DE102019120872A1

DE102019120872A1 - Löten eines Leiters an eine Aluminiumschicht

Info

Publication number: DE102019120872A1
Application number: DE102019120872.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Heinrich; Ralf Otremba; Stefan Schwab
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-02-04
Also published as: US20210035945A1; US11424217B2; CN112310027A

Abstract

Eine Anordnung aus einem Leiter und einer Aluminiumschicht, die zusammengelötet sind, umfasst ein Substrat und die Aluminiumschicht, die über dem Substrat angeordnet ist. Das Aluminium bildet ein erstes Bondmaterial. Eine intermetallische Zusammensetzungsschicht ist über der Aluminiumschicht angeordnet. Eine Lotschicht ist über der intermetallischen Zusammensetzungsschicht angeordnet, wobei das Lot eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst. Der Leiter ist über der Lotschicht angeordnet, wobei der Leiter eine Lötoberfläche aufweist, die ein zweites Bondmetall umfasst. Die intermetallische Zusammensetzung umfasst Aluminium und das zweite Bondmetall und ist überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein die Technik des Lötens bei der Halbleitervorrichtungsherstellung, und insbesondere Aspekte des Lötens eines Leiters an eine Aluminiumschicht.
Hintergrund
Lötprozesse werden bei der Halbleitervorrichtungsherstellung für vielfache Zwecke einschließlich Chip-Bonden, Draht/Clip/Band-Bonden, Vorrichtungsbestückung usw. weitverbreitet benutzt. Eine Vielzahl von Lotmaterialien, Flussmitteln und Löttechniken ist verfügbar. Lötverfahren und Lötsubstanzen können einen hohen Einfluss auf Kosten, Ausbeute, Performance und Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung haben.
Während Draht-Bonden auf Aluminium (A1) ein weithin etablierter Prozess geworden ist, benötigt das Löten auf Aluminiumoberflächen die Anwendung von hochreaktiven Chemikalien (Flussmitteln), um die hochstabile Al₂O₃ Schicht auf Al zu entfernen. Derartige hochreaktive Chemikalien sind mit Standardprozessen der Halbleiterherstellung inkompatibel. Deshalb beschränkt sich das Löten auf Al Oberflächen heute auf Anwendungen außerhalb der Herstellungstechnologie von Halbleitervorrichtungen.
Zusammenfassung
Nach einem Aspekt der Offenbarung ist eine Anordnung aus einem Leiter und einer Aluminiumschicht, die zusammengelötet sind, beschrieben. Die Anordnung umfasst ein Substrat. Eine Aluminiumschicht ist über dem Substrat angeordnet, wobei das Aluminium der Aluminiumschicht ein erstes Bondmaterial bildet. Die Anordnung umfasst ferner eine intermetallische Zusammensetzungsschicht, die über der Aluminiumschicht angeordnet ist, und eine Lotschicht, die über der intermetallischen Zusammensetzungsschicht angeordnet ist, wobei das Lot der Lotschicht eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst. Der Leiter ist über der Lotschicht angeordnet. Der Leiter weist eine Lötoberfläche auf, die ein zweites Bondmetall umfasst. Die intermetallische Zusammensetzung der intermetallischen Zusammensetzungsschicht umfasst Aluminium und das zweite Bondmetall und ist überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente.
Nach einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiumschicht auf einem Substrat beschrieben. Zumindest ein Teil einer Aluminiumoxidschicht, die die Aluminiumschicht bedeckt, wird entfernt. Eine Schutzschicht wird über der Aluminiumschicht angebracht, um eine Regeneration einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumschicht zu verhindern. Lot wird zwischen der Schutzschicht und dem Leiter platziert, wobei das Lot eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst und der Leiter eine Lötoberfläche hat, die ein zweites Bondmetall umfasst. Der Leiter wird durch Erhitzen der Anordnung auf eine Löttemperatur, um die niedrigschmelzende Majoritätskomponente zu schmelzen, an die Aluminiumschicht gelötet. Die Schutzschicht wird zumindest teilweise in dem geschmolzenen Lot aufgelöst. Das zweite Bondmetall wird von der Lötoberfläche zu der Aluminiumschicht zu transportiert. Eine intermetallische Zusammensetzungsschicht wird über der Aluminiumschicht gebildet, wobei die intermetallische Zusammensetzung der intermetallischen Zusammensetzungsschicht Aluminium als ein erstes Bondmetall und das zweite Bondmetall umfasst und überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente ist.
Figurenliste
Die Elemente der Zeichnungen sind zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechende, ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden können, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen und/oder können weggelassen werden, sofern sie nicht als notwendigerweise benötigt beschrieben sind. Ausführungsformen sind in den Zeichnungen gezeigt und sind in der folgenden Beschreibung exemplarisch detailliert.

1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Anordnung eines Leiters und einer Aluminiumschicht auf einem Substrat zeigt, die zusammengelötet sind.
2 zeigt ein Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Bild im Querschnitt, dass zwei intermetallische Phasen einer intermetallischen Zusammensetzungsschicht aus AlCu zeigt, die zwischen einer Al Schicht und einer Lotschicht gebildet sind.
3A-3D zeigen Rasterelektronenmikroskop- (REM) -Bilder im Querschnitt, die ohne (3A) und mit Bildbearbeitung ( 3B-3D) erhalten wurden, um eine Beispielanordnung einer Zinkat-behandelten Al Schicht zu demonstrieren, die mit einem Pb Lot verlötet ist.
4A-4D zeigen Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Bilder im Querschnitt, die ohne (4A) und mit Bildbearbeitung ( 4B-4D) erhalten wurden, um eine Beispielanordnung einer Zinkat-behandelten Al Schicht zu demonstrieren, die mit einem Sn/Sb Lot verlötet ist.
5 zeigt eine Querschnittansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines Leiters und einer Aluminiumschicht zeigt, die zusammengelötet sind, wobei der Leiter ein Chipträger oder ein Clip ist und die Aluminiumschicht eine Chipelektrode ist.
6 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein beispielhaftes Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiumschicht auf einem Substrat zeigt.
7A-7D zeigen schematische Querschnittdarstellungen von Stadien eines Lötprozesses, wobei eine initiale Zinkat-Behandlung der Aluminiumoxidschicht benutzt wurde.
8A-8D zeigen schematische Querschnittdarstellungen von Stadien eines Lötprozesses, wobei eine initiale Halogenier-Behandlung der Aluminiumoxidschicht benutzt wurde.

Detaillierte Beschreibung
Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen exemplarischen Ausführungsformen und Beispiele miteinander kombiniert werden können, solange nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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 Umfang der vorliegenden Beschreibung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, ist beabsichtigt, dass die Begriffe „gebondet“, „angebracht“, „verbunden“, „gekoppelt“ und/oder „elektrisch verbunden/elektrisch gekoppelt“ nicht bedeuten sollen, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander kontaktiert sein müssen; zwischenliegenden Elemente oder Schichten zwischen den „gebondeten“, „angebrachten“, „verbundenen“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen können vorhanden sein. Gemäß der Offenbarung können die vorstehend erwähnten Begriffe optional jedoch auch die spezielle Bedeutung haben, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander kontaktiert sind, d.h. dass jeweils keine zwischenliegenden Elemente oder Schichten zwischen den „gebondeten“, „angebrachten“, „verbundenen“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen vorhanden sind.
Ferner kann das Wort „über“, verwendet bezogen auf ein Teil, Element oder eine Materialschicht, die „über“ einer Oberfläche gebildet oder angeordnet sind, hier verwendet werden um zu bedeuten, dass das Teil, Element oder die Materialschicht „direkt auf“, beispielsweise in direktem Kontakt mit der bezeichneten Oberfläche lokalisiert (beispielsweise abgelegt, gebildet, vorgesehen, angeordnet, abgeschieden, usw.) ist. Das Wort „über“, verwendet in Bezug auf ein Teil, Element oder eine Materialschicht, die „über“ einer Oberfläche lokalisiert ist, kann hier verwendet werden um zu bedeuten, dass das Teil, Element oder die Materialschicht „indirekt auf“ der betrachteten Oberfläche lokalisiert (beispielsweise abgelegt, gebildet, vorgesehen, angeordnet, abgeschieden, usw.) ist, wobei ein oder mehrere zusätzliche Teile, Elemente oder Schichten zwischen der betrachteten Oberfläche und dem Teil, Element oder der Materialschicht angeordnet sind.
Ferner bedeutet eine „Legierung aus X“ (einschließlich weiterer Komponenten Y, Z, ...), dass X die Majoritätskomponente der Legierung ist, d.h. dass der Anteil von X in %Gew (Prozentsatz des Gewichts) 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. Dasselbe gilt für Lotzusammensetzungen.
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 (d.h. eine geschlossene Zusammensetzung). Das heißt, im zweiten Fall bedeutet die Schreibweise XY, dass die Legierung XY eine Zusammensetzung bestehend aus X (von dem Prozentsatz des Gewichtes von X) und Y (von dem Prozentsatz des Gewichtes von Y), der Rest lediglich unvermeidbare Elemente, hat. Die Schreibweise XYZ... hat eine analoge Bedeutung, d.h. eine „offene Zusammensetzung“ oder eine „geschlossene Zusammensetzung“, wobei hierbei X, Y, Z die einzigen Bestandteile der Legierung (bis auf unvermeidbare Elemente) bilden. Dasselbe gilt für Lotzusammensetzungen.
Hierin beschriebene Ausführungsformen können verwendet werden, um Halbleitersubstrate wie beispielsweise Halbleiterchips oder Halbleiterwafer, die elektrisch leitende Elektroden haben welche eine Aluminiumschicht (auch als eine Aluminiummetallisierungsschicht bezeichnet) umfassen, an einen Metallleiter zu löten.
Wie in der Technik bekannt ist, ist eine Aluminiummetallisierung durch eine hochstabile Al₂O₃-Schicht bedeckt. Al₂O₃ weist eine freie Bildungsenthalpie von ΔGf⁰ = -1582.3 kJ/mol auf. Dieses hochstabile Oxid kann nur durch hochreaktive Chemikalien, beispielsweise starke und aggressive Flussmittelsysteme, entfernt werden. Solche starken und aggressiven Flussmittelsysteme führen zu strukturellen Schäden und/oder Zuverlässigkeitsproblemen aufgrund von Flussmittelrückständen, die ein signifikantes Korrosionsrisiko aufgrund von beteiligten chemischen Zusammensetzungen wie beispielsweise HCl und/oder HF und/oder H₂SO₄ ergeben. Auf der anderen Seite sind Lotpasten, die Flussmittel enthalten, die üblicherweise beim Halbleiterlöten verwendet werden, wie etwa schwach aktivierte Flussmittel basierend auf Kolophonium oder anderen organischen Säuren (beispielsweise Malonsäure oder Oxalsäure) nicht in der Lage, die hochstabile Al₂O₃-Schicht von der Aluminiummetallisierung zu entfernen.
Ferner erlaubt eine bloße Aluminiumoberfläche aufgrund der hohen Bildungsrate von Al₂O₃ auf bloßem Aluminium Löten unter Luft nur in einem engen Zeitrahmen.
Die Verwendung einer speziellen Lötausrüstung mit Wasserstoff oder Ameisensäure ist ebenfalls keine Option, da die Reduktion von Al₂O₃ aufgrund der hohen thermodynamischen Stabilität von Al₂O₃ einen sehr niedrigen Sauerstoffgrad und hohe Temperaturen erfordert.
Mehrere Verfahren zum Bereitstellen einer lötbaren Aluminiumschicht vor oder während des Lötens eines Leiters oben auf eine Aluminiumschicht werden im Folgenden beschrieben. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Anordnung 100 eines Leiters 110 und einer Aluminiumschicht 140 auf einem Substrat 150, die zusammengelötet sind, zeigt.
Das Substrat 150 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat 150 sein. Das Halbleitersubstrat 150 kann ein Halbleitermaterial wie beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, InGaAs, InAlAs, usw. umfassen oder sein. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 150 eine Wafer oder ein Chip sein.
Insbesondere kann das Halbleitersubstrat 150 einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (ICs) enthalten. Die ICs können monolithisch in dem Halbleitersubstrat 150 implementiert sein. Die ICs können Leistungs-ICs wie beispielsweise Leistungstransistoren, Leistungsdioden oder Leistungs-System-auf-Chip (SoC), wie beispielsweise ein Leistungsverstärker usw., sein. Obgleich diese Offenbarung nicht auf Leistungsanwendungen beschränkt ist, können Leistungsvorrichtungen, die auf den hier beschriebenen Prinzipien basieren, von besonderem Interesse sein, da Lotverbindungen hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen den zusammengelöteten Teilen herbeiführen.
Das Substrat 150 ist von der Aluminiumschicht 140 bedeckt. Die Aluminiumschicht 140 muss nicht allein aus Aluminium bestehen, sondern kann eine Aluminiumlegierung sein, d.h. kann Bestandteile von beispielsweise Si und/oder Cu und/oder Mg und/oder SiCu und/oder anderen Elementen wie beispielsweise Ti, Zn usw. enthalten. Beispielsweise kann die Aluminiumschicht eine AlCuSi Legierung enthaltend beispielsweise 0%Gew ≤ Cu ≤ 5%Gew and 0%Gew ≤ Si ≤ 1%Gew sein. Beispielsweise kann die Aluminiumschicht 150 eine 98.5Al-1.0Si-0.5Cu (d.h. 98,5%Gew von Al, 1,0%Gew von Si, 0,5%Gew von Cu) Aluminiumlegierung sein. Eine Schicht von irgendeiner solchen Aluminiumlegierung, insbesondere AlCu, AlSiCu, AlTiCu, AlMg, AlSi oder AlMgSiZn, wird hier ebenfalls als eine „Aluminiumschicht“ bezeichnet.
Die Aluminiumschicht 140 kann glatt oder geraut sein.
Die Aluminiumschicht 140 kann eine Vorderseitenmetallisierung oder eine Rückseitenmetallisierung des Halbleitersubstrats 150 (beispielsweise eines Halbleiterchips) sein. Beispielsweise kann die Aluminiumschicht 140 eine Lastelektrode (beispielsweise Drain-Elektrode oder Source-Elektrode) eines Halbleiterleistungschips sein, der von dem Substrat 150 repräsentiert wird.
Die Aluminiumschicht 140 ist über eine Lotschicht 120 und eine intermetallische Zusammensetzungsschicht 130, die im Folgenden detaillierter beschrieben werden wird, an den Leiter 110 gelötet. Der (elektrische) Leiter 110 kann beispielsweise ein Clip, ein Leadframe oder eine Wärmesenke sein. Der elektrische Leiter 110 kann ausgelegt sein, einen hohen elektrischen Strom über die Lotschicht 120, die intermetallische Zusammensetzungsschicht 130 und die Aluminiumschicht 140 zu dem Substrat 150 und beispielsweise zu einem IC, der in dem Substrat 150 implementiert ist, zu liefern.
Der Leiter 110 weist eine Lötoberfläche 110A auf, die ein zweites Bondmetall umfasst oder aus diesem gemacht ist. Die Lötoberfläche 110A kann die Lotschicht 120 direkt kontaktieren. Die Lötoberfläche 110A kann aus demselben Metallmaterial gemacht sein wie der Leiter 110 (beispielsweise kann sie die bloße Oberfläche des Leiters 110 sein) oder kann eine Oberfläche einer speziellen Lotverbindungsschicht sein, die auf den Leiter 110 plattiert ist. In dem letzteren Fall kann der Leiter 110 dann aus einem von dem zweiten Bondmetall unterschiedlichen Material gemacht sein, da die Lotverbindungsschicht die Lötoberfläche 110A bereitstellt.
In verschiedenen hier beschriebenen Beispielen ist das zweite Bondmetall Cu oder eine Legierung basierend auf Cu und kann beispielsweise ebenfalls das Vollmaterial des Leiters 110 bilden. In anderen Ausführungsformen ist das zweite Bondmetall jedoch Ni, Ag, Fe, Au, Pt, Pd, Mn, Zn, Si, Cr, V, Mg oder eine Legierung basierend auf irgendeinem dieser Metalle (beispielsweise AuAg, NiP, MgSiZn) und kann oder kann nicht das Vollmaterial des Leiters 110 bilden (das beispielsweise weiterhin aus Cu, Legierung42(Fe/Ni), Ni, Ag, Fe, FeC (Stahl) oder sogar Al) besteht. Das zweite Bondmetall ist jedoch unterschiedlich von Ag als eine Majoritätskomponente, das für hier beschriebene Ausführungsformen nicht geeignet ist.
Die Lötoberfläche 110A des Leiters 110 kann glatt oder geraut sein.
Wie in 1 gezeigt ist die elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Leiter 110 und der Aluminiumschicht 140 aus einem System von wenigstens zwei Schichten gebildet, nämlich einer intermetallischen Zusammensetzungs- (IMC) -Schicht 130, die über der Aluminiumschicht 140 angeordnet ist, und einer Lotschicht 120 oben auf der IMC-Schicht 130.
Die IMC der IMC-Schicht 130 umfasst Aluminium und das zweite Bondmetall oder ist daraus gebildet. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben ist, wurde das zweite Bondmetall während des Lötprozesses durch das Lot der Lotschicht 120 zu der Grenzfläche zwischen dem Lot und dem Aluminium transportiert. An dieser Grenzfläche erfahren das Aluminium (erstes Bondmetall) von der Aluminiumschicht 140 und das zweite Bondmetall (von der Lötoberfläche 110A des Leiters 110) eine chemische Reaktion, um eine neue chemische Zusammensetzung, nämlich die IMC, zu bilden.
Mit anderen Worten hat die Lotschicht 120 die Funktion, das zweite Bondmetall von der Lötoberfläche 110A des Leiters 110 zu der Aluminiumschicht 140 zu transportieren, wo die IMC (und damit die IMC-Schicht 130) gebildet wird. Der Transport- (oder Diffusions-) Prozess des zweiten Bondmetalls durch die Lotschicht 120 ist in 1 von einem gestrichelten Pfeil A angezeigt.
Das Lot der Lotschicht 120 kann beispielsweise auf Pb, Sn, Bi, Ga oder In basieren. Dies bedeutet, dass die niedrigschmelzende Majoritätskomponente des Lots jeweils Pb, Sn, Bi, Ga oder In sein kann. Es ist zu bemerken, dass alle diese Metalle nicht an der Bildung der IMC an der Grenzfläche zwischen der Aluminiumschicht 140 und der Lotschicht 120 partizipieren. Deshalb ist die IMC der IMC-Schicht 130 überwiegend (oder mit der Ausnahme von geringen restlichen Anteilen von beispielsweise weniger als 5%Gew, 1%Gew, 0,5%Gew oder 0,1%Gew) oder vollständig frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente des Lots der Lotschicht 120. Lote basierend auf Zn (als eine Majoritätskomponente) sind nicht anwendbar, da intermetallische Phasen zwischen Al und Zn gebildet werden.
Durch Verwendung geeigneter Kombinationen des ersten Bondmetallmaterials und des Lots ist es deshalb möglich, eine IMC-Schicht 130 zu erhalten, die überwiegend (oder beispielsweise sogar vollständig) frei von nicht nur der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente des Lot ist sondern auch (optional) überwiegend (oder beispielsweise sogar vollständig) frei von irgendeiner der niedrigschmelzenden Komponenten des Lots ist. Als Beispiel, wenn ein PbSnAg Lot verwendet wird, ist die IMC der IMC-Schicht 130 frei von Pb und Sn und Ag, d.h. ist komplett oder überwiegend (oder zumindest mit der Ausnahme von geringen restlichen Anteilen von beispielsweise weniger als 5%Gew, 1%Gew, 0, 5%Gew oder 0, 1%Gew) frei von jeglichen der niedrigschmelzenden Metallkomponenten des Lots (und kann beispielsweise auch frei von allen Komponenten des Lots sein). In ähnlicher Weise, wenn ein SnSb Lot verwendet wird (beispielsweise 85Sn-15Sb, d.h. 85%Gew von Sn, 15%Gew von Sb), ist die IMC der IMC-Schicht 130 vollständig oder überwiegend (beispielsweise innerhalb der oben genannten exzeptionellen Restgrenzen) frei von Sn und Sb. Darüber hinaus, wenn ein Lot verwendet wird, dass aus SnSbAg besteht oder dieses umfasst, ist die IMC der IMC-Schicht 130 vollständig oder überwiegend (beispielsweise innerhalb der oben genannten exzeptionellen Restgrenzen) frei von Sn, Sb und Ag.
Im Folgenden werden Lotlegierungen gelistet, die in Hinblick auf diese Offenbarung geeignet sind:

Lote basierend auf Pb mit einer oder mehreren Komponenten von Metallen aus der Gruppe bestehend aus Sn, In, Bi, Ga, Sb, Cd, Ag, Au, Pt. Beispielsweise PbSn, PbSnAg, PbSnIn, PbSnBi, PbSnInBi, PbSnInAg, PbIn, PbInAg, PbInSb, PbSb oder PbBi.
Lote basierend auf Bi mit einer oder mehreren Komponenten von Metallen aus der Gruppe bestehend aus Sn, In, Sb, Cd, Ag, Au, Pt, Pd. Beispielsweise BiSn, BiSb, or BiIn.
Lote basierend auf Sn mit einer oder mehreren Komponenten von Metallen aus der Gruppe bestehend aus In, Bi, Ga, Sb, Cd, Ag, Au, Pt, Pd. Beispielsweise SnAg (3-10%Gew), SnAu, SnIn, SnInAg, SnSb, SnSbAg oder SnAu.
Lote basierend auf In, beispielsweise InCd.

Das anfängliche Lotmaterial, das verwendet wird (das heißt das Lotmaterial zum Zeitpunkt bevor die Lotverbindung aufgebaut ist), kann frei von dem zweiten Bondmetall sein, was bedeutet, dass sämtliches zweites Bondmetall, das für die IMC der IMC-Schicht 130 bereitgestellt wird, von der Lötoberfläche 110A des Leiters 110 kommt. In anderen Ausführungsformen kann das anfängliche Lotmaterial einen bestimmten Anteil des zweiten Bondmetalls enthalten. In diesem Fall ist jedoch die Menge von zweitem Bondmetall (beispielsweise Cu) in der Lotschicht 120 nicht ausreichend, um die IMC der IMC-Schicht 130 zu bilden. D.h., der Transportprozess des zweiten Bondmetalls durch die Lotschicht 120 ist erforderlich, um die IMC-Schicht 130 zu bilden.
In der in 1 gezeigten Anordnung 100, selbst wenn das anfängliche Lotmaterial keinerlei zweites Bondmetall enthält, können aufgrund des Transportprozesses (siehe Pfeil A) durch die Lotschicht 120 Rückstände des zweiten Bondmetalls in der Lotschicht 120 gefunden werden.
Die Lotschicht 120 kann eine Dicke D1 im Bereich von 2 µm bis 100 µm haben. Da die Grenze zwischen der IMC-Schicht 130 und der Lotschicht 120 uneben (wie dies weiter unten gezeigt wird) sein kann, ist die Dicke D1 als eine mittlere Dicke der Lotschicht 120 zu verstehen.
Die Lotschicht 120 kann eine Weichlotschicht sein. In diesem Fall kann die Dicke D1 der Lotschicht 120 beispielsweise in einem Bereich zwischen 50 µm und 100 µm, und/oder insbesondere gleich oder größer oder kleiner als 60 µm, 70 µm, 80 µm oder 90 µm sein.
In anderen Ausführungsformen kann die Lotschicht 120 eine Diffusionslotschicht sein. In diesem Fall kann die Dicke D1 der Lotschicht 120 beispielsweise in einem Bereich zwischen 2 µm und 7 µm und/oder insbesondere gleich oder größer oder kleiner als 3 µm, 4 µm, 5 um oder 6 µm sein. Eine Diffusionslotschicht 120 ist dadurch charakterisiert, dass sämtliches Lot der Diffusionslotschicht 120 eine chemische Reaktion erfährt, um eine intermetallische Phase zu bilden. Beispielsweise, wenn das Lot der Diffusionslotschicht 120 auf Sn basiert, bilden eine oder mehrere intermetallische Phasen von Sn und dem zweiten Bondmetall das Lot der Lotschicht 120 oder sind in diesem enthalten. Beispielsweise, wenn das zweite Bondmetall Cu ist, kann das Lot der Lotverbindungsschicht 120 von 6Cu-5Sn und/oder 3Cu-1Sn gebildet sein.
Die IMC-Schicht 130 kann eine dicke D2 aufweisen, die von beispielsweise 2b bis zehn b reicht. Da die Grenze zwischen der IMC-Schicht 130 und sowohl der Aluminiumschicht 140 und der Lotschicht 120 und eben sein kann (wie dies weiter unten gezeigt wird), ist die dicke D2 als eine mittlere Dicke der IMC-Schicht 130 zu verstehen.
Die IMC kann eine oder mehrere unterschiedliche intermetallische Phasen von Aluminium und dem zweiten Bondmetall umfassen. 2 zeigt ein Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Bild als Querschnittansicht, dass beispielsweise zwei intermetallische Phasen einer IMC-Schicht 130 aus AlCu zeigt, die zwischen der Aluminiumschicht 140 und der Lotschicht 120 gebildet sind. Die IMC-Schicht 130 umfasst hier eine Schicht 130_1 einer ersten intermetallischen Phase und eine Schicht 130_2 einer zweiten intermetallischen Phase.
Die erste intermetallische Phase, die die erste intermetallische Phase der Schicht 130_1 bildet, ist eine aluminiumreiche Phase und die zweite intermetallische Phase, die die zweite intermetallische Phase der Schicht 130_2 bildet, ist eine aluminiumverdünnte Phase. Die aluminiumreiche Schicht 130_1 der ersten intermetallischen Phase kann sich direkt oben auf der Aluminiumschicht 140 befinden, während die aluminiumverdünnte Schicht 130_2 der zweiten intermetallischen Phase sich benachbart der Lotschicht 120 befinden kann. Aluminiumreich kann bedeuten, dass Aluminium die Majoritätskomponente in der aluminiumreichen Schicht 130_1 der ersten intermetallischen Phase bildet. Aluminiumverdünnt bedeutet, dass der Gehalt von Aluminium in der zweiten intermetallischen Phase geringer als der Gehalt von Aluminium in der ersten aluminiumreichen intermetallischen Phase ist. Die aluminiumverdünnte Schicht 130_2 der zweiten intermetallischen Phase kann eine zweite Bondmetall-reiche Schicht sein, das heißt das zweite Bondmetall kann die Majoritätskomponente in der aluminiumverdünnten Schicht 130_2 der zweiten intermetallischen Phase bilden.
Beispielsweise kann die erste Schicht 130_1 der ersten intermetallischen Phase 2Al1Cu enthalten oder daraus bestehen und/oder die Schicht 130_2 der zweiten intermetallischen Phase kann 4Al9Cu enthalten oder daraus bestehen.
2 zeigt ferner, dass die Dicke D2 der intermetallischen Zusammensetzungsschicht 130 gleich oder größer als eine Dicke D3 der Aluminiumschicht 140 sein kann. Beispielsweise kann die Dicke D3 beispielsweise von 1 µm bis 5 µm reichen, während D2 in dem oben erwähnten Bereich liegen kann und/oder insbesondere gleich oder größer als oder kleiner als 3 µm, 5 µm, 7 µm oder 9 µm sein kann.
2 zeigt ferner mögliche Rückstände 120_1, 120_2 von Cu (oder, allgemeiner, von dem zweiten Bondmetall), die in der Lotschicht 120 während des Verfestigungsprozesses zurückblieben.
3A zeigt ein REM-Bild in Querschnittsansicht einer Lotschicht 120, die über einer intermetallischen Zusammensetzungsschicht 130 gebildet ist, einer Aluminiumschicht 140 und eines Substrats 150. Um besser zwischen diesen Schichten unterscheiden zu können, sind bildverarbeitete Darstellung der 3A in den 3B bis 3D gezeigt. Genauer gesagt zeigt 3B allein die Aluminiumschicht 140 der 3A, 3C zeigt allein die intermetallische Zusammensetzungsschicht 130 der 3A und 3D zeigt allein die Lotschicht 120 der 3A. Wiederum ist aus einem Vergleich der 3B und 3C ersichtlich, dass die intermetallische Zusammensetzungsschicht 130 dicker als die Aluminiumschicht 140 sein kann. Die Grenzfläche zwischen der IMC-Schicht 130 und der Lotschicht 120 kann wellig oder uneben statt eben sein. Die zwei intermetallischen Phasenschichten 130_1 und 130_2 der IMC-Schicht 130 sind in 3C sichtbar und sind durch unterschiedliche Schraffuren und eine Trennlinie hervorgehoben. Ferner kann, wie aus 3D ersichtlich, das Lot der Lotschicht 120 eine etwas inhomogene Struktur aufweisen, d.h. kann verteilte Anteile des zweiten Bondmetalls (beispielsweise Cu) enthalten.
Das REM-Bild der 4A ist identisch mit dem REM-Bild der 2. Die 4B bis 4D wurden jeweils auf dieselbe Weise wie die 3B bis 3D erhalten, d.h. durch Bildbearbeitung der 4A. D.h., die 4B zeigt nur die Aluminiumschicht 140, die 4C zeigt nur die IMC-Schicht 130 (die wiederum die IMC-Phasenschichten 130_1 und 130_2 enthält) und die 4D zeigt nur die Lotschicht 120 (die die zweiten Bondmetall-Rückstände 120_1, 120_2 enthält) der Anordnung.
In 3A bis 3D und 4A bis 4D weist die Aluminiumschicht 140 eine Dicke D3 von beispielsweise 3,2 µm auf. Die ursprüngliche Aluminiumoxidschicht wurde durch eine Zinkat-Behandlung der Aluminiumoxidschicht vor dem Löten entfernt. Dieser Prozess wird im Folgenden detaillierter beschrieben. Bezugnehmend auf die 3A bis 3D wurde ein Zinkat-Prozess von 20 Sekunden vor dem Löten angewandt, während in den 4A bis 4D eine Zinkat-Behandlung von 5 Sekunden verwendet wurde. In den 3A bis 3D wurde ein Pb Lot (spezieller PbSnAg) verwendet, während die 4A bis 4D unter Verwendung eines Sn/Sb Lots (spezieller eines SnSbAg Lots) erhalten wurden.
Allgemein kann Löten wie es hier beschrieben wird auf einer Aluminiumschicht 140 ausgeführt werden, die beispielsweise eine Elektrode auf einem das Substrat 150 bildenden Wafer oder Chip umfasst. 5 zeigt eine exemplarische Anordnung 500 eines Halbleiterchips 550 (der das Substrat 150 repräsentiert). In diesem Fall kann die Aluminiumschicht 140 von einer ersten Elektrode 540_1 an einer oberen Oberfläche des Halbleiterchips 550 gebildet sein und/oder kann von einer zweiten Elektrode 540_2 an einer unteren Oberfläche des Halbleiterchips 550 gebildet sein, oder beides. Eine der Elektroden 540_1, 540_2, in der exemplarischen Anordnung 500 die erste Elektrode 540_1, kann an den Leiter 110 angelötet sein, der in der in 5 gezeigten Anordnung 500 durch einen Clip 510_1 repräsentiert ist. Alternativ oder in Kombination kann die zweite Elektrode 540_2 an einen Leiter 110 angelötet sein, der in der Anordnung 500 durch einen Leadframe 510 2 repräsentiert ist. Ferner können andere Typen von Leitern an die Elektroden 540_1 und/oder 540_2 zwei des Halbleiterchips 550 angelötet sein, beispielsweise eine Wärmesenke, ein Band, usw.
Der Halbleiterchip 550 kann beispielsweise ein Leistungschip, wie beispielsweise ein Leistungstransistor, sein. Die erste und/oder zweite Elektrode 540_1, 540_2 kann eine Lastelektrode, beispielsweise eine Drain-Elektrode und/oder eine Source-Elektrode des Halbleiterchips 550 sein. Die ersten und zweiten Elektroden 540_1, 540_2 können nacheinander oder gleichzeitig an die Leiter 110, beispielsweise an den Clip 510_1 und den Leadframe 510_2, angelötet werden.
Bezugnehmend auf das Flussdiagramm der 6 wird bei S1 eine Aluminiumoxidschicht, die die Aluminiumschicht bedeckt, zumindest teilweise entfernt.
Bei S2 wird eine Schutzschicht über der Aluminiumschicht angebracht, um eine Regeneration einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumschicht zu verhindern. Wie unten detaillierter beschrieben wird können S1 und S2 durch eine Zinkat-Behandlung der Aluminiumoxidschicht oder durch ein Halogenieren der Aluminiumoxidschicht oder durch eine kombinierte Zinkat- und Halogenier-Behandlung der Aluminiumoxidschicht vorgenommen werden.
Bei S3 wird Lot beispielsweise auf die Schutzschicht platziert, so dass es sich zwischen der Schutzschicht und dem Leiter befindet, wobei das Lot eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst und der Leiter eine Lötoberfläche hat, die ein zweites Bondmetall umfasst.
Der Lötprozess wird bei S4 ausgeführt. Der Leiter wird an die Aluminiumschicht durch Erhitzen der Anordnung auf eine Löttemperatur, um die niedrigschmelzende Majoritätskomponente des Lots zu schmelzen und zumindest teilweise die Schutzschicht in dem geschmolzenen Lot zu lösen, angelötet. Das zweite Bondmetall wird von der Lötoberfläche des Leiters zu der Aluminiumschicht transportiert, wobei eine IMC-Schicht über der Aluminiumschicht gebildet wird. Die IMC der intermetallischen Verbindung umfasst oder besteht aus Aluminium als ein erstes Bondmetall und dem zweiten Bondmetall und ist (überwiegend oder vollständig) frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente des Lots.
Wie vorher erwähnt, kann die IMC der IMC-Schicht sogar (überwiegend oder vollständig) frei von jeglicher niedrigschmelzende Komponente des Lots sein.
Bezugnehmend auf die 7A bis 7D werden Stadien eines Prozesses bei Verwendung einer anfänglichen Zinkat-Behandlung der Aluminiumoxidschicht beispielhaft beschrieben. 7A illustriert eine Aluminiumschicht 140, die durch eine dünne Aluminiumoxidschicht 745 bedeckt ist.
Eine dünne Zn Schicht 750 wird dann über der Aluminiumoxidschicht 745 abgelagert. In einem Austauschprozess mit der Aluminiumoxidschicht 745 wird das Aluminiumoxid dann durch eine Zn Schicht 750 und eine ZnO Schicht 755 substituiert. Die Substitution der Aluminiumoxidschicht 745 wird durch die freie Bildungsenthalpie von ΔGf⁰ = -320,5 kJ/mol von ZnO, verglichen mit ΔGf⁰ = -1582,3 kJ/mol von Aluminiumoxid (Al₂O₃), bewirkt. Dies ist zu vergleichen mit der freie Bildungsenthalpie von Kupferoxid (beispielsweise CuO, Cu₂O) , die ΔGf⁰ <= -147,9 kJ/mol ist.
Die ZnO Schicht 755 und die Zn Schicht 750 bilden eine Schutzschicht über der Aluminiumschicht 140, die die Aluminiumschicht 140 gegen Oxidation schützt, d.h. die die Regeneration einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumschicht 140 verhindert.
Wie in 7C gezeigt wird dann Lot 720 über der Schutzschicht oder genauer über der ZnO Schicht 755 abgelagert. Das Lot 720 kann mit einem Standard-Flussmittel aktiviert sein, d.h. mit einem Flussmittel, das für die Aktivierung von Kupferoxid während des Aufschmelzlötens verwendet wird, und somit die Benetzung der Aluminiumschicht 140 durch das geschmolzene Lot 720', siehe 7D, ermöglicht. Während des Erhitzens des Lots 720 auf eine Löttemperatur wird das Lot 720 (oder zumindest die niedrigschmelzende Majoritätskomponente des Lots 720) geschmolzen und die Schutzschicht 750, 755 wird zumindest teilweise in dem geschmolzenen Lot 720' aufgelöst.
8A bis 8D zeigen Stadien eines Lötprozesses, der eine anfängliche Halogenier-Behandlung der Aluminiumoxidschicht 745 verwendet, um die Schutzschicht herbeizuführen, die die Reoxidation der Aluminiumschicht 140 verhindert. Genauer kann die Substitution der Aluminiumoxidschicht 745 die Anwendung eines Halogenids über beispielsweise einen Plasmaprozess auf die Aluminiumoxidschicht 745 umfassen. Ein Halogenieren der Aluminiumoxidschicht 745 erzeugt eine halogenierte Aluminiumoxidschicht 850, siehe 8B. Die halogenierte Aluminiumoxidschicht 850 bildet eine Schutzschicht über der Aluminiumschicht 140, um eine Regeneration einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumschicht 140 zu verhindern.
Dann wird, wie in 8C dargestellt, Lot 720 auf die halogenierte Aluminiumoxidschicht 850 abgelagert und Wärme wird angewendet, um das Lot 720 aufzuschmelzen. Wiederum kann das Lot mit einem Standard-Flussmittel aktiviert sein, dass für die Aktivierung von Kupferoxid während eines Lotaufschmelzens verwendet wird, um somit eine Benetzung der Aluminiumschicht 140 durch das geschmolzene Lot 720' wie in 8D gezeigt zu ermöglichen. Während des Erhitzens des Lots 720 auf eine Löttemperatur wird das Lot 720 (oder zumindest die niedrigschmelzende Majoritätskomponente des Lots 720) geschmolzen und die Schutzschicht (beispielsweise die halogenierte Aluminiumoxidschicht 850) wird zumindest teilweise in dem geschmolzenen Lot 720' gelöst.
Das Halogenieren der Aluminiumoxidschicht 850 kann beispielsweise ein Fluorieren der Aluminiumoxidschicht 150 umfassen, was zu der Bildung von Aluminiumfluorid oder Aluminiumhydrofluorid als eine halogenierte Oxidschicht 850 führt.
Um die in den 7A bis 7D und 8A bis 8D gezeigten Prozesse zusammenzufassen, kann eine Schutzschicht, die eine Aluminiumoberfläche bedeckt, die zumindest teilweise frei von Aluminiumoxid ist, Zinkat umfassen oder aus diesem bestehen (beispielsweise Zn/ZnO) und/oder Aluminiumfluorid und/oder Aluminiumhydrofluorid umfassen oder aus diesem bestehen, welche durch ein konventionelles Flussmittel aktiviert und während des Lotaufschmelzens in dem geschmolzenen Lot gelöst werden können.
Die folgenden Beispiele betreffen weitere Aspekte der Offenbarung:

Beispiel 1 ist eine Anordnung aus einem Leiter und einer Aluminiumschicht, die zusammengelötet sind, wobei die Anordnung umfasst: ein Substrat; die über dem Substrat angeordnete Aluminiumschicht, wobei das Aluminium der Aluminiumschicht ein erstes Bondmaterial bildet; eine intermetallische Zusammensetzungsschicht, die über der Aluminiumschicht angeordnet ist; eine Lotschicht, die über der intermetallischen Zusammensetzungsschicht angeordnet ist, wobei das Lot der Lotschicht eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst; und ein Leiter, der über der Lotschicht angeordnet ist, wobei der Leiter eine Lötoberfläche aufweist, die ein zweites Bondmetall umfasst, wobei die intermetallische Zusammensetzung der intermetallischen Zusammensetzungsschicht Aluminium und das zweite Bondmetall umfasst und überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente ist.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand des Beispiels 1 optional enthalten wobei die niedrigschmelzende Majoritätskomponente Pb, Sn, Bi, Ga oder In ist.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand des Beispiels 1 oder 2 optional enthalten wobei das zweite Bondmetall Cu, Mi, Ag, Fe, Au, Pt, Pd, Mn, Zn, Si, Cr, V, Mg, NiP oder AuAg ist.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei die intermetallische Zusammensetzung überwiegend frei von jeglichem niedrigschmelzenden Komponenten des Lots ist.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei die intermetallische Komponente zumindest zwei unterschiedliche intermetallische Phasen aus Aluminium und dem zweiten Bondmetall umfasst, wobei eine erste intermetallische Phase eine aluminiumreiche Phase ist und eine zweite intermetallische Phase eine aluminiumverdünnte Phase ist.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei die intermetallische Zusammensetzungsschicht eine Dicke von gleich oder größer als eine Dicke der Aluminiumschicht hat.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei die Lotschicht eine Weichlotschicht ist.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand eines der Beispiele 1 bis 6 optional enthalten wobei die Lotschicht eine Diffusionslotschicht ist.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand des Beispiels 8 optional enthalten wobei das Diffusionslot eine oder mehrere intermetallische Phasen aus Sn und dem zweiten Bondmetall aufweist.
In Beispiel 10 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei das Lot PbSnAg, SnPb, SnSbAg, PbIn oder SnAgCu aufweist.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei das Substrat ein Wafer oder ein Chip ist.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand des Beispiels 11 optional enthalten wobei die Aluminiumschicht zumindest eine Elektrode des Wafers oder des Chips bildet.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional enthalten wobei der Leiter ein Clip, ein Leadframe oder eine Wärmesenke ist.
Beispiel 14 ist ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiumschicht auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: zumindest teilweises Entfernen einer Aluminiumoxidschicht, die die Aluminiumschicht bedeckt; Anbringen einer Schutzschicht über der Aluminiumschicht, um eine Regeneration einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumschicht zu verhindern; Platzieren von Lot zwischen der Schutzschicht und dem Leiter, wobei das Lot eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst und der Leiter eine Lötoberfläche hat, die ein zweites Bondmetall umfasst; und Löten des Leiters an die Aluminiumschicht durch Erhitzen der Anordnung auf eine Löttemperatur, um die niedrigschmelzende Majoritätskomponente zu schmelzen, zumindest teilweise die Schutzschicht in dem geschmolzenen Lot aufzulösen und das zweite Bondmetall von der Lötoberfläche zu der Aluminiumschicht zu transportieren, und Bilden einer intermetallischen Zusammensetzungsschicht über der Aluminiumschicht, wobei die intermetallische Zusammensetzung der intermetallischen Zusammensetzungsschicht Aluminium als ein erstes Bondmetall und das zweite Bondmetall umfasst und überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente ist.
In Beispiel 15 kann der Gegenstand des Beispiels 14 optional enthalten wobei das Entfernen der Aluminiumoxidschicht und das Anbringen der Schutzschicht eine Zinkat-Behandlung der Aluminiumoxidschicht umfasst.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand des Beispiels 14 oder 15 optional enthalten wobei das Entfernen der Aluminiumoxidschicht und das Anbringen der Schutzschicht ein Halogenieren der Aluminiumoxidschicht umfasst.
In Beispiel 17 kann der Gegenstand eines der Beispiele 14 bis 16 optional enthalten wobei die intermetallische Zusammensetzung überwiegend frei von jeglichen niedrigschmelzenden Komponenten des Lots ist.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand eines der Beispiele 14 bis 17 optional enthalten wobei das Bilden der intermetallischen Zusammensetzung ein Bilden von zumindest zwei verschiedenen intermetallischen Phasen aus Aluminium und dem zweiten Bondmetall umfasst, wobei eine erste intermetallische Phase eine aluminiumreiche Phase ist und eine zweite intermetallische Phase eine aluminiumverdünnte Phase ist.
In Beispiel 19 kann der Gegenstand eines der Beispiele 14 bis 18 optional enthalten wobei das Löten als ein Weichlötprozess durchgeführt wird.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand eines der Beispiele 14 bis 18 optional enthalten wobei das Löten als ein Diffusionslötprozess durchgeführt wird.

Während spezielle Ausführungsformen hier gezeigt und beschrieben wurden, ist für den Fachmann ersichtlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen die hier gezeigten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen ersetzen können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung beabsichtigt, jegliche Anpassungen oder Variationen der hier diskutierten speziellen Ausführungsformen abzudecken. Es ist daher beabsichtigt, dass diese Erfindung nur von den Ansprüchen und deren Äquivalente begrenzt wird.

Claims

Eine Anordnung aus einem Leiter und einer Aluminiumschicht, die zusammengelötet sind, wobei die Anordnung umfasst: ein Substrat; die über dem Substrat angeordnete Aluminiumschicht, wobei das Aluminium der Aluminiumschicht ein erstes Bondmaterial bildet; eine intermetallische Zusammensetzungsschicht, die über der Aluminiumschicht angeordnet ist; eine Lotschicht, die über der intermetallischen Zusammensetzungsschicht angeordnet ist, wobei das Lot der Lotschicht eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst; und ein Leiter, der über der Lotschicht angeordnet ist, wobei der Leiter eine Lötoberfläche aufweist, die ein zweites Bondmetall umfasst, wobei die intermetallische Zusammensetzung der intermetallischen Zusammensetzungsschicht Aluminium und das zweite Bondmetall umfasst und überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente ist.
Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die niedrigschmelzende Majoritätskomponente Pb, Sn, Bi, Ga oder In ist.
Die Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Bondmetall Cu, Mi, Ag, Fe, Au, Pt, Pd, Mn, Zn, Si, Cr, V, Mg, NiP oder AuAg ist.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die intermetallische Zusammensetzung überwiegend frei von jeglichem niedrigschmelzenden Komponenten des Lots ist.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die intermetallische Komponente zumindest zwei unterschiedliche intermetallische Phasen aus Aluminium und dem zweiten Bondmetall umfasst, wobei eine erste intermetallische Phase eine aluminiumreiche Phase ist und eine zweite intermetallische Phase eine aluminiumverdünnte Phase ist.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die intermetallische Zusammensetzungsschicht eine Dicke von gleich oder größer als eine Dicke der Aluminiumschicht hat.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lotschicht eine Weichlotschicht ist.
Die Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lotschicht eine Diffusionslotschicht ist.
Die Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Diffusionslot eine oder mehrere intermetallische Phasen aus Sn und dem zweiten Bondmetall aufweist.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lot PbSnAg, SnPb, SnSbAg, PbIn oder SnAgCu aufweist.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein Wafer oder ein Chip ist.
Die Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Aluminiumschicht zumindest eine Elektrode des Wafers oder des Chips bildet.
Die Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leiter ein Clip, ein Leadframe oder eine Wärmesenke ist.
Ein Verfahren zum Löten eines Leiters an eine Aluminiumschicht auf einem Substrat, wobei das Verfahren umfasst: zumindest teilweises Entfernen einer Aluminiumoxidschicht, die die Aluminiumschicht bedeckt; Anbringen einer Schutzschicht über der Aluminiumschicht, um eine Regeneration einer Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumschicht zu verhindern; Platzieren von Lot zwischen der Schutzschicht und dem Leiter, wobei das Lot eine niedrigschmelzende Majoritätskomponente umfasst und der Leiter eine Lötoberfläche hat, die ein zweites Bondmetall umfasst; und Löten des Leiters an die Aluminiumschicht durch Erhitzen der Anordnung auf eine Löttemperatur, um die niedrigschmelzende Majoritätskomponente zu schmelzen, zumindest teilweise die Schutzschicht in dem geschmolzenen Lot aufzulösen und das zweite Bondmetall von der Lötoberfläche zu der Aluminiumschicht zu transportieren, und Bilden einer intermetallischen Zusammensetzungsschicht über der Aluminiumschicht, wobei die intermetallische Zusammensetzung der intermetallischen Zusammensetzungsschicht Aluminium als ein erstes Bondmetall und das zweite Bondmetall umfasst und überwiegend frei von der niedrigschmelzenden Majoritätskomponente ist.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Entfernen der Aluminiumoxidschicht und das Anbringen der Schutzschicht eine Zinkat-Behandlung der Aluminiumoxidschicht umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Entfernen der Aluminiumoxidschicht und das Anbringen der Schutzschicht ein Halogenieren der Aluminiumoxidschicht umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die intermetallische Zusammensetzung überwiegend frei von jeglichen niedrigschmelzenden Komponenten des Lots ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Bilden der intermetallischen Zusammensetzung ein Bilden von zumindest zwei verschiedenen intermetallischen Phasen aus Aluminium und dem zweiten Bondmetall umfasst, wobei eine erste intermetallische Phase eine aluminiumreiche Phase ist und eine zweite intermetallische Phase eine aluminiumverdünnte Phase ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Löten als ein Weichlötprozess durchgeführt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Löten als ein Diffusionslötprozess durchgeführt wird.