DE2419157C3 - Metallischer Träger für Halbleiterbauelemente und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Metallischer Träger für Halbleiterbauelemente und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE2419157C3 DE2419157A DE2419157A DE2419157C3 DE 2419157 C3 DE2419157 C3 DE 2419157C3 DE 2419157 A DE2419157 A DE 2419157A DE 2419157 A DE2419157 A DE 2419157A DE 2419157 C3 DE2419157 C3 DE 2419157C3
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Franz Dipl.-Chem.Dr. 6451 Rodenbach Kummer
Gerhard Dipl.-Chem.Dr. 6451 Bruchkoebel Mai
Rolf Dipl.Chem.Dr. 6450 Hanau Ruthardt
Horst 6451 Rossdorf Thiede
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WC Heraus GmbH and Co KG
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen metallischen Träger für Halbleiterbauelemente, der mehrere Köfilakifahnen und auf diesen eine metallische Bondschicht aufweist«
Metallische Träger der Vorbeschriebenen Art werden zur Halterung von Halbleiterbauelementen, beispielü* weise aus Silizium, Germanium oder anderen halbleitenden Stoffen, in denen durch besondere Behandlungsprozesse die zur Ausübung von Schaltfunktionen notwendigen Strukturen erzeugt sind, verwendet. Diese metallisehen Träger weisen eine Insel auf, die das Halbleiterbauelement trägt. Mit den Kontaktfahnen des metallischen Trägers werden die Anschlußstellen des Halbleiters mittels sehr feiner Drähte aus Gold oder Aluminium, deren Dicke üblicherweise zwischen 10 und 50 μιη liegt, durch Bonden verbunden. Zu diesem Zweck befindet sich auf den Kontaktfahnen eine metallische Bondschicht. Die elektrische Verbindung zwischen Halbleiterbauelement und Bondschicht erfolgt, wie erwähnt, über einen dünnen Draht entweder nach dem Verfahren der Thermokompression, also durch Andrük-Ven des Drahtes auf die zu bondende Stelle bei gleichzeitiger Erwärmung, oder nach dem Ultraschall-Bondverfahren (vgl. Lewicki, A.: Neue Entwicklungsrichtungen in der Dickfilmtechnik, In: Mikroelektronik 3· (Vorträge zur 3. Mikroelektronik-Tagung des INEA in München vom 11. bis 13. November 1968), Hrsg. von L Steine, München/Wien 1969, Seiten 163 bis 176). Es ist bekannt, die Bondschichten auf den späteren Kontaktfahnen durch Walzplattieren, Galvanisieren (DE-OS 21 27 633) oder Aufdampfen aufzubringen. Das galvanische Verfahren, das bei der Herstellung von Halbleiterträgern in der Praxis in beträchtlichem Umfang eingesetzt wird, ermöglicht nur noch schwer eine kontinuierliche Fertigung. Außerdem müssen die galvanisch hergestellten Bondbereiche immer unverhältnismäßig groß sein, weil im Randbereich nur eine allmähliche Abnahme der Schichtdicke auf den Wert 0 erreicht werden kann. Des weiicicii im es auf galvanischem Wege nicht möglich, die Zusammerisetzung der Bondschicht in solch weiien Grenzen zu variieren, wie es in der vorliegenden Erfindung gefordert wird. Diese galvanisch, durch Aufdampfen oder Aufplattieren aufgebrachten Bondschichten sind auf Grund des angewendeten Aufbringungsverfahrens sehr kompakt, so daß die Gefahr be- :eht, daß der dünne Draht beim Einreiben in die Bondschicht bricht oder Risse erhält. Außerdem stören z. B. beim Walzplattieren die bei dem Walzvorgang aufgebrachten Fremdschichten (Walzhaut), die die Verwendungsmöglichkeit des fertigen Bauelements stark beeinträchtigen können und bei mechanischer Einwirkung seine Zuverlässigkeit herabsetzen. Darüber hinaus ist mit den bekannten Verfahren zum Aufbringen der Bondschicht ein nicht unerheblicher Edelmetallverbrauch verbunden, so daß diese Verfahren die Herstellung der Bondschicht an diskreten Stellen der Kontaktfahnen nicht in wirtschaftlicher Weise gestatten. Der metallische Träger wird üblicherweise aus einem Band ausgestanzt, dessen eine Oberfläche wenigstens teilweise mit der Bondschicht versehen ist. Aus diesem Band wird dann der metallische Träger mit seinen Kontaktfahnen gestanzt, wobei ein Teil des mit Bondschicht aus Edelmetall versehenen Bandes als Stanzabfall anfällt. Die Rückgewinnung des Edelmetalls aus diesem Stanzabfall ist mit zusätzlichen Kosten verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es. einerseits eine Bondschicht zu schaffen, die es gestattet, das Bonden, also Verbinden der feinen Drähtchen mit der Bondschicht, zu erleichtern und qualitativ zu verbessern, und andererseits soll ein Verlust an hochwertigem Bondmetall vermieden werden.
Für einen metallischen Träger der eingangs charakterisierten Art kennzeichnet sich die Lösung dieser
Aufgabe dadurch, daß die Bondschicht eine schwammartige, mikroporöse Struktur besitzt und an diskreten Stellen der Kontaktfahnen mit diesen über eine Diffusionszone verankert ist.
Bondschichten aus einem Metall aus der Gruppe Gold, Palladium, Silber, Aluminium und Kupfer, einer Legierung aus wenigstens zwei der Metalle dieser Gruppe oder aus einer Basislegierung eines Metalls dieser Gruppe haben sich bewährt Besonders gute Ergebnisse wurden für Bondschichten aus Gold erzielt, die durch AuiJrucken einer Goldpaste erzeugt sind, deren Goldteilchen eine mittlere Korngröße von weniger als 5 μπι besitzen. Zweckmäßigerweise liegt die Dicke der Bondschicht im Bereich zwischen 2 und 30 μιτι, vorzugsweise beträgt sie 3 bis ΙΟμιτι. Als Werkstoff für den metallischen Träger kommen vorteilhafterweise ein Metall oder eine Legierung eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Eisen oder Kobalt in Frage.
Erfindungsgemäß ausgebildete metallische Träger besitzen eine Reihe von Vorteilen, die sich nur durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale ergeben. So ermöglicht die schwammartige, mikroporöse Struktur der Bondschicht ein ziemlich leichtes Einreiben oder Andrücken des sehr feinen Drahtes aus Gold oder Aluminium, der die Bondschicht mit dem Halbleiterbauelement elektrisch leitend verbindet. Das Brechen des sehr feinen Verbindungsdrahtes ist dadurch auf ein Minimum reduziert. Auch das Auftreten von Bruchstellen oder Rissen im Draht ist beseitigt, so daß die fertigen Bauelemente eine sehr hohe Zuverlässigkeit auch bei mechanischem Stoß aufweisen. Nicht zuletzt sei erwähnt, daß die Herstellung der Bondschicht im an sich bekannten Siebdruckverfahren Edelmetallverluste völlig vermeidet, weil das Siebdruckverfahren unter Verwendung einer Schablone es in einfachster Weise ermöglicht, die Bondschicht nur an diskreten Stellen der Kontaktfahnen aufzubringen. Die Verankerung der Bondschicht mit der Kontaktfahne über eine Diffusionszone gewährleistet eine gute mechanische und elektri- sehe Verbindung beider.
In der Figur ist eine Aufsicht auf ein Bauteil dargestellt unter Verwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten metallischen Trägers für Halbleiterbauelemente.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der metallische Träger bezeichnet der di? Kontaktfahne 1 und die Insel 3 aufweist. Auf der Insel 3 ist ein Halbleiterbauelement 4 befestigt. Die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und den Kontaktfahnen wird mittels sehr feiner Drähte 5, beispielsweise aus Gold oder Aluminium, bewerkstelligt. An diskreten Stellen weisen die Kontaktfahner 2 Bondschichten 6 auf, die eine schwammartige, netzförmige, mikroporöse Struktur besitzen. Die Herstellung der Bondschichten erfolgt in der Weise, daß im an sich bekannten Siebdruckverfahren unter Verwendung einer Schablone eine Paste.
insbesondere eine Goldpaste, aufgedruckt wird. Die Goldpaste enthält das bondfähige Metall, αΐεα beispielsweise Gold, in feinverteilter Form in einem organischen Medium suspendiert. Die mittlere Korngröße oer Bondmetallteilchen beträgt weniger als 5 μπι. Das organische Siebdruckbindemittel besteht in an sich bekannter Weise aus einem Harz, das in einem Lösungsmittel gelöst wird. Es können handlesübliche Siebdruckbindemittel verwendet werden, es ist aber vorzuziehen, ein Harz zu verwenden, das durch Hitze leicht verflüchtigt werden kann, um die Bildung kohlenstoffreicher Zersetzungsprodukte in der Schicht des bondfähigen Metalls zu vermeiden. Als geeignet haben sich beispielsweise Polymethacrylate, die in Terpineol gelöst sind, erwiesen. Nach dem Druckvor gang wird die an diskreten Stellen aufgedruckte Schicht aus bondfähigem Metall getrocknet und anschließend in einem Ofen einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der zunächst das organische Bindemittel ausgetrieben bzw. verflüchtigt wird und danach durch Diffusion zwischen der metallischen Kontaktfahne und der Bondschicht beide miteinander -Tanken werden. Gegebenenfalls erfolgt die Wärmebehar jiung in inerter oder reduzierender Atmosphäre, wenn man eine Oxidation von unedlem Trägerwerkstoff vermeiden will. Zur Herstellung des metallischen Trägers bedient man sich ehes bandförmigen Ausgangsproduktes, auf das man an diskreten Stellen nach vorgegebenem Schablonenmuster die Bondschicht aufdruckt. Aus diesem Metallband wird dann nach erfolgter Wärmebehandlung der metallische Träger ausgestanzt.
Beispiel
Auf ein Trägerband aus einer Legierung, die im wesentlichen aus 53% Eisen, 28,7% Nickel, 17,5% Kobalt und weniger als 1% Silizium und Mangan besteht, wird entsprechend einer Schablone an diskreten Stellen eine Bondschicht aus Gold aufgebracht. Hierzu wird eine Goldpaste an den diskieten Stellen über ein Kunststoffsieb mit 90 Fäden pro Zentimeter aufgetragen. Das Trägerband mit aufgedruckter Paste wild zunächst einer Wärmebehandlung bei 4000C unterworfen, um die Paste auszutrocknen und das organische Bindemittel auszutreiben. Anschließend wird das Band reduzierend bei 6500C in einer Wasserstoffatmosphäre geglüht. Die Glühdauer beträgt etwa 2 Minuten. Bei dieser Temperatur findet eine Diffusion zwischen metallischem Träger und Bondschicht statt, wodurch beide miteinander verankert werden. Gleichzeitig sintern die feinen Goldteilchen der Paste zu einer mikroporösen Schicht mit schwammartiger Struktur zusammen, deren Dicke zwischen 3 und 10 μιτι beträgt. Danach .vird der metallische Träger aus c"em ·ηίί Bondschicht versehenen Band ausgestanzt, so daß sich ein Träger ergibt, wie er in Aufsicht in der Figur dargestellt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

  1. Patentansprüche:
    t. Metallischer Träger für Halbleiterbauelemente, der mehrere Kontaktfahnen und auf diesen eine metallische Bondschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondschicht eine schwammartige, mikroporöse Struktur besitzt und an diskreten Stellen der Kontaktfahnen mit diesen über eine Diffusionszone verankert ist
  2. 2. Metallischer Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondschicht aus einem Metall aus der Gruppe Gold, Palladium, Silber, Aluminium und Kupfer, einer Legierung aus wenigstens zwei der Metalle dieser Gruppe oder aus einer Basislegierung eines Metalls dieser Gruppe besteht
  3. 3. Metallischer Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondschicht aus Gold besteht.
  4. 4. MetalK^her Träger nach einem der Ansprüche ! bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der mikroporösen, schwammartigen Bondschicht 2 bis 30μΐη beträgt.
  5. 5. Metallischer Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Metal! oder einer Legierung eines oder mehrerer Metalle aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Eisen und Kobalt besteht.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Trägers für Halbleiter-Bauelemente, der mit einer Bondschicht vei'sehen ist, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis t>, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallisierungspaste aus Metallpulver in einem organischen Bindemittel im .Siebdruckverfahren ausschließlich an den zum Boiiuen vorbestimmten Flächenbereichen aufgebracht wird, dann das organische Bindemittel durch Erhitzen ausgetrieben wird und das abgeschiedene Metall durch Diffusion mit dem Träger verbunden wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Goldpaste im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Siebdruckverfahren aufgebrachte Metallisierungspaste bei einer Temperatur zwischen etwa 400 und 65O0C mit dem Träger verbunden wird.
  9. 9. Verfahre:1 nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsglühung in reduzierender Atmosphäre ausgeführt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsglühung über eine Zeitdauer von mehreren Minuten durchgeführt wird, die ausreicht, um die Goldteilchen der Paste zu einer mikroporösen Schicht mit schwammartiger Struktur in einer Dicke zwischen 3 und 10 μιη zusammenzusintern.
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