äußere Oberflächenabschnitt vorhanden ist, können die nukleophilen Gruppen einen ersten Teil nukleophiler Gruppen umfassen, der an der Metalloberfläche befestigt ist und gleichzeitig mit einem zweiten Teil nukleophiler Gruppen gebildet wird, der an der nichtmetallischen Oberfläche befestigt ist.
  • Das Bilden der nukleophilen Gruppen 336 kann in verschiedenen Ausführungsformen eine Plasmabehandlung der Metalloberfläche 330S mit einem Plasma 334, z.B. einem wasserstoffhaltigen Plasma, umfassen oder daraus bestehen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der nukleophilen Gruppen 336 ein Ausbilden einer Oxidschicht 332 über, z.B. auf, der Metalloberfläche 330S umfassen oder daraus bestehen, beispielsweise durch Atomlagenabscheidung. Dies ist in 2 bei einer beispielhaften Metalloberfläche 330S aus Kupfer dargestellt, auf der ein Kupferoxid (Kupfer(I)-Oxid und/oder Kupfer(II)-Oxid) ausgebildet ist, und in 5C bei einer Metalloberfläche 330S aus Kupfer dargestellt, auf der eine Schicht 332 aus Aluminiumoxid (Al2O3) ausgebildet ist. In den beispielhaften Ausführungsformen, die in 3 und 4 dargestellt sind, ist möglicherweise eine Oxidschicht 332 vorhanden gewesen oder nicht vorhanden gewesen. Die in 3 und 4 dargestellte Situation kann mit beiden Abläufen erhalten worden sein, entweder durch Erzeugen der nukleophilen Gruppen 336 (in den Ausführungsformen OH-Gruppen) auf den reinen Metalloberflächen 330S mit der Plasmabearbeitung oder durch Entfernen der Oxidschicht 332, bis ausschließlich die nukleophilen Gruppen 336, z.B. eine Schicht aus nukleophilen Gruppen 336 (in den Ausführungsformen OH-Gruppen) auf der Metalloberfläche 330S bleiben.
  • Die Oxidschicht 332 (z.B. Aluminiumoxidschicht) kann auf der gesamten Oberfläche der Vorrichtung, d.h. auf der Metalloberfläche 330S und möglicherweise, falls vorhanden, auf nichtmetallischen Oberflächen der Vorrichtung (einschließlich gegebenenfalls Keramiken und Polymeren wie Polyimid auf dem Chip) aufgebracht werden. Damit kann eine chemisch homogene Oberfläche aus Aluminiumoxid bereitgestellt sein, mit der eine problemlose Bildung von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche möglich ist, die in viel stärkerem Maße eine Kopplungsreaktion der funktionellen Silangruppe an die Oberfläche ermöglichen können. Eine Oberflächenkonzentration von OH-Gruppen auf natürlichem Aluminiumoxid kann bereits ungefähr 50% der Oberfläche betragen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metalloberfläche 330S, insbesondere die Edelmetall-Oberfläche 330S der Vorrichtung, per ALD mit einem Oxid beschichtet werden, z.B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, Tantaloxid oder Mischungen daraus. Somit kann den jeweiligen Silanmolekülen 338 eine Metalloberfläche 330S präsentiert werden, die ein Hydroxid, z.B. ein Metallhydroxid, z.B. Aluminiumhydroxid, umfasst oder daraus besteht. Es erfolgt ausschließlich die nukleophile Substitution des (z.B. Metall-)Hydroxids mit der Silangruppe, es können keine ungünstigen Nebenreaktionen wie eine Komplexierung mit der Aminogruppe stattfinden, da die Aminogruppe bekanntermaßen schwächere chemische Bindungen bildet.
  • Dadurch kann eine standardisierte Oberfläche für eine optimierte Silankopplung bereitgestellt werden.
  • Die ALD-Beschichtung kann als diskontinuierlicher ALD-Prozess oder als räumlich sequenzieller ALD-Prozess durchgeführt werden.
  • Bei Einsatz von Siliziumoxid kann die ALD den Vorteil aufweisen, dass die abschließende Oberflächenbehandlung mit Si-Gruppen (anders ausgedrückt die Ausbildung der organischen Schicht 340, die kovalent an die nukleophilen Gruppen 336 gebunden werden kann) in situ mit dem ALD-Prozess erfolgen kann. Typische Si-Vorläufer für die ALD können Aminosilane (z.B. Tris[dimethylamino]silan (3DMAS), N-(Diethylaminosilyl)-N-ethylethanamin (SAM24) oder Bis(t-butylamino)silan (BTBAS) sein.
  • In 5A und 5B sind einige Einzelheiten des Vorgangs und der Bedingungen der ALD-Abscheidung dargestellt.
  • Für die Atomlagenabscheidung (ALD) auf Basis von TMA und H2O als Vorläufern (AlOx) wird bekanntermaßen eine Oberfläche mit OH-Gruppen erzeugt.
  • In den Diagrammen ist ein Verhältnis zwischen der Schichtdicke (y-Achse, in nm) und der Zyklenzahl beziehungsweise Zeit auf der x-Achse dargestellt. Je nach Substrat kann für das Aluminiumoxid ein lineares Wachstum (z.B. für CuO, mittlere und obere Linie in 5A) oder sogar eine stärkere Wachstumsrate (z.B. stromlos abgeschiedenes Ni/Pd auf Ebene des Wafers, 5B, obere Linie) gegeben sein.
  • Des Weiteren kann die Abscheidung recht gut bei den meisten Metallen funktionieren, kann jedoch auch bei Polymeren wie Polyimid funktionieren, die Bestandteil der Chipoberfläche sein können.
  • Die ALD kann beispielsweise entweder an einem eingehenden Anschlussrahmen (z.B. zur Ausnutzung von Oxidationsschutzeigenschaften für eine Cu-Drahtbondverbindung beim Ausbilden der zweiten Bondverbindung) oder später in dem Prozess vorgenommen werden. Aufgrund einer niedrigen Prozesstemperatur (z.B. 200°C) kann dies nach der Anbringung des Dies oder nach dem Drahtbonden möglich sein. Anders ausgedrückt kann in verschiedenen Ausführungsformen ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktstruktur bereitgestellt sein, das ein Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen vorliegend beschriebenen Ausführungsformen und, vor oder nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen 336, ein Ausbilden eines elektrischen Kontakts an der Metalloberfläche 330S umfassen kann.
  • Damit ist gemeint, dass in verschiedenen Ausführungsformen die Schichtstruktur 342, die die Haftvermittler- und Korrosionsbarrierefunktion erfüllt, ausgebildet werden kann, nachdem sich einige (z.B. sämtliche) elektrischen Kontakte an der richtigen Stelle befinden, sodass die Schichtstruktur 342 vor dem Verkappen nicht beschädigt werden muss.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Oxidschicht 332 nach dem Ausbilden, z.B. Aufbringen oder spontanen Ausbilden, der Oxidschicht 332 bereits nukleophile Gruppen 336 an ihrer Oberfläche aufweisen. Diese nukleophilen Gruppen 336 können als Bestandteil oder im Ergebnis eines Vorgangs zum Ausbilden oder Behandeln der Metalloberfläche 330S (z.B. wenn die Metalloberfläche 330S ein unedles Metall aufweist oder daraus besteht) oder als Bestandteil des Vorgangs zum Aufbringen der Oxidschicht 332 entstehen.
  • Die folgende Tabelle 1 liefert einen Überblick über eine Oberflächenzusammensetzung für mehrere Metalloberflächen 330S von entsprechenden Metallsubstraten. Wenn das Substrat einen Schichtstapel bildet, ist die oberste Schicht als letztes angegeben. Die Messwerte wurden mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie erhalten, und ein prozentualer Anteil an OH-Gruppen (Anteil der Oberfläche der jeweiligen Metalloberfläche, der mit OH-Gruppen bedeckt ist) ist in Klammern angegeben.
    Substrate XPS: Oberflächenscan auf Metalloxiden und -hydroxid
    Cu K80 (Cu-0,15Fe-0,02P) gereinigt CuO, Cu20, Cu-OH (23%)
    Ni (2µm)/NiP (<100 nm) galvanisch NiO, Ni-OH (27%)
    Ni galvanisch (2 µm) NiO, Ni-OH (21%)
    Ni/NiP/Pd/Au galvanisch (2 µm/100 nm/30-60 nm/50-80 nm) Au mit Spuren von Ni und Pd
    Al rein Al2O3, Al-OH (50%)
    Ag gesputtert (Cu/1 µm NiV/4µm Ag: nur Vorderseite) Ag mit Spuren von Schwefel
    stromlos Ag (Cu/0,1-0,3 µm Ag) Ag mit Spuren von Chlor
    Wie erkennbar ist, haben die Oberflächen aus unedlem Metall (d.h. die Metalloberflächen 330S, die unedle Metalle, in diesem Fall Kupfer, Nickel beziehungsweise Aluminium, umfassen oder daraus bestehen) Metalloxide und auch Metallhydroxide an ihren jeweiligen Oberflächen gebildet. Ein Anteil der Oberfläche, der von den Metallhydroxiden bedeckt ist, liegt zwischen 21% bei einer galvanisch vernickelten Oberfläche und 50% bei einer reinen Aluminiumoberfläche. Keins der Edelmetalle bildete an den jeweiligen Oberflächen eine Oxidschicht 332 und/oder ein Metallhydroxid aus.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können die nukleophilen Gruppen 336 (anders ausgedrückt sämtliche oder im Wesentlichen sämtliche nukleophilen Gruppen 336) oder weitere nukleophile Gruppen 336 zusätzlich zu den spontan entstandenen nukleophilen Gruppen 336 durch Plasmabehandlung der Metalloberfläche 330S beziehungsweise der Oxidschicht 332 mit dem (z.B. wasserstoffhaltigen) Plasma 334 ausgebildet werden. In jedem Fall kann ein mit nukleophilen Gruppen bedeckter Anteil der Oberfläche durch die Behandlung mit Plasma 334 erhöht werden.
  • Auf den Edelmetallen kann in verschiedenen Ausführungsformen die Oxidschicht 332, z.B. eine Aluminiumoxidschicht, ausgebildet werden. Die über dem Edelmetall ausgebildete Oxidschicht 332 kann gegebenenfalls anschließend mit Plasma behandelt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Konditionierung mit Plasma 334 erstens eine Entfernung jeglicher organischer Verunreinigungen (z.B. Benzotriazol, Aliphate) und zweitens eine optimale Oberfläche, z.B. die Metalloberfläche 330S oder allgemeiner ausgedrückt die Oberfläche der Vorrichtung, mit nukleophilen Gruppen (-OH, -NH2, -CN) bewirken, die eine optimale Kopplung des organischen Moleküls bzw. der organischen Moleküle 338, z.B. Silanmoleküls bzw. -moleküle, ermöglichen können, damit eine Schichtstruktur 342 entsteht, in diesem Fall eine Polyorganosiloxanschicht. Die Schichtstruktur 342 kann durch eine organische Schicht 340 gebildet sein, die von den organischen Molekülen 338 und den nukleophilen Gruppen 336 gebildet ist, die ebenfalls eine Schicht bilden können. Wenn sie vorhanden ist, kann die Oxidschicht 332 ebenfalls Bestandteil der Schichtstruktur 342 sein. Die Schichtstruktur 342 kann mehrere Nanometer dick sein.
  • Die organische Schicht 340 kann, je nach unter anderem den Molekülen, die die organische Schicht 340 bilden, eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis ungefähr 500 nm oder darüber, z.B. von ungefähr 1 nm bis ungefähr 300 nm, z.B. von ungefähr 5 nm bis ungefähr 100 nm aufweisen. Die Haftvermittlung kann bereits mit dünnen Schichten von ungefähr 0,5 nm bis 10 nm, z.B. 1 nm bis 10 nm, erreicht werden. Zusaätzliche Barriereeigenschaften können jedoch erst mit dickeren Schichten von ungefähr 10 nm bis zu ungefähr 500 nm erreicht werden, je nach dem bifunktionellen (organischen) Molekül 338.
  • Anders ausgedrückt kann die organische Schicht 340 mit einer Dicke von ungefähr 10 nm bis 500 nm (oder darüber) Korrosionsbarriereeigenschaften aufweisen. Wenn die Oxidschicht 332 vorhanden ist, kann die organische Schicht 340 dünner sein als 10 nm, da die Oxidschicht die Barrierefunktion erfüllen kann. Damit ist gemeint, dass bei einer Kombination aus einer per Atomlagenabscheidung (ALD) aufgebrachten Oxidschicht 332, z.B. einer Aluminiumoxidschicht, und der speziellen bifunktionellen organischen Schicht 340 (z.B. Silanschicht) auf der Oberfläche der Vorrichtung die Dicke der organischen Schicht 340 (z.B. Silanschicht) beispielsweise hinunter bis auf eine Monolage, die eine Dicke von ungefähr 0,5 nm oder darüber aufweisen kann, reduziert werden kann. Dies kann möglich sein, da die Barrierefunktion vom Al2O3 erfüllt werden kann. Eine Dicke der Oxidschicht 332 kann in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis ungefähr 50 nm, z.B. von ungefähr 3 nm bis ungefähr 20 nm, z.B. von ungefähr 5 nm bis ungefähr 15 nm liegen.
  • Eine Dicke der Schichtstruktur 342, die die Oxidschicht 332 umfasst, kann somit in einem Bereich von ungefähr 1,5 nm bis ungefähr 550 nm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 20 nm liegen.
  • Der Kopplungsvorgang kann über eine nukleophile Substitution erfolgen. Dieser Vorgang ist in 3 gezeigt, wo dargestellt ist, dass die nukleophile Substitution stattfindet, wodurch eine kovalente Bindung 442 zwischen einem organischen Molekül 338 (in diesem Fall Silanmolekül) und der nukleophilen Gruppe 336 (in diesem Fall OH-Gruppe) entsteht, die an der Metalloberfläche 330S (in diesem Fall Al) befestigt ist.
  • Auf unedlen Metallen und ihren jeweiligen Legierungen (z.B. Al, Ti, Ta, Pb, Sn, Ni, NiP, Ti, Cu) und/oder auf Halbleitermaterialien (z.B. Si, Ge) kann unter Verwendung des Plasmas 334 eine nukleophile Oberfläche erhalten werden, die mit der funktionellen Silangruppe eines organischen Moleküls 338 über das in 2, 3 und 4 (oben) dargestellte Reaktionsschema reagieren kann. Bei einer üblichen Dicke von 10 bis 500 nm kann die Schichtstruktur 342 Korrosionsbarriereeigenschaften aufweisen. Die Schichtstruktur 342 kann zudem über entsprechende zweite funktionelle Gruppen 552 (z.B. funktionelle Gruppe -NH2; Triamin, Diamin; siehe ein Beispiel in 4) der organischen Moleküle 338 als Haftvermittler dienen.
  • Auf Edelmetallen (z.B. Au, Ag, Pd), d.h. wenn die Metalloberfläche 330S von einem Edelmetall gebildet ist, kann die Kopplung beispielsweise über eine Sulfidbildung oder über die Bildung von Aminokomplexen erzielt werden. Da Edelmetalle keine Hydroxylgruppen bilden, kann die Kopplung ihrer Metalloberfläche 330S an das Aminosilan 338 oder das Thiosilan 338 über die Bildung von Aminokomplexen oder die Bildung von Metallsulfiden auf dem Edelmetall erfolgen. Eine Verbindung mit einem Molekül 550 eines Verkappungsmaterials, z.B. einem Epoxidharz (siehe z.B. 4), kann anschließend durch eine zweite oder mehrere weitere Schichten aus Silanen 338 erfolgen, die über eine Silan-an-Silan-Reaktion mit der ersten Schicht verbunden wird bzw. werden. Ermöglicht wird dies durch die Hydrolyse der Triethoxysilangruppe mit Wasser unter Bildung freier Silanolgruppen, die OH-Nukleophile tragen.
  • Die folgende Tabelle 2 liefert einen Überblick über einige Plasmaprozessbedingungen zur Bildung von optimalen funktionellen Gruppen (z.B. nukleophile Gruppen 336) an der Oberfläche für die Kopplung organischer Moleküle 338 (z.B. Silan). Im Allgemeinen kann mit der Plasmabehandlung jegliche organische Verschmutzung entfernt werden und ferner die Oberfläche wie in der Tabelle beschrieben vorbereitet werden.
    Optionen Plasmaprozess Beschreibung der Oberfläche
    H2 Metalloxide werden reduziert, bis schließlich OH-Gruppen entstehen
    Ar/H2 Metalloxide werden reduziert, bis schließlich OH-Gruppen entstehen
    Ar/H2/O2 Metalloxide werden reduziert, bis schließlich OH-Gruppen entstehen
    H2/O2 Metalloxide werden reduziert, bis schließlich OH-Gruppen entstehen
    N2/H2 Metalloxide werden reduziert, durch Gegenwart von N2 Entstehung einer NH2terminierten Oberfläche.
    N2/H2O Oxidschicht, die mit Luftfeuchtigkeit zu jeweiligen Hydroxylgruppen auf der Oberfläche hydrolysiert und/oder zusätzliche Bildung von -NH2-Gruppen auf der Oberfläche.
    NH3 Ammoniakgas, das -NH2-Gruppen auf der Oberfläche entstehen lässt
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird möglicherweise nur ein einziger Typ von nukleophilen Gruppen 336 ausgebildet, z.B. OH-Gruppen, NH2-Gruppen oder CN-Gruppen. In verschiedenen Ausführungsformen wird möglicherweise mehr als ein Typ von nukleophilen Gruppen 336 ausgebildet, z.B. zwei oder mehr Typen von nukleophilen Gruppen 336, ausgewählt aus der Gruppe umfassend OH-Gruppen, NH2-Gruppen oder CN-Gruppen. Es können beispielsweise, wie in der vorstehenden Tabelle für das N2/H2O-Plasma 334 aufgeführt ist, OH-Gruppen gemeinsam mit NH2-Gruppen gebildet werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können Plasmen 334, die kein Wasserstoff enthalten, für das Bilden der nukleophilen Gruppen 336 verwendet werden. Die folgende Tabelle 3 nennt einige Beispiele für diese Plasmen 334:
    Optionen Plasmaprozess Beschreibung der Oberfläche
    Ar/O2 Oxidschicht, die mit Luftfeuchtigkeit zu jeweiligen Hydroxylgruppen auf der Oberfläche hydrolysiert
    Ar/Luft Oxidschicht, die mit Luftfeuchtigkeit zu jeweiligen Hydroxylgruppen auf der Oberfläche hydrolysiert und/oder zusätzliche Bildung von -NH2-Gruppen auf der Oberfläche.
    Ar/N2 Bildung von -NH2-Gruppen auf der Oberfläche.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Ausbilden der organischen Schicht 340 umfassen, die kovalent an die nukleophilen Gruppen 336 gebunden ist, wobei die organische Schicht 340 mindestens ein organisches Material umfassen kann, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-(2-Aminoethyl)-3-Aminopropyltrimethoxysilan (CAS:1760-24-3), (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin (CAS: 35141-30-1), Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan (CAS: 182008-07-7), Aminopropyltriethoxysilan (CAS: 919-30-2), Aminopropyltrimethoxysilan (CAS: 13822-56-5), (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan (CAS: 74113-77-2), Bis(triethoxysilylpropyl)amin (CAS: 13497-18-2), Bis(trimethoxysilylpropyl)amin (CAS: 82985-35-1), N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin (CAS: 68845-16-9), Bis(triethoxysilyl)ethan (CAS: 16068-37-4), 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol (CAS: 16691-43-3), 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan (CAS: 4420-74-0) und 3-Mercaptopropyltriethoxysilan (CAS: 14814-09-6).
  • Das organische Material, das die organische Schicht 340 bildet, kann mindestens eine Gruppe umfassen, die sich für die kovalente Bindung an die nukleophilen Gruppen 336 eignet. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Gruppe ein Trimethoxysilan, ein Triethoxysilan oder eine Thiogruppe umfassen oder daraus bestehen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur ferner ein Bilden von nukleophilen Gruppen zwischen der Metalloberfläche 330S und der Oxidschicht 332 umfassen, wodurch eine Haftung zwischen der Metalloberfläche 330S und der Oxidschicht erhöht wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur eine Plasmabehandlung einer Metalloberfläche 330S mit einem wasserstoffhaltigen Plasma 334 umfassen, wodurch nukleophile Gruppen 336 über der Metalloberfläche 330S entstehen, und ein Ausbilden einer organischen Schicht 340 über der Metalloberfläche 330S, wobei die organische Schicht 340 Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen 336 gebunden ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur 342 ein Ausbilden einer Oxidschicht 332 über einer Metalloberfläche 330S per Atomlagenabscheidung umfassen, wobei die Oxidschicht 332 nukleophile Gruppen 336 umfasst, und ein Ausbilden einer organischen Schicht 340 über der Oxidschicht 332, wobei die organische Schicht 340 Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  • Die Ausbildung der organischen Schicht 340 ist in 2 und 4 dargestellt und die ausgebildete organische Schicht 340, die die organischen Moleküle (z.B. Silanmoleküle) umfasst, ist in 2, 3 und 4 dargestellt.
  • In 2 ist die Oberflächenkonditionierung mit dem Plasma 334 zur Bildung von Hydroxiden auf der Metalloberfläche 330S (Beispiel: Cu) dargestellt. Die funktionelle Silangruppe ((OH3)-Si-R) des organischen Moleküls 338 kann über eine nukleophile Substitution mit den OH 336 der Oberfläche gekoppelt werden. Wie in 4 (oben) dargestellt ist, kann die Kopplung des organischen Moleküls 338, z.B. des Silans, als SN1-Reaktion und/oder als SN2-Reaktion stattfinden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann statt der Behandlung mit dem Plasma 334 zur Bildung der OH-Gruppen 336 eine Säure-/Base-Behandlung zum Einsatz kommen.
  • Nachfolgend ist Tabelle 4 angegeben (die auch in 1 gezeigt ist), in der bestimmte Eigenschaften zweckmäßiger organischer Moleküle 338 aufgeführt sind. Bis auf Nummer 11 (die ein Triazol ist) sind sämtliche in der Tabelle dargestellten organischen Materialien Silane.
    Nummer Name Struktur Elektrophil oder Gruppe zur Anbindung an Metall
    1 N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (CAS: 1760-24-3)
    Figure DE102019101061A1_0001
         		Trimethoxysilan
    2 (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin (CAS: 35141-30-1)
    Figure DE102019101061A1_0002
         		Trimethoxysilan
    3 Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan (CAS: 182008-07-7)
    Figure DE102019101061A1_0003
         		Trimethoxysilan
    4 Aminopropyltriethoxysilan (CAS: 919-30-2)
    Figure DE102019101061A1_0004
         		Triethoxysilan
    5 Aminopropyltrimethoxysilan (CAS: 13822-56-5)
    Figure DE102019101061A1_0005
         		Trimethoxysilan
    6 (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan (CAS: 74113-77-2)
    Figure DE102019101061A1_0006
         		Trimethoxysilan
    7 Bis(triethoxysilylpropyl)amin (CAS: 13497-18-2)
    Figure DE102019101061A1_0007
         		Triethoxysilan
    8 Bis(trimethoxysilylpropyl)amin (CAS: 82985-35-1)
    Figure DE102019101061A1_0008
         		Trimethoxysilan
    9 N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin (CAS: 68845-16-9)
    Figure DE102019101061A1_0009
         		Trimethoxysilan
    10 Bis(triethoxysilyl)ethan (CAS: 16068-37-4)
    Figure DE102019101061A1_0010
         		Triethoxysilan
    11 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol (CAS: 16691-43-3)
    Figure DE102019101061A1_0011
         		Thio
    12 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan (CAS: 4420-74-0)
    Figure DE102019101061A1_0012
         		Trimethoxysilan
    13 3-Mercaptopropyltriethoxysilan (CAS: 14814-09-6)
    Figure DE102019101061A1_0013
         		Triethoxysilan
    In der Tabelle sind organische Haftvermittlermoleküle (meist Silane) aufgeführt, die gleichzeitig auch eine Korrosionsbarriere erzeugen, also bifunktionelle organische Moleküle. Grundsätzlich können alle diese Moleküle entweder mit einem Ethoxy-Substituenten am Silizium oder einer Methoxygruppe verwendet werden. Es können weitere Moleküle möglich sein, bei denen an der Seite des Siliziums statt einer Ethoxy- oder Methoxygruppe eine Phenoxy- oder Toluoxygruppe zum Einsatz kommt. Dies kann für einen zusätzlichen Vorteil sorgen, da die aromatischen Substitutionsgruppen eine Erkennung der unsubstituierten Spezies mittels UV-Spektroskopie gewährleisten können. Abgesehen von diesen Substituenten kann jede beliebige andere aromatische funktionelle Gruppe (Seitenkette) eingesetzt werden, von denen einige sogar eine Erkennbarkeit dieser Moleküle im sichtbaren Licht zulassen. Mit dieser Vorgehensweise kann die Funktionsweise einer Reaktion zur Ankopplung an eine Oberfläche im Hinblick auf eine Prozesskontrolle sichtbar gemacht werden.
  • Die organische Schicht 340 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet werden, indem die Metalloberfläche 330S in eine Lösung getaucht wird, die die organischen Moleküle 338 enthält, durch Aufsprühen der organischen Moleküle 338 (oder vielmehr einer Lösung davon), Gasphasenabscheidung der organischen Moleküle 338 und/oder Plasmabeschichtung der organischen Moleküle 338.
  • Die organischen Moleküle 338 können einen bestimmten Dampfdruck aufweisen und deshalb unter bestimmten Bedingungen sublimiert werden. Die Bedingungen für die Aufbringung sind in der folgenden Tabelle 5 genauer beschrieben:
    Variante Aufsprühen Eintauchen Gasphasenabscheidung Plasmabeschichtung
    Silan Lösung in Ethanol/Wasser Lösung in Ethanol/Wasser rein Einleiten mit Ar oder N2
    Druck Umgebungsdruck Umgebungsdruck Unterdruck Umgebungsdruck
    Temperatur RT bis zu 80°C RT bis zu 80°C RT bis zu 150°C RT bis zu 80°C
    Silankonzentration 1 - 250 mmol/1 Lösung 1-250 mmol/1 Lösung nicht zutreffend nicht zutreffend
  • Positive Versuchsergebnisse können auch aus Mischungen von zwei in der Tabelle der Moleküle 338 enthaltenen Molekülen erhalten werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können die organischen Moleküle 338 über eine Verknüpfung 334 miteinander vernetzt sein, wodurch zumindest die Barrierefunktion der organischen Schicht 340 weiter verstärkt wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ausbilden der Schichtstruktur 342 ferner ein Ausbilden einer Verkappungsschicht über der organischen Schicht 340 umfassen. Die Verkappungsschicht ist in den Figuren nicht vollständig dargestellt, jedoch ist in 4 ein Molekül 550 (z.B. ein Biphenylepoxidharz) eines Verkappungsmaterials dargestellt und wie es (z.B. über eine kovalente Bindung 554) an eine funktionelle Gruppe 552 der organischen Schicht 340 gebunden ist.
  • Die Verkappungsschicht kann so angeordnet sein, dass sie die Vorrichtung, insbesondere die Metalloberfläche, zumindest teilweise, z.B. im Wesentlichen vollständig, abgesehen von externen Kontaktstrukturen verkappt.
  • Das Verkappungsmaterial kann ein üblicherweise eingesetztes Verkappungsmaterial umfassen oder daraus bestehen, z.B. eine Formmasse, z.B. ein Harz, z.B. ein Epoxidharz.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die verkappte Vorrichtung ein Chipgehäuse sein. Es kann somit ein Verfahren zum Ausbilden eines Chipgehäuses bereitgestellt werden. Das Verfahren kann ein Ausbilden einer Schichtstruktur unter Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen, vor oder nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen ein elektrisch leitfähiges Verbinden des Chips mit der Metalloberfläche der Schichtstruktur und ein Anordnen eines Verkappungsmaterials umfassen, das zumindest teilweise den Chip und die Schichtstruktur verkappt, wobei das Gehäusematerial kovalent an die organische Schicht (z.B. Silanschicht) gebunden ist, die Bestandteil der Schichtstruktur ist.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ausbilden der organischen Schicht 340 nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen 336 ein Anordnen eines flüssigen Verkappungsmaterials, in dem ein organisches Material (z.B. die organischen Moleküle 338, z.B. die Silane) zum Ausbilden der organischen Schicht verteilt sein kann, über der Metalloberfläche 330S und im Kontakt mit den nukleophilen Gruppen umfassen, wodurch die organische Schicht 340 und eine Verkappungsschicht über der organischen Schicht 340 ausgebildet werden.
  • 6A bis 6D zeigen Versuchsergebnisse für eine gemessene Scherkraft für Schichtstrukturen gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Zu Vergleichszwecken wurden weitere Schichtstrukturen geprüft. In sämtlichen bis zeigt eine höhere Scherkraft eine bessere Haftung an. Für jede der Oberflächenbehandlungen (oder möglicherweise keine Behandlung im Fall einer Vergleichsprobe) wurde die Scherkraft unter vier unterschiedlichen Prüfbedingungen ermittelt: zu Beginn, nach 3x Reflow bei 260°C, nach Aufbewahrung in einem Autoklav bei 121°C für 192 Stunden und nach Lagerung bei hohen Temperaturen für 1000 Stunden.
  • Wie in 6A erkennbar ist, ist die mit einem knopfförmigem Prüfkörper ermittelte Scherkraft bezogen auf eine unbehandelte NiP-Oberfläche für sowohl die mit einem (H2-)-Plasma behandelte Oberfläche als auch die (H2-)-Plasmabehandlung in Kombination mit (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin (abgekürzt als „Triamin“) bei zwei unterschiedlichen Konzentrationen höher. Hier ist beim Vergleich der vier unterschiedlichen Prüfbedingungen bei einer bestimmten Oberflächenbehandlung entweder die Scherkraft zu Beginn oder die Scherkraft nach dem Reflow am höchsten, und die Scherkraft nach dem Autoklav ist am niedrigsten.
  • Für die in 6B dargestellten Versuchsergebnisse wurde als die Metalloberfläche 330S eine Kupferoberfläche verwendet. Es wird angenommen, dass auf der Kupferoberfläche eine Eigenoxidschicht 332 entstanden ist, die OH-Gruppen auf ungefähr einem Viertel ihrer Oberfläche aufweisen kann (siehe Tabelle 1). Die ohne Atomlagenabscheidung und ohne Silan ausgebildete Schichtstruktur kann als Referenzbeispiel angesehen werden. Die Ausführungsformen unter Verwendung von (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin (abgekürzt als „Triamin“) beziehungsweise mit Atomlagenabscheidung (ALD) einer Oxidschicht 332 zeigen bereits eine geringfügig höhere Scherkraft gegenüber den Referenzbeispielen, zumindest hinsichtlich der Prüfbedingung „zu Beginn“. Alle Ausführungsformen zeigen einen Anstieg der Scherkraft gegenüber der unbehandelten („keine ALD, kein Silan“). Die Kombination aus ALD und N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin (abgekürzt als „Diamin“) und die Kombination aus ALD und Aminopropyltriethoxysilan (abgekürzt als APTES) zeigen die höchsten Scherkraftwerte auf.
  • Für die in 6C dargestellten Scherkraftversuche wurden dieselben Schichtstrukturen 342 (bis auf „nur Triamin“) wie in 6B ausgebildet, jedoch auf einer Silberoberfläche als die Metalloberfläche 330S. Es wird angenommen, dass auf der Silberoberfläche kein Eigenoxid entstanden ist (siehe Tabelle 1). Die ohne Atomlagenabscheidung und ohne Silan ausgebildete Schichtstruktur kann als Referenzbeispiel angesehen werden. Die Ausführungsform mit Atomlagenabscheidung (ALD) einer Oxidschicht 332, jedoch ohne Silan, zeigt bereits eine geringfügig höhere Scherkraft zumindest gegenüber dem Referenzbeispiel ohne ALD und ohne Silan. Alle Ausführungsformen zeigen gegenüber der unbehandelten („keine ALD, kein Silan“) Schichtstruktur einen Anstieg der Scherkraft. Die Kombination aus ALD und Aminopropyltriethoxysilan (abgekürzt als APTES) zeigt die höchsten Scherkraftwerte der Ausführungsformen nach der Behandlung im Autoklav. Davon abgesehen zeigen die drei Ausführungsformen mit der ALD-Abscheidung und der organischen Schicht recht ähnliche Scherkraftwerte.
  • Für die in 6D dargestellten Scherkraftversuche wurden dieselben Schichtstrukturen 342 wie in 6B ausgebildet, jedoch auf einer NiP-Oberfläche als die Metalloberfläche 330S. Obwohl angenommen wird, dass eine Eigenoxidschicht 332 entstanden ist, und angenommen wird, dass ungefähr ein Viertel der Oberfläche (siehe Tabelle 1) mit nukleophilen OH-Gruppen bedeckt ist, ist es bekanntermaßen schwierig, zwischen einer NiP-Oberfläche und einem Verkappungsmaterial eine Haftverbindung auszubilden, was an den Null-Werten für den Fall „keine ALD und kein Silan“ zu erkennen ist. Die ohne Atomlagenabscheidung und ohne Silan ausgebildete Schichtstruktur kann als Referenzbeispiel angesehen werden. Werden die Scherkraftwerte für den unbehandelten Fall von null berücksichtigt, zeigen sämtliche Ausführungsformen gegenüber dem unbehandelten Bezugspunkt unter sämtlichen Prüfbedingungen eine enorme Erhöhung der Scherkraft. Die Kombination aus ALD und N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin (abgekürzt als „Diamin“) und die Kombination aus ALD und Aminopropyltriethoxysilan (abgekürzt als APTES) zeigen die höchsten Scherkraftwerte der Ausführungsformen nach der Behandlung im Autoklav insgesamt auf.
  • 7 zeigt Versuchsergebnisse für eine gemessene Scherkraft bei Schichtstrukturen 342, die auf einer NiP-Oberfläche als die Metalloberfläche 330S ausgebildet sind, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Messungen sind im Vergleich zu einer unbehandelten Probe dargestellt, die mit „ohne“ bezeichnet ist. Ähnlich wie bei 6A bis 6D erfolgen die Messungen für vier unterschiedliche Prüfbedingungen (zu Beginn, nach 3x Reflow bei 260 °C, nach Aufbewahrung in einem Autoklav bei 121 °C für 192 Stunden und nach Lagerung bei hohen Temperaturen für 1000 Stunden). Wie aus den Ergebnissen erkennbar ist, sind die organischen Moleküle (Silane), die für die beste Haftung (die höchste Scherkraft) sorgen, gemittelt über alle vier Prüfbedingungen, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan und (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin. Es folgen Aminopropyltrimethoxysilan beziehungsweise Aminopropyltriethoxysilan.
  • 8 zeigt ein Ablaufdiagramm 900 eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das Verfahren kann ein Bilden von nukleophilen Gruppen umfassen, die an einer Metalloberfläche befestigt sind (in 910), sowie ein Ausbilden einer organischen Schicht, die kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist, wobei die organische Schicht mindestens ein organisches Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin, Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan, Aminopropyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan, Bis(triethoxysilylpropyl)amin, Bis(trimethoxysilylpropyl)amin, N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin, Bis(triethoxysilyl)ethan, 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3-Mercaptopropyltriethoxysilan (in 920).
  • 9 zeigt ein Ablaufdiagramm 1000 eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das Verfahren kann eine Plasmabehandlung einer Metalloberfläche mit einem wasserstoffhaltigen Plasma umfassen, wodurch nukleophile Gruppen über der Metalloberfläche entstehen (in 1010), und ein Ausbilden einer organischen Schicht über der Metalloberfläche, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist (in 1020).
  • 10 zeigt ein Ablaufdiagramm 1100 eines Verfahrens zum Ausbilden einer Schichtstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das Verfahren kann ein Ausbilden einer Oxidschicht über einer Metalloberfläche per Atomlagenabscheidung umfassen, wobei die Oxidschicht nukleophile Gruppen aufweist (in 1110), und ein Ausbilden einer organischen Schicht über der Oxidschicht, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist (in 1120).
  • In verschiedenen Ausführungsformen sind zum Erfüllen beider Funktionen, der Haftvermittlung und der Korrosionsbarriere in einer Schichtstruktur, z.B. einer Schichtstruktur einer Kontaktstruktur, die Bestandteil eines Chipgehäuses sein kann, mehrere Möglichkeiten (Fall A bis Fall D) dargelegt.
  • Fall A) Kombination aus Plasmakonditionierung (Einzelheiten siehe Tabelle 2 und 3) und einer Schicht, die aus speziellen bifunktionellen Silanmolekülen gebildet ist (Einzelheiten siehe Tabelle 4), auf den Oberflächen der Vorrichtung (die zumindest eine Metalloberfläche aufweisen können). Die Haftvermittlung kann bereits mit dünnen Schichten von 1 bis 10 nm erreicht werden, jedoch werden zusätzliche Barriereeigenschaften erst mit dickeren Schichten >10 nm bis zu 500 nm erreicht, je nach bifunktionellem Molekül.
  • Fall B) Kombination aus einer per Atomlagenabscheidung (ALD) aufgebrachten Aluminiumoxidschicht (oder einer anderen Oxidschicht) und einer speziellen bifunktionellen organischen Schicht (z.B. Silan- oder Triazolschicht) (Einzelheiten Tabelle 4) auf der Oberfläche der Vorrichtung (die zumindest eine Metalloberfläche aufweisen kann). Mit dieser Vorgehensweise kann die Dicke der organischen Schicht (bis hinunter auf ungefähr eine Monolage, die eine Dicke von ungefähr 0,5 nm aufweisen kann) reduziert werden, da die Barrierefunktion von dem Al2O3 erfüllt werden kann.
  • Fall C) ALD allein kann als Haftvermittler dienen, da Al2O3 eine funktionelle nukleophile Gruppe an der Oberfläche bilden kann, insbesondere zusammen mit einer (optionalen) speziellen Plasmakonditionierung zur Oberflächenaktivierung. Die bifunktionellen Silanmoleküle für die Anbindung können hier von dem eingesetzten Polymer an sich bereitgestellt werden, z.B. können die Moleküle aus Tabelle 4 in das Harz gemischt werden.
  • Fall D) Option A und B können kombiniert werden und die Oberfläche mit per ALD aufgebrachtem (Aluminium-)Oxid kann ferner mit entsprechenden Plasmabedingungen direkt vor Aufbringung der Silane behandelt werden, sodass die Menge von OH-Gruppen an der Oberfläche weiter optimiert werden kann. Die Reaktionsoberflächenausbeute kann infolgedessen optimiert werden.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die ALD-Schicht (Aluminiumoxidschicht), gemeinsam mit der optimalen ausgebildeten Polyorganosiloxanschicht, eine Korrosionsbarriere für bestimmte korrodierende Spezies wie H2O, O2, Halogenide, H2S, organischen Schwefel (Thiole, usw.) bilden.
  • Die Schichtstruktur kann beispielsweise in ein Gehäuse, z.B. ein Chipgehäuse, integriert sein. Die Haftung/Barriere-Schichtstruktur kann während der Gehäusemontage an den folgenden Positionen/zu folgenden Zeitpunkten zum Einsatz kommen:
    1. a) auf einem nackten Anschlussrahmen
    2. b) nach dem Die-Bonden, vor dem Drahtbonden
    3. c) nach dem Drahtbonden, vor dem Formen.
  • Weitere Beispiele können andere Integrationsoptionen aufweisen, beispielsweise eine Nutzung als Haftvermittler für die Haftung von Polyimid.
  • Nachfolgend werden verschiedene Beispiele veranschaulicht:
    • Beispiel 1 ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur. Das Verfahren kann ein Bilden von nukleophilen Gruppen umfassen, die an einer Metalloberfläche befestigt sind, sowie ein Ausbilden einer organischen Schicht, die kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist, wobei die organische Schicht mindestens ein organisches Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin, Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan, Aminopropyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan, Bis(triethoxysilylpropyl)amin, Bis(trimethoxysilylpropyl)amin, N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin, Bis(triethoxysilyl)ethan, 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3-Mercaptopropyltriethoxysilan.
  • In Beispiel 2 kann der Inhalt von Beispiel 1 gegebenenfalls umfassen, dass das Bilden der nukleophilen Gruppen eine Plasmabehandlung der Metalloberfläche umfasst.
  • Beispiel 3 ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur. Das Verfahren kann eine Plasmabehandlung einer Metalloberfläche mit einem wasserstoffhaltigen Plasma umfassen, wodurch nukleophile Gruppen über der Metalloberfläche entstehen, und ein Ausbilden einer organischen Schicht über der Metalloberfläche, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  • Beispiel 4 ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur. Das Verfahren kann ein Ausbilden einer Oxidschicht über einer Metalloberfläche per Atomlagenabscheidung umfassen, wobei die Oxidschicht nukleophile Gruppen aufweist, und ein Ausbilden einer organischen Schicht über der Oxidschicht, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  • In Beispiel 5 kann der Inhalt von Beispiel 4 gegebenenfalls ferner eine Plasmabehandlung der Oxidschicht mit einem wasserstoffhaltigen Plasma umfassen, wobei zumindest ein Teil der nukleophilen Gruppen durch die Plasmabehandlung gebildet wird.
  • In Beispiel 6 kann der Inhalt von einem der Beispiele 2 bis 5 gegebenenfalls umfassen, dass das Plasma mindestens ein Plasma umfasst, das aus der Gruppe umfassend Ar/H2, Ar/H2/O2, H2/O2, N2/H2O, NH3 und H2 ausgewählt ist.
  • In Beispiel 7 kann der Inhalt von einem der Beispiele 1 bis 6 gegebenenfalls umfassen, dass die nukleophilen Gruppen -OH-Gruppen, -NH2-Gruppen und/oder -CN-Gruppen umfassen oder daraus bestehen.
  • In Beispiel 8 kann der Inhalt von einem der Beispiele 1 bis 7 gegebenenfalls umfassen, dass das Ausbilden der organischen Schicht Eintauchen in eine Lösung, Aufsprühen, Gasphasenabscheidung und/oder Plasmabeschichtung umfasst.
  • In Beispiel 9 kann der Inhalt von einem der Beispiele 1 bis 8 gegebenenfalls das Ausbilden einer Verkappungsschicht über der organischen Schicht umfassen.
  • In Beispiel 10 kann der Inhalt von einem der Beispiele 1 bis 7 gegebenenfalls umfassen, dass das Ausbilden der organischen Schicht nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen ein Anordnen eines flüssigen Verkappungsmaterials, in dem ein organisches Material zum Ausbilden der organischen Schicht verteilt ist, über der Metalloberfläche und im Kontakt mit den nukleophilen Gruppen umfasst, wodurch die organische Schicht und eine Verkappungsschicht über der organischen Schicht ausgebildet werden.
  • In Beispiel 11 kann der Inhalt von einem der Beispiele 1 bis 10 gegebenenfalls umfassen, dass die Metalloberfläche und eine nichtmetallische Oberfläche eine gemeinsame Außenfläche bilden, und dass die nukleophilen Gruppen einen ersten Teil nukleophiler Gruppen umfassen, der an der Metalloberfläche befestigt ist und gleichzeitig mit einem zweiten Teil nukleophiler Gruppen gebildet wird, der an der nichtmetallischen Oberfläche befestigt ist.
  • Beispiel 12 ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktstruktur. Das Verfahren kann ein Ausbilden einer Schichtstruktur unter Verwendung des Verfahrens von einem der Beispiele 1 bis 11 und, vor oder nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen, ein Ausbilden eines elektrischen Kontakts an der Metalloberfläche umfassen.
  • Beispiel 13 ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Chipgehäuses. Das Verfahren kann ein Ausbilden einer Schichtstruktur unter Verwendung des Verfahrens von einem der Beispiele 1 bis 11, vor oder nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen ein elektrisch leitfähiges Verbinden des Chips mit der Metalloberfläche der Schichtstruktur und ein Anordnen eines Verkappungsmaterials umfassen, das zumindest teilweise den Chip und die Schichtstruktur verkappt, wobei das Gehäusematerial kovalent an die Silanschicht gebunden ist.
  • Beispiel 14 ist eine Schichtstruktur. Die Schichtstruktur kann eine Metalloberfläche, nukleophile Gruppen, die an der Metalloberfläche befestigt sind, sowie eine organische Schicht aufweisen, die kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist, wobei die organische Schicht mindestens ein organisches Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-(2-Aminoethyl)-3 -aminopropyltrimethoxysilan, (3 -Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin, Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan, Aminopropyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan, Bis(triethoxysilylpropyl)amin, Bis(trimethoxysilylpropyl)amin, N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin, Bis(triethoxysilyl)ethan, 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3-Mercaptopropyltriethoxysilan.
  • Beispiel 15 ist eine Schichtstruktur. Die Schichtstruktur kann eine Metalloberfläche, eine per Atomlagenabscheidung auf der Metalloberfläche ausgebildete Oxidschicht, wobei die Oxidschicht nukleophile Gruppen aufweist, und eine über der Oxidschicht ausgebildete organische Schicht aufweisen, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  • In Beispiel 16 kann der Inhalt von Beispiel 15 gegebenenfalls umfassen, dass zumindest ein Teil der nukleophilen Gruppen durch eine Plasmabehandlung mit einem wasserstoffhaltigen Plasma gebildet wird.
  • In Beispiel 17 kann der Inhalt von Beispiel 15 oder 16 gegebenenfalls umfassen, dass die Oxidschicht eine Schicht aus einem anorganischen Oxid ist.
  • In Beispiel 18 kann der Inhalt von Beispiel 16 oder 17 gegebenenfalls umfassen, dass die Oxidschicht mindestens ein Oxid aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Hafniumoxid, Titanoxid, Zirconiumoxid und Mischungen daraus ausgewählt ist.
  • In Beispiel 19 kann der Inhalt von einem der Beispiele 16 bis 18 gegebenenfalls umfassen, dass das Silan Ethoxygruppen oder Methoxygruppen aufweist, mit denen es kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  • In Beispiel 20 kann der Inhalt von einem der Beispiele 15 bis 19 gegebenenfalls umfassen, dass das Silan ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin, Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan, Aminopropyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan, Bis(triethoxysilylpropyl)amin, Bis(trimethoxysilylpropyl)amin, N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin, Bis(triethoxysilyl)ethan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3 -Mercaptopropyltriethoxysilan.
  • In Beispiel 21 kann der Inhalt von einem der Beispiele 15 bis 20 gegebenenfalls umfassen, dass ein Metall, das die Metalloberfläche bildet, mindestens ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gold, Nickel, Nickel-Phosphor, Kupfer, Palladium, Aluminium, Titan, Zinn, Blei, Tantal, Germanium, Silber und Legierungen davon umfasst.
  • Beispiel 22 ist ein Chipgehäuse. Das Chipgehäuse kann einen Chip, die Schichtstruktur nach einem der Beispiele 15 bis 21, wobei der Chip elektrisch leitfähig mit der Metalloberfläche der Schichtstruktur verbunden ist, und ein Verkappungsmaterial aufweisen, das zumindest teilweise den Chip und die Schichtstruktur verkappt, wobei das Gehäusematerial kovalent an die Silanschicht gebunden ist.
  • Die Erfindung ist zwar insbesondere bezogen auf bestimmte Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben worden, jedoch sollte der Fachmann verstehen, dass ohne Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, verschiedene Änderungen an Form und Einzelheiten vorgenommen werden können. Der Umfang der Erfindung ist somit in den beigefügten Ansprüchen angegeben und sämtliche Änderungen, die vom Sinn und Entsprechungsbereich der Ansprüche abgedeckt werden, gelten deshalb als eingeschlossen.

Claims (22)

  1. Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur, wobei das Verfahren umfasst: Bilden von nukleophilen Gruppen, die an einer Metalloberfläche befestigt sind; Ausbilden einer organischen Schicht, die kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist, wobei die organische Schicht mindestens ein organisches Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan; (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin; Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan; Aminopropyltrimethoxysilan; (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan; Bis(triethoxysilylpropyl)amin; Bis(trimethoxysilylpropyl)amin; N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin; Bis(triethoxysilyl)ethan; 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol; 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3-Mercaptopropyltriethoxysilan.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der nukleophilen Gruppen eine Plasmabehandlung der Metalloberfläche umfasst.
  3. Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur, wobei das Verfahren umfasst: Plasmabehandlung einer Metalloberfläche mit einem wasserstoffhaltigen Plasma, wodurch nukleophile Gruppen über der Metalloberfläche entstehen, und Ausbilden einer organischen Schicht über der Metalloberfläche, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  4. Verfahren zum Ausbilden einer Schichtstruktur, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Oxidschicht über einer Metalloberfläche per Atomlagenabscheidung, wobei die Oxidschicht nukleophile Gruppen umfasst; und Ausbilden einer organischen Schicht über der Oxidschicht, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Plasmabehandlung der Oxidschicht mit einem wasserstoffhaltigen Plasma, wobei zumindest ein Teil der nukleophilen Gruppen durch die Plasmabehandlung gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Plasma mindestens ein Plasma umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Folgendes umfasst: Ar/H2; Ar/H2/O2; H2/O2; N2/H2O; NH3 und H2.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die nukleophilen Gruppen -OH-Gruppen, -NH2-Gruppen und/oder -CN-Gruppen umfassen oder daraus bestehen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ausbilden der organischen Schicht Eintauchen in eine Lösung, Aufsprühen, Gasphasenabscheidung und/oder Plasmabeschichtung umfasst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: Ausbilden einer Verkappungsschicht über der organischen Schicht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ausbilden der organischen Schicht umfasst: nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen ein Anordnen eines flüssigen Verkappungsmaterials, in dem ein organisches Material zum Ausbilden der organischen Schicht verteilt ist, über der Metalloberfläche und im Kontakt mit den nukleophilen Gruppen, wodurch die organische Schicht und eine Verkappungsschicht über der organischen Schicht ausgebildet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Metalloberfläche und eine nichtmetallische Oberfläche eine gemeinsame Außenfläche bilden, und wobei die nukleophilen Gruppen einen ersten Teil nukleophiler Gruppen umfassen, der an der Metalloberfläche befestigt ist und gleichzeitig mit einem zweiten Teil nukleophiler Gruppen gebildet wird, der an der nichtmetallischen Oberfläche befestigt ist.
  12. Verfahren zum Ausbilden einer Kontaktstruktur, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Schichtstruktur unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11; vor oder nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen ein Ausbilden eines elektrischen Kontakts an der Metalloberfläche.
  13. Verfahren zum Ausbilden eines Chipgehäuses, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Schichtstruktur unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11; vor oder nach dem Bilden der nukleophilen Gruppen ein elektrisch leitfähiges Verbinden des Chips mit der Metalloberfläche der Schichtstruktur, und Anordnen eines Verkappungsmaterials, das zumindest teilweise den Chip und die Schichtstruktur verkappt, wobei das Gehäusematerial kovalent an die Silanschicht gebunden ist.
  14. Schichtstruktur, umfassend: eine Metalloberfläche; nukleophile Gruppen, die an der Metalloberfläche befestigt sind; eine organische Schicht, die kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist, wobei die organische Schicht mindestens ein organisches Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan; (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin; Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan; Aminopropyltrimethoxysilan; (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan; Bis(triethoxysilylpropyl)amin; Bis(trimethoxysilylpropyl)amin; N,N'-Bis(3-(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin; Bis(triethoxysilyl)ethan; 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazol; 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3 -Mercaptopropyltriethoxysilan.
  15. Schichtstruktur, umfassend: eine Metalloberfläche; eine Oxidschicht, die auf der Metalloberfläche per Atomlagenabscheidung ausgebildet ist, wobei die Oxidschicht nukleophile Gruppen umfasst; eine organische Schicht, die auf der Oxidschicht ausgebildet ist, wobei die organische Schicht Silan umfasst oder daraus besteht und kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  16. Schichtstruktur nach Anspruch 15, wobei zumindest ein Teil der nukleophilen Gruppen durch eine Plasmabehandlung mit einem wasserstoffhaltigen Plasma gebildet ist.
  17. Schichtstruktur nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Oxidschicht eine anorganische Oxidschicht ist.
  18. Schichtstruktur nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Oxidschicht mindestens ein Oxid umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid; Siliziumoxid; Hafniumoxid; Titanoxid und Zirconiumoxid und Mischungen daraus.
  19. Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Silan Ethoxygruppen oder Methoxygruppen umfasst, mit denen es kovalent an die nukleophilen Gruppen gebunden ist.
  20. Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Silan ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan; (3-Trimethoxysilylpropyl)diethylentriamin; Cycloamin-silan 2,2-Dimethoxy-1,6-diaza-2-silacyclooctan; Aminopropyltriethoxysilan; Aminopropyltrimethoxysilan; (Aminoethylaminomethyl)-Phenethyltrimethoxysilan; Bis(triethoxysilylpropyl)amin; Bis(trimethoxysilylpropyl)amin; N,N'-Bis(3 -(trimethoxysilyl)propyl)ethylendiamin; Bis(triethoxysilyl)ethan; 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3 -Mercaptopropyltriethoxysilan.
  21. Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei ein Metall, das die Metalloberfläche bildet, mindestens ein Metall umfasst oder ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Gold; Nickel; Nickel-Phosphor; Kupfer, Palladium; Aluminium; Titan; Zinn; Blei; Tantal; Germanium; Silber und Legierungen davon.
  22. Chipgehäuse, umfassend: einen Chip; die Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Chip elektrisch leitfähig mit der Metalloberfläche der Schichtstruktur verbunden ist, und ein Verkappungsmaterial, das zumindest teilweise den Chip und die Schichtstruktur verkappt, wobei das Gehäusematerial kovalent an die Silanschicht gebunden ist.
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