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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterelement, einen
Halbleiterchip, mit metallischen Oberflächen und nichtmetallischen
Oberflächen,
die mit einer Pressmasse versehen sind, und auf ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Halbleiterelements. Derartige Halbleiterelemente
müssen im
allgemeinen mit einem Gehäuse
versehen werden.
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Ein
Halbleiterelement muss vielen Anforderungen gerecht werden und eine
gewisse Mindestlebensdauer aufweisen. Halbleiterelemente sind aber in
der Regel sehr empfindlich, so dass Umwelteinflüsse die Funktion eines solchen
Halbleiterelements beeinträchtigen
können
und dessen Lebensdauer erheblich verkürzen. Deshalb wird nach der
Herstellung eines Halbleiterelements in der Regel ein Gehäuse aufgebracht,
um das Halbleiterelement vor Umwelteinflüssen zu schützen. Das in der Halbleitertechnik
meist verwendete Gehäuse
besteht in der Regel in Form einer Pressmasse aus organischen Polymeren
(typischerweise Duroplaste auf der Basis von Epoxidharzen wie Orthocresolnovolac),
die durch Umspritzung auf das Halbleiterelement aufgebracht werden.
Ein so verpacktes Halbleiterelement wird nach dessen Herstellung
weiteren Prozessschritten unterzogen, wobei die verschiedenen Prozessschritte
bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden, so dass ein solches
Halbleiterelement wiederholten Temperaturbelastungen ausgesetzt
wird. Um das Halbleiterelement vor den Umwelteinflüssen wirksam
schützen
zu können,
muss das Gehäuse
unter verschiedensten Bedingungen in engem Kontakt mit dem Halblei terelement
sein, und es darf zu keiner Ablösung
neigen. Es ist daher notwendig, dass die Haftung der Pressmasse
zu allen exponierten Oberflächen
des Halbleiterelements so eingestellt' ist, dass es bei wiederholten Temperaturwechselbedingungen
zu keiner Ablösung
(Delamination) kommt. In der Regel besteht ein Halbleiterelement
aus metallischen und nichtmetallischen Teilen, die verschiedene
Haftungseigenschaften in Bezug auf die Pressmasse aufweisen. Deshalb
müssen
sowohl die metallischen als auch die nichtmetallischen Oberflächen in
separaten Schritten so präpariert
werden, dass eine Haftung mit der Pressmasse gewährleistet ist.
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Um
die Haftung der metallischen Oberflächen mit dem Gehäuse zu verbessern,
wird vor der Herstellung des Gehäuses
auf allen metallischen Oberflächen,
die in Kontakt mit der Pressmasse sind, eine weitere, geeignet aufgeraute
metallische Schicht abgeschieden. Zur Abscheidung dieser metallischen
Schicht eignet sich insbesondere eine galvanische Abscheidung, um
die Filamente im Nanobereich ab scheiden zu können, was die Haftung zwischen
der metallischen Oberfläche
und der Pressmasse deutlich verbessert.
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Um
die Haftung der nichtmetallischen Oberflächen eines Halbleiterelements
mit der Pressmasse zu verbessern, wird auf die nichtmetallischen
Oberflächen
eine Schicht aus einem Polyimid-Polymer aufgebracht. Da aber die
Haftung zwischen der metallischen Oberfläche und dem Polyimid-Polymer nicht
optimal ist, muss unterhalb des Polyimid-Polymers eine weitere Schicht,
im nachfolgenden auch Passivierungsschicht genannt, aufgebracht
werden. Diese Passivierungsschicht, die die Haftung zwischen dem
Polyimid und den metallischen Oberflächen verbessert, besteht vorzugsweise
aus einem Dielektrikum, wie zum Beispiel Siliziumnitrid oder Siliziumoxid.
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Im
einzelnen ist aus der
DE
195 09 262 C2 ein Halbleiterelement mit nichtmetallischen
und metallischen Oberflächen
bekannt. Die nichtmetallischen Oberflächen sind bei diesem Halbleiterelement
mit konzentrierter Salpetersäure
geätzt
und dadurch aufgerauht.
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Weiterhin
beschreibt die
US 4
712 129 A einen integrierten Schaltkreis, der einen metallischen Träger und
ein Halbleiterelement umfasst, auf das ein schützendes ebenes Bauteil mit
einer nichtmetallischen Oberfläche
geklebt ist. Das ebene Bauteil wird durch Plasmaätzen oder chemisches Ätzen mit Flusssäure aufgerauht,
wodurch eine haftende Verbindung mit einem Kunststoff, in den das
Halbleiterelement anschließend
eingebettet wird, verbessert wird. Unter einer aufgerauhten Oberfläche wird
dabei eine wellige Oberfläche
verstanden.
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Aus
JP 05063112 A in
Pat. Abstr. of Japan ist eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleiterelement und
damit verbundene Bonddrähte
aufweist, bekannt. Das Halbleiterelement ist mit Vertiefungen versehen,
die beispielsweise die Form von kreisrunden Löchern mit einer Tiefe von 50 μm haben.
Die Vertiefungen werden hergestellt, indem das Halbleiterelement
mit einem Fotoresist versehen wird, der durch eine Maske belichtet
wird, die die Form der gewünschten
Vertiefungen aufweist.
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Weiterhin
offenbart die
DE 196
34 845 C1 ein Halbleiterelement, auf das eine passivierende
Polyimidschicht aufgebracht wird, wonach das Halbleiterelement von
einer Pressmasse umhüllt
wird. Zur Optimierung der Haftung zwischen der Polyimidschicht und
der Pressmasse wird die Polyimidschicht von dem Aushärten durch
Plasmaätzen,
insbesondere mit Sauerstoff, aufgerauht. Die rauhe Oberfläche ähnelt einer "Gebirgsland schaft". Hinterschneidungen, wie
Löcher
oder Höhlen,
können
die Verbindung mit der Pressmasse ebenfalls verbessern.
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Schließlich ist
aus K. Seeger, R. E. Palmer, "Fabrication
of silicon cones and pillars using rough metal films as plasma etching
masks", APPLIED PHYSICS
LEITERS 74 (11), 15.03.1999 ein Halbleiterelement mit metallischen
und nichtmetallischen Oberflächen
bekannt, bei dem Unregelmäßigkeiten in
der Form von Säulen
mit Abmessungen von 10 bis 20 nm erzeugt werden. Diese Unregelmäßigkeiten werden
aber nicht auf den nichtmetallischen Oberflächen, sondern vielmehr auf
der Siliziumoberfläche des
Halbleiterelementes gebildet. Durch die Bildung dieser Unregelmäßigkeiten
auf der Siliziumoberfläche
sollen Siliziumstrukturen im Nanometerbereich geschaffen werden,
um so die Emission von sichtbarem Licht zu ermöglichen. Auf eine Verbesserung
der Haftung zu einer Pressmasse wird nicht eingegangen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterelement bereitzustellen,
das mit einem Gehäuse
versehen werden kann, ohne dass auf die nichtmetallischen Oberflächen eine
Passivierungsschicht aufgebracht werden muss; außerdem soll ein Verfahren zur
Herstellung eines derartigen Halbleiterelements angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Halbleiterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei
einem Halbleiterelement mit metallischen und nichtmetallischen Oberflächen sind
also die nichtmetallischen Oberflä chen des Halbleiters mit einer
Schicht versehen, die Unregelmäßigkeiten
aufweist, so dass damit eine Haftung zwischen der nichtmetallischen
Oberfläche
und der Pressmasse erhöht wird.
Unregelmäßigkeiten
sind alle Abweichungen von einer glatten Oberflächenstruktur, und sie können beliebige
Formen aufweisen. Die Abweichungen von der Oberflächenstruktur
können
aber auch in regelmäßigem Abstand
auf der Oberfläche
vorkommen.
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Durch
diese Unregelmäßigkeiten
werden die glatten Oberflächen
aufgeraut, wodurch die Haftung an der Pressmasse erhöht wird.
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Durch
das Aufrauen der nichtmetallischen Oberflächen entstehen für die Anhaftung
der Prozessmasse zwei unterschiedliche Oberflächenstrukturen, nämlich eine
Metallisierungsschicht, die vorzugsweise durch Galvanisierung auf
die metallischen Oberflächen
aufgebracht wird, um zum Beispiel Nanofilamente abzuscheiden, und
die nichtmetallischen Oberflächen,
die eine Schicht aufweisen, die mit Unregelmäßigkeiten versehen ist. Beide
Schichten haften hervorragend an der Pressmasse, so dass auf eine
Passivierungsschicht verzichtet werden kann.
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Es
wurde festgestellt, dass die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn
die Unregelmäßigkeiten die
Form von spitzen Vertiefungen aufweisen. Die dadurch erzielte Mikrorauigkeit
weist eine Verkrallungsstruktur auf, so dass die Bindung zwischen
der Pressmasse und den nichtmetallischen Oberflächen stark genug ist und eine
Delamination nicht stattfinden kann.
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Die
Entfernung zwischen zwei nächstliegenden
Vertiefungen liegt im Bereich zwischen 1 bis 30 nm, vorzugsweise
zwischen 2 bis 10 nm. Die Tiefe der Vertiefungen liegt im Bereich
zwischen 10 und 80 nm, vorzugsweise zwischen 15 und 40 nm.
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Die
Unregelmäßigkeiten
auf der nichtmetallischen Oberfläche
können
beliebige Formen aufweisen, wenn dadurch eine Rauheit der Oberfläche erzielt
wird, so dass eine Verbesserung der Haftung zwischen der Pressmasse
und den nichtmetallischen Oberflächen
eintritt. Die Unregelmäßigkeiten
können zum
Beispiel als Löcher
in der Oberfläche
ausgebildet werden oder ein anderes Prägemuster aufweisen.
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Die
Schicht, die die Unregelmäßigkeiten
aufweist, kann als eine separate Schicht auf den nichtmetallischen
Oberflächen
ausgebildet sein, oder sie kann ein Bestandteil der nichtmetallischen
Oberflächen
sein.
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Die
Mikrorauheit der nichtmetallischen Oberflächen wird vorzugsweise mit
dem nachfolgend beschriebenen Verfahren erzeugt.
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Bei
dem Verfahren zum Erzeugen der Unregelmäßigkeiten der nichtmetallischen
Oberfläche wird
diese nichtmetallische Oberfläche
mit Partikeln, die eine Granularität im Bereich von Nanometer
aufweisen, bedeckt, so dass die Partikel die untenliegende Oberfläche schützen und
eine Mikrorauheit erzeugt wird.
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Vorzugsweise
entstehen die Partikel, die eine Granularität im Nanometerbereich aufweisen, während einer
anisotropen Plasmaätzung
der nichtmetallischen Oberfläche
bei gleichzeitiger Anwesenheit von benachbarten freiliegenden metallischen Oberflächen. Wenn
die metallische Oberfläche
zum Beispiel aus Aluminium besteht, führt dies während der Oxidätzung zu
einem Absputtern von nanometergroßen Aluminiumpartikeln, die
sich auf benachbarten Oxidoberflächen
ablagern und die weitere Oxidätzung
an diesen Stellen maskieren (Mikromasking). Dies stellt aber nur
eine Möglichkeit
dar, die Oberfläche
mit Nanopartikeln zu maskieren, da es mehrere Methoden gibt, die
Partikel auf der Oberfläche
abzuscheiden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein
Halbleitersubstrat mit der Struktur von nichtmetallischen Oberflächen;
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2 ein
Halbleitersubstrat vor dessen Behandlung;
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3 ein
Halbleitersubstrat nach der Behandlung in einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung;
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4 und 5 eine
besondere Ausführungsform
zur Erzielung der gewünschten
Struktur;
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6 und 7 eine
weitere Ausführungsform
zur Erzielung der gewünschten
Struktur.
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Wie
in 1 gezeigt, weist eine nichtmetallische Oberfläche 2a,
die in Kontakt mit einer Pressmasse stehen sollte, eine Struktur
mit Unregelmäßigkeiten 3 auf,
die die Haftung zwischen der nichtmetallischen Oberfläche 2a und
der Pressmasse erhöhen. In
dieser Ausführungsform
werden die Unregelmäßigkeiten 3 als
Vertiefungen in einer Schicht 2 gezeigt, die auf der nichtmetallischen
Oberfläche 2a abgeschieden
wurde.
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2 zeigt
ein Halbleitersubstrat vor einer Behandlung. In dieser Ausführungsform
wird die nichtmetallische Oberfläche 2a lediglich
durch eine anisotrope Plasmaätzung
in die gewünschte
Struktur überführt. Während der
anisotropen Plasma ätzung kommt
es zu einem Absputtern von nanometergroßen Partikeln, die sich auf
die benachbarten nichtmetallischen Oberflächen ablagern und die weitere Plasmaätzung an
diesen Stellen maskieren.
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3 zeigt
das Ergebnis nach der Behandlung, wenn das Substrat gemäß 2 verwendet wird.
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In
der 4 wird eine Oxidschicht 4 über der letzten
Metallisierungsebene abgeschieden, so dass diese Oxidschicht 4 planarisierend
wirkt und daher in den Bereichen zwischen der Metallisierung höhere abgeschiedene
Schichtdicken erzielt werden als auf der Metallisierung selbst.
Diese Oxidschicht 4 wird durch Spin-on-Gläser gebildet
und zwar durch entsprechende "Bottom-" und "Caplayer" oder durch eine "High-Density-Abscheidung". Anschließend wird mit
der anhand der 2 und 3 beschriebenen Behandlung
weiterverfahren. Das Ergebnis einer solchen Behandlung ist in 5 dargestellt.
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In
der 6 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der
eine im Wesentlichen konforme Oxidschicht 5, die zum Beispiel
aus Silanoxid oder TEOS besteht, und über der letzten Metallisierungsebene
abgeschieden wird. Anschließend
wird ein Lack 6 aufgebracht, der planarisierend wirkt,
so dass durch eine anschließende
Rückätzung des
Lacks und des Oxids mit einer Plasmaätzung die gewünschte Struktur
erzielt werden kann.
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- 1
- Metal
- 1a
- Metaloberfläche
- 2
- nicht
Metal
- 2a
- nichtmetallische
Oberfläche
- 3
- Unregelmäßigkeiten
der nichtmetallischen Oberfläche
- 4
- Spin-on-Glas-Schicht
- 5
- Oxidschicht
- 6
- Lackschicht