WO2010028885A1 - Elektronisches bauteil sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Elektronisches bauteil sowie verfahren zu seiner herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2010028885A1
WO2010028885A1 PCT/EP2009/059010 EP2009059010W WO2010028885A1 WO 2010028885 A1 WO2010028885 A1 WO 2010028885A1 EP 2009059010 W EP2009059010 W EP 2009059010W WO 2010028885 A1 WO2010028885 A1 WO 2010028885A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
electronic component
conductive material
electrically conductive
structured
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/059010
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Fix
Denis Kunz
Andreas Krauss
Alexander Martin
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP09780585A priority Critical patent/EP2327097A1/de
Priority to CN200980135673.5A priority patent/CN102150264A/zh
Priority to JP2011526435A priority patent/JP2012503303A/ja
Priority to US12/998,062 priority patent/US20110266681A1/en
Publication of WO2010028885A1 publication Critical patent/WO2010028885A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53214—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
    • H01L23/53223—Additional layers associated with aluminium layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/7685—Barrier, adhesion or liner layers the layer covering a conductive structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76885—By forming conductive members before deposition of protective insulating material, e.g. pillars, studs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53242—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being a noble metal, e.g. gold
    • H01L23/53252—Additional layers associated with noble-metal layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to an electronic component according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing an electronic component.
  • a structured layer of an electrically conductive material is generally applied to a substrate.
  • the structured layer generally serves as interconnects or strip conductors, by means of which various functions can be realized or a plurality of functional elements on the structured layer can be interconnected.
  • the structured layers are generally made of aluminum, gold and / or platinum. This avoids that oxidizes the structured layer.
  • a substrate of a semiconductor material e.g. Gallium nitride or silicon carbide
  • DE-A 10 2005 034 667 discloses e.g. the production of a semiconductor device known.
  • a masking layer is applied to a structured magnetic stack.
  • the masking layer preferably comprises a dielectric material.
  • an etching step may be performed.
  • the described protective layers of dielectric material can not protect the semiconductor device from undesirable oxidation during subsequent manufacturing steps. Also, the long-term stability under corrosive environment and at high temperatures operated semiconductor devices is not increased.
  • An inventive electronic component comprises at least one structured layer of an electrically conductive material on a substrate. On the layer of the electrically conductive material, a further layer of a second material is applied, wherein the second material is less noble than the electrically conductive material of the structured layer.
  • the second, less noble material which is applied to the electrically conductive material of the structured layer acts as a sacrificial anode and reacts in the presence of oxygen to the corresponding oxide.
  • This oxide forms an active protective layer and passivates the underlying materials or the composite material, thus protecting it from further oxygen access.
  • oxidation-labile adhesion promoters can be protected in this way, which are used for improved adhesion of the structured layer to the substrate.
  • protection of the structured layer from oxidation can also take place when no adhesion promoter is used. In this case, it is also possible, for example, to manufacture the structured layer from a less noble material.
  • the even less noble material of the applied protective layer oxidizes and thus forms a protective layer for the semiconductor material.
  • the formed oxide layer is generally gas tight and prevents further penetration of oxygen to the underlying structured layer.
  • the oxidation of the second material is associated with a volume and mass increase, which increases the passivation effect due to the thicker oxide layer. This leads to a slowing down of the oxidation or even to a standstill.
  • the resulting electronic components can also be used at high temperatures and have an oxidation-stable structured layer at these temperatures.
  • a high temperature is understood to mean a temperature of above 300 ° C.
  • the electrically conductive material for the patterned layer is preferably selected from the group consisting of aluminum, gold, platinum, rhodium and alloys of these metals.
  • aluminum in applications of the electronic component in the high temperature range is used as an electrically conductive material for the structured layer of gold or platinum.
  • gold or platinum prevents the structured layer from oxidizing under the action of oxygen, thus losing its electrical function.
  • the advantage of using aluminum is its better electrical conductivity compared to gold or platinum.
  • aluminum generally forms an oxide layer on the surface which can reduce the electrical conductivity and hinder or prevent the proper contacting of the device.
  • the material for the protective layer which is less noble than the electrically conductive material of the structured layer, is preferably selected from the group consisting of magnesium, zinc, aluminum, titanium and mixtures thereof and their oxides.
  • the protective layer is first applied from the metal to the patterned layer. During operation of the component, the metal usually oxidizes the protective layer to its oxide. Alternatively, it is also possible to selectively oxidize the metal after application. The oxidation of the metal generally results in an increase in volume and mass which increases the passivation effect with a thicker oxide layer.
  • a material that is less noble than aluminum is generally selected as the material for the protective layer.
  • adhesion promoter which is contained between the structured layer of the electrically conductive material and the substrate.
  • Suitable adhesion promoters are, for example, titanium, titanium nitride, tantalum silicide, nickel-chromium Alloys or other materials known to those skilled in the art, which allow an improvement in the adhesion of the electrically conductive material of the structured layer on the substrate.
  • the material of the primer is generally less noble than the material of the structured layer. As a result, in the presence of oxygen, the adhesion promoter tends to oxidize. Oxidation of the adhesion promoter, however, generally leads to it becoming electrically insulating.
  • the protective layer of the second material which is less noble than the electrically conductive material of the structured layer, prevents the adhesion promoter from being oxidized. This makes it possible to prevent a loss of the electrical function of the component by oxidation of the adhesion promoter.
  • the substrate to which the structured layer is applied is preferably a semiconductor material.
  • Suitable semiconductor materials are e.g. Gallium nitride or silicon carbide.
  • Electronic components in which the substrate is a semiconductor material are in particular also microelectronic components. These are, for example, semiconductor chips. Such electronic components are e.g. High temperature field effect transistors, as e.g. be used as gas sensors.
  • the structured layer of the electrically conductive material generally has a layer thickness in the range of 0.1 to 5 ⁇ m. Such a layer thickness is generally sufficient to ensure the function of the electronic component. In addition, it is possible to position the corresponding components in a small space.
  • the protective layer of the second material preferably has a layer thickness in the range of 10 nm to 100 ⁇ m.
  • the layer thickness of the protective layer is preferably in the range from 100 nm to 10 ⁇ m. Such a layer thickness is already sufficient to achieve a passivation of the structured layer and optionally of the adhesion promoter in order to ensure the function of the electronic component.
  • a passivation layer adhere only insufficient, especially on aluminum, gold and / or platinum-containing interconnects.
  • the passivation layers due to tear off their poor adhesion, so that wide areas of the electronic component of the surrounding gas atmosphere are exposed unprotected.
  • This disadvantage can be remedied by the protective layer according to the invention of the second material, which is less noble than the electrically conductive material of the structured layer.
  • the surface of the electronic component is covered after the application of the protective layer with a passivation layer.
  • the protective layer of the less noble material also has the function of a bonding agent for the passivation layer.
  • the method for producing an electronic component according to the invention comprises the following steps:
  • the application of the first layer in step (a) can be carried out by any method known to the person skilled in the art. So it is e.g. it is possible to apply the structured layer to the substrate by sputtering or vapor deposition. Alternatively, however, it is also possible to use the first layer of the electrically conductive material, e.g. by an electrochemical process, such as electroless or electrodeposition, applied to the substrate. To create a patterned layer, it is e.g. possible to first apply a photoresist, which is exposed according to the structure to be generated. The unexposed areas are usually removed. In a next step, if necessary, an adhesion promoter is applied. The electroconductive material for the structured layer is deposited on the adhesion promoter.
  • the protective layer is applied from the second material, which is less noble than the electrically conductive material of the first layer. Finally, the areas in which the material for the adhesion promoter, the structured layer and the protective layer were deposited on the photoresist, including the photoresist are removed. A structured layer remains on the substrate, in which the adhesion promoter is contained between the structured layer and the substrate and the protective layer is present on the structured layer.
  • the application of the protective layer can also be done, for example, by vapor deposition, sputtering or by electrochemical deposition.
  • any other method known to the person skilled in the art is also suitable for applying a structured layer to the substrate.
  • oxidize the material of the protective layer in a further step.
  • a gas-tight layer is formed, which prevents oxygen from reaching the adhesion promoter or the first layer of the electrically conductive material.
  • the oxidation of the protective layer takes place, for example, by heating the electronic component in an oxidizing atmosphere. Air is preferably used as the oxidizing atmosphere.
  • the temperature to which the electronic component is heated is generally in the range between 100 and 600 ° C. The upper temperature limit is determined by the materials used for the substrate, the adhesion promoter and the structured layer.
  • the temperature to which the electronic component is heated to oxidize is preferably below the melting temperatures or decomposition temperatures of the respective materials to prevent damage to the electronic component.
  • the passivation layer is applied to the surface of the entire electronic component after the protective layer has been applied to the structured layer in step (b).
  • the application of the passivation layer takes place e.g. by CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, for example LPCVD (Low Pressure CVD), PECVD (Plasma Enhanced CVD), ALD (Atomic Layer Deposition), thermal oxidation, plasma method or sputtering or vapor deposition method.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the protective layer before the application of the passivation layer, is first heated under a protective gas atmosphere to a temperature in the range from 50 ° C. to 650 ° C., in particular in the range from 250 ° C. to 450 ° C. Subsequently, a heating of the electronic component in the presence of air to a temperature in the range of 50 0 C to 650 0 C 0 C, in particular in the range of 250 0 C to 450 0 C. This further increases the effect of the protective layer as a primer layer for the passivation layer.
  • the shielding gas used as the atmosphere is e.g. Argon or nitrogen or a mixture of argon and nitrogen.
  • FIGS. 1.1 to 1.4 show four steps of a method for producing a component according to the invention
  • FIGS. 2.1 and 2.2 show two steps of an alternative method for producing a component according to the invention
  • FIG. 1.1 shows a first step of a method according to the invention for producing an electronic component.
  • a photoresist 5 is applied to a substrate 3. Subsequently, a negative exposure of the photoresist 5 takes place, so that the areas which are to form a structured layer of an electrically conductive material are not exposed, and the areas which are to remain uncoated are exposed. The unexposed photoresist 5 is then removed. The result is a structured negative layer of the structured layer to be produced.
  • a bonding agent 7 is first applied over the entire surface to the substrate 3 with the photoresist 5 applied thereon.
  • the application of the adhesion promoter 7 takes place by any known to those skilled method.
  • Adhesion promoters are suitable, as already described above, for example titanium, tantalum silicide or nickel-chromium alloys.
  • an electrically conductive material is also applied over the entire surface of the substrate 3 over the entire surface. The electrically conductive material adheres to the adhesion promoter 7.
  • the electronic component 1 with adhesion promoter 7 and conductive material 9 applied over the entire area on the substrate 3 is shown in FIG.
  • the adhesion promoter 7 can be dispensed with.
  • a base material 9 is applied to the conductive material 9 to form a protective layer.
  • the application of the less noble material 11 also takes place over the whole area, e.g. by suitable thin-film techniques such as vapor deposition or sputtering or by electrochemical deposition.
  • the layer thickness of the conductive material 9 applied to the substrate is preferably in the range of 0.1 to 5 ⁇ m.
  • the layer of the less noble material 11 applied thereon is preferably in the range between 10 nm to 100 ⁇ m, preferably in the range of 100 nm to 10 ⁇ m.
  • the conductive material of the patterned layer becomes a cathode and the less noble metal 11 becomes an anode.
  • the cathode of the conductive material 9 and the anode of the less noble material 11 thereby form a corrosion element.
  • the less noble material 11 forming the anode is sacrificed by oxidation.
  • base material 11 e.g. Magnesium, zinc, aluminum, titanium or mixtures of these metals.
  • the application of the conductive material 9 and the less noble material 11 can take place in the same process step. As a result, additional process costs can be avoided.
  • the areas of the layers in which the photoresist 5 rests on the substrate are removed.
  • the conductive material 9 and the less noble material 11 form a composite layer.
  • the removal of the photoresist 5 with the bonding agent 7 thereon, conductive material 9 and less noble material 11, takes place by means of a lift-off process known to the person skilled in the art. In this case, for example, by using a suitable solvent of the photoresist are peeled off, whereby the resting on the photoresist material 5 is mitentfernt.
  • a protective layer 17 of the less noble material 11 is located only on the upper side of the structured layer 15.
  • a protective layer 17, which is only on the upper side of the structured layer 15th is arranged, but already sufficient.
  • FIG. 2.1 An alternative method for applying the protective layer 17 is shown in FIG. 2.1.
  • the structured layer 15 made of the conductive material 9 is first applied to the substrate 3.
  • the application of the structured layer 15 takes place by any method known to the person skilled in the art. So it is e.g. also for the application of the structured layer 15, it is possible to use a lift-off method in which first a negative structure with a photoresist is applied to the substrate 3 and then the conductive material 9. After the application of the conductive material 9, the photoresist from Substrate 3 removed with the resting on the photoresist conductive material, whereby the structured layer 15 remains on the substrate 3.
  • any other method known to those skilled in the art for producing the structured layer 15 is also possible.
  • the adhesion of the structured layer 15 on the substrate 3 can also be improved here by applying a bonding agent 7 between the structured layer 15 and the substrate 3.
  • the protective layer 17 is applied.
  • the application of the protective layer 17 takes place e.g. as shown in Figure 2.1 by a e- lektrochemisches method. This can be both an electroless and a galvanic deposition. Shown schematically here is a galvanic deposition for the protective layer 17.
  • the electronic component 1 is positioned in an electrolyte bath 21.
  • the electrolyte bath 21 generally contains a solution of a salt of the metal, which is to be deposited as a protective layer 17 on the structured layer 15.
  • the structured layer 15 is switched cathodically.
  • Unconnected parts of the structured layer 15 are preferably connected to each other via auxiliary contacts 23.
  • the Hilfstitle isten 23 can For example, also be in the form of the patterned layer 15, but all other contacts with which individual areas of the patterned layer 15 can be connected, possible.
  • the individual regions of the structured layer 15 can also be connected to one another with the aid of wires or other contacting elements.
  • an anode 25 is additionally accommodated in the electrolyte bath 21.
  • the anode 25 may be made of a material that does not dissolve, or alternatively be formed as a sacrificial anode. If the anode 25 is designed as a sacrificial anode, it preferably contains the material which is deposited as a protective layer 17 on the structured layer 15. In this case, metal ions from the anode 25 go into the electrolyte bath 21 in solution and are then deposited on the structured layer 15.
  • the metal salt may e.g. be dissolved in an aqueous medium or in an organic and / or ionic liquid. In general, however, the metal salt is dissolved in an aqueous medium.
  • an aluminum salt such as anhydrous aluminum chloride may be dissolved in an organic solvent or an ionic liquid.
  • Suitable organic solvents are, for example, diethyl ether or toluene.
  • a suitable ionic liquid is, for example, ethylpyridinium chloride.
  • the galvanic deposition takes place under a protective gas atmosphere at a direct current of approximately 0.5 to 2.5 A / dm 2 . In this case, an aluminum layer is deposited as a protective layer 17 on the structured layer 15.
  • the protective layer 17 is also deposited on the sides of the structured layer 15 in the method variant illustrated in FIG. 2.1. This is shown in FIG. 2.2.
  • the adhesion promoter 7 is also enclosed by the protective layer 17, so that oxygen is prevented from reaching the adhesion promoter 7.
  • An improvement of the protection is achieved by oxidizing the material of the protective layer 17. In this case, it is possible, on the one hand, for the oxidation to occur during the operation of the electronic component, but on the other hand, it is also possible to specifically oxidize the less noble material 11 of the protective layer 17. In this case, the material of the protective layer 17 is brought into a state in which no further oxidation takes place. The targeted oxidation of the material of the protective layer 17 takes place, for example, by heating the electronic component to a temperature in the range between 100 and 600 ° C.
  • any oxygen-containing gas in particular air.
  • the oxide layer thus produced leads to an improved passivation effect of the protective layer 17. This is due to the fact that the layer thickness of the protective layer 17 increases as a result of the oxidation.
  • the oxidation of the adhesion promoter 7 and the structured layer 15 can be greatly slowed down in this way or comes to a complete halt.
  • FIG. 3 shows an electronic component with a passivation layer.
  • a passivation layer 29 is preferably applied to the surface 27 of the electronic component 1.
  • the passivation layer 29 also covers the structured layer 15.
  • An improved adhesion of the passivation layer 29, in particular in the region of the structured layer 15 of the conductive material 9, is achieved by applying the protective layer 17 of the less noble material 11.
  • a passivation layer 29 is applied, it is generally not necessary to first oxidize the protective layer 17.
  • an improvement in the adhesion of the passivation layer 29 can be achieved if the protective layer 17 after application initially under a protective gas atmosphere to a temperature in the range of 50 0 C to 650 0 C and then in the presence of air to a temperature in the range of 50 0th C is heated to 650 0 C.
  • the protective gas used is preferably argon, nitrogen or a mixture of argon and nitrogen.
  • the less noble material from which the protective layer 17 is formed is preferably selected from the group consisting of magnesium, zinc, aluminum, titanium and mixtures thereof.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Non-Metallic Protective Coatings For Printed Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil (1), umfassend mindestens eine strukturierte Schicht (15) aus einem elektrisch leitfähigen Material (9) auf einem Substrat (3), wobei auf die strukturierte Schicht (15) aus dem elektrisch leitfähigen Material (9) eine Schutzschicht (17) aus einem zweiten Material (11) aufgebracht ist. Das zweite Material (11) ist unedler als das elektrisch leitfähige Material (9) der strukturierten Schicht (15). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils (1), bei dem in einem ersten Schritt eine strukturierte Schicht (15) aus einem elektrisch leitfähigen Material (9) auf ein Substrat (3) aufgebracht wird und in einem zweiten Schritt eine Schutzschicht (17) aus einem zweiten Material (11), das unedler als das elektrisch leitfähige Material (9) der strukturierten Schicht (15) ist, auf die strukturierte Schicht (15) aufgebracht wird.

Description

08. September 2008
Beschreibung
Titel
Elektronisches Bauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils.
Bei elektronischen Bauteilen ist im Allgemeinen eine strukturierte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material auf ein Substrat aufgebracht. Die strukturierte Schicht dient dabei im Allgemeinen als Leiterbahnen bzw. Leiterbahnenverbund, durch den verschiedene Funktionen realisiert werden können oder mehrere Funktionselemente auf der strukturierten Schicht miteinander verbunden werden. Insbesondere bei elektronischen Bauteilen, die im Hochtemperaturbereich eingesetzt werden, werden die strukturierten Schichten im Allgemeinen aus Aluminium, Gold und/oder Platin gefertigt. Hierdurch wird vermieden, dass die strukturierte Schicht oxidiert.
Bei einem Substrat aus einem Halbleitermaterial, z.B. Galliumnitrid oder Siliziumcarbid, werden oftmals Titan, Tantalsilicid, Nickel-Chrom-Legierungen oder auch andere geeignete Materialien, insbesondere deren korrespondierende Oxide, als Haftvermittler eingesetzt, um die Haftung der aus dem Edelmetall gefertigten strukturierten Schicht auf dem Halbleitermaterial zu verbessern.
Bei hoher Temperatur in oxidierender Atmosphäre, z.B. in Gegenwart von Luft, erfolgt jedoch häufig eine Oxidation der als Haftvermittler eingesetzten unedleren Materialien, so dass die strukturierte Schicht und damit Leiterbahnen und metallische Zuleitungen, die durch die strukturierte Schicht dargestellt werden, ihre elektrische Funktion verlieren kön- nen.
Zum Schutz gegen Korrosion ist es bekannt, z.B. eine Schutzschicht oder Passivierung aus einem dielektrischen Material auf das elektronische Bauteil aufzubringen. Diese Schutz- schichten sind jedoch oftmals nicht gasdicht herzustellen. Insbesondere bei Hochtemperaturbelastung fuhren unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen verschiedenen Schutzschichtmaterialien und dem Metall der strukturierten Schicht bzw. dem Material des Substrates zu Thermospannungen, die Risse und Defekte bewirken können. Hierdurch kann insbesondere bei hohen Temperaturen Sauerstoff bis zur Zuleitung oder der strukturierten Schicht vordringen und entsprechend dem elektrochemischen Potential unedle Materialien zu den entsprechenden Oxidverbindungen oxidieren.
Aus DE-A 10 2005 034 667 ist z.B. die Herstellung eines Halbleiterbauelements bekannt. Hierbei wird auf einen strukturierten Magnetstapel eine Maskierungsschicht aufgebracht. Die Maskierungsschicht weist vorzugsweise ein dielektrisches Material auf. Nach dem Aufbringen des Maskierungsmaterials kann ein Ätzschritt durchgeführt werden. Anschließend ist beschrieben, eine weitere isolierende Schicht aufzubringen. Die beschriebenen Schutzschichten aus dielektrischem Material können jedoch das Halbleiterbauteil nicht vor uner- wünschter Oxidation während nachfolgender Fertigungs schritte schützen. Auch wird die Langzeitstabilität unter korrosiver Umgebung und bei hohen Temperaturen betriebener Halbleiterbauelemente nicht erhöht.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektronisches Bauteil umfasst mindestens eine strukturierte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material auf einem Substrat. Auf die Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material ist eine weitere Schicht aus einem zweiten Material aufgebracht, wobei das zweite Material unedler ist als das elektrisch leitfähige Material der strukturierten Schicht.
Das zweite, unedlere Material, das auf das elektrisch leitfähige Material der strukturierten Schicht aufgetragen ist, wirkt als Opferanode und reagiert bei Anwesenheit von Sauerstoff zum entsprechenden Oxid. Dieses Oxid bildet eine aktive Schutzschicht und passiviert die darunter liegenden Materialien bzw. den Materialverbund und schützt diesen so vor einem weiteren Sauerstoffzutritt. Auf diese Weise können insbesondere oxidationslabile Haftvermittler geschützt werden, die für eine verbesserte Haftung der strukturierten Schicht auf dem Substrat eingesetzt werden. Jedoch kann auch bei Verzicht auf einen Haftvermittler ein Schutz der strukturierten Schicht vor Oxidation erfolgen. In diesem Fall ist es z.B. auch möglich, die strukturierte Schicht aus einem weniger edlen Material zu fertigen. Das noch unedlere Material der aufgebrachten Schutzschicht oxidiert und bildet so eine Schutzschicht für das Halbleitermaterial aus. Die ausgebildete Oxidschicht ist im Allgemeinen gasdicht und verhindert ein weiteres Vordringen von Sauerstoff zu der darunter liegenden strukturierten Schicht. Im Allgemeinen ist die Oxidation des zweiten Materials mit einer Volumen- und Massezunahme verbunden, wodurch die Passivierungswirkung auf Grund der dickeren O- xidschicht zunimmt. Dies führt zu einer Verlangsamung der Oxidation oder sogar zu einem Stillstand. Die so entstehenden elektronischen Bauteile können auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden und weisen bei diesen Temperaturen eine oxidationsstabile strukturierte Schicht auf. Unter hoher Temperatur wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Temperatur von oberhalb von 3000C verstanden.
Das elektrisch leitfähige Material für die strukturierte Schicht ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gold, Platin, Rhodium sowie Legierungen aus diesen Metallen. Insbesondere bei Anwendungen des elektronischen Bauteils im Hochtemperaturbereich wird als elektrisch leitfähiges Material für die strukturierte Schicht Gold oder Platin eingesetzt. Durch die Verwendung von Gold oder Platin wird vermieden, dass die strukturierte Schicht unter Einwirkung von Sauerstoff oxidiert und so ihre elektrische Funktion verliert. Vorteil des Einsatzes von Aluminium ist dessen im Vergleich zu Gold oder Platin bessere elektrische Leitfähigkeit. Jedoch bildet Aluminium im Allgemeinen an der Oberfläche eine Oxidschicht aus, die die elektrische Leitfähigkeit herabsetzen kann und die geeignete Kontaktierung des Bauelements erschwert bzw. verhindert.
Das Material für die Schutzschicht, das unedler ist als das elektrisch leitfähige Material der strukturierten Schicht, ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Zink, Aluminium, Titan und Mischungen daraus sowie deren Oxiden. Im Allgemeinen wird die Schutzschicht zunächst aus dem Metall auf die strukturierte Schicht aufgebracht. Während des Betriebes des Bauteils oxidiert üblicherweise das Metall der Schutzschicht zu dessen Oxid. Alternativ ist es jedoch auch möglich, bereits gezielt das Metall nach dem Auftragen zu oxidieren. Die Oxidation des Metalls führt im Allgemeinen zu einer Volumen- und Massezunahme, durch die die Passivierungswirkung mit dickerer Oxidschicht zunimmt.
Wenn als elektrisch leitfähiges Material für die strukturierte Schicht zum Beispiel Aluminium gewählt wird, so wird als Material für die Schutzschicht im Allgemeinen ein Material gewählt, das unedler ist als Aluminium.
Zur Verbesserung der Haftung der strukturierten Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material auf dem Substrat wird vorzugsweise ein Haftvermittler eingesetzt, der zwischen der strukturierten Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material und dem Substrat enthalten ist. Als Haftvermittler eignen sich z.B. Titan, Titannitrid, Tantalsilicid, Nickel-Chrom- Legierungen oder andere, dem Fachmann bekannte Materialien, die eine Verbesserung der Haftung des elektrisch leitfähigen Materials der strukturierten Schicht auf dem Substrat ermöglichen. Das Material des Haftvermittlers ist im Allgemeinen unedler als das Material der strukturierten Schicht. Dies führt dazu, dass in Gegenwart von Sauerstoff der Haftver- mittler dazu neigt zu oxidieren. Eine Oxidierung des Haftvermittlers führt jedoch im Allgemeinen dazu, dass dieser elektrisch isolierend wird. Insbesondere bei elektronischen Bauteilen, bei denen eine elektrische Verbindung zwischen der strukturierten Schicht aus dem e- lektrisch leitfähigen Material und dem Substrat gewünscht ist, führt dies jedoch zu unerwünschten Effekten. Durch die Schutzschicht aus dem zweiten Material, das unedler ist als das elektrisch leitfähige Material der strukturierten Schicht, wird verhindert, dass der Haftvermittler oxidiert. Hierdurch lässt sich ein Verlust der elektrischen Funktion des Bauteils durch Oxidation des Haftvermittlers verhindern.
Das Substrat, auf das die strukturierte Schicht aufgebracht ist, ist vorzugsweise ein Halblei- termaterial. Geeignete Halbleitermaterialien sind z.B. Galliumnitrid oder Siliciumcarbid. Elektronische Bauteile, bei denen das Substrat ein Halbleitermaterial ist, sind insbesondere auch mikroelektronische Bauteile. Dies sind beispielsweise Halbleiterchips. Derartige elektronische Bauteile sind z.B. Hochtemperatur-Feldeffekttransistoren, wie sie z.B. als Gassensoren eingesetzt werden.
Die strukturierte Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material weist im Allgemeinen eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 5 μm auf. Eine derartige Schichtdicke ist im Allgemeinen ausreichend, um die Funktion des elektronischen Bauteils zu gewährleisten. Zudem ist es möglich, die entsprechenden Bauteile auf einem geringen Raum zu positionieren.
Die Schutzschicht aus dem zweiten Material weist vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 100 μm auf. Bevorzugt liegt die Schichtdicke der Schutzschicht im Bereich von 100 nm bis 10 μm. Eine derartige Schichtdicke ist bereits ausreichend, um eine Passivierung der strukturierten Schicht und gegebenenfalls des Haftvermittlers zu erzielen, um die Funktion des elektronischen Bauteils sicherzustellen.
Wenn durch den Einsatz des elektronischen Bauteils in einer korrosiven Umgebung, insbesondere bei hohen Temperaturen, eine Schädigung des Halbleitermaterials des Substrates erfolgen kann, ist es bevorzugt, auf dem Halbleitermaterial eine Passivierungsschicht aufzu- bringen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zeigt sich jedoch, dass die abgeschiedenen Passivierungsschichten insbesondere auf Aluminium-, Gold- und/oder Platin-haltigen Leiterbahnen nur unzureichend haften. Insbesondere an den Kanten zwischen Halbleitersubstrat, Leiterbahn und Gasphase können die Passivierungsschichten aufgrund ihrer schlechten Haftung abreißen, so dass weite Bereiche des elektronischen Bauelements der umgebenden Gasatmosphäre ungeschützt ausgesetzt sind. Diesem Nachteil kann durch die erfmdungsgemäße Schutzschicht aus dem zweiten Material, das unedler ist als das elektrisch leitfähige Material der strukturierten Schicht, abgeholfen werden. Zur Passivierung wird die Oberfläche des elektronischen Bauteils nach dem Aufbringen der Schutzschicht mit einer Passivierungsschicht bedeckt. Die Schutzschicht aus dem unedleren Material hat gleichzeitig die Funktion eines Haftvermittlers für die Passivierungsschicht. Hierdurch wird einem Abreißen der Passivierungsschicht insbesondere im Bereich der strukturierten Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material abgeholfen.
Das Verfahren zur Herstellung eines erfmdungsgemäßen elektronischen Bauteils umfasst folgende Schritte:
(a) Aufbringen einer ersten Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material auf ein Substrat,
(b) Aufbringen einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material, das unedler als das elektrisch leitfähige Material der ersten Schicht ist, auf die erste Schicht.
Das Aufbringen der ersten Schicht in Schritt (a) kann durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. So ist es z.B. möglich, die strukturierte Schicht durch Auf- sputtern oder Aufdampfen auf das Substrat aufzubringen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die erste Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material z.B. durch einen elektrochemischen Prozess, beispielsweise stromloses oder galvanisches Abscheiden, auf das Substrat aufzubringen. Um eine strukturierte Schicht zu erzeugen, ist es z.B. möglich, zunächst einen Photolack aufzubringen, der entsprechend der zu erzeugenden Struktur belichtet wird. Die unbelichteten Bereiche werden üblicherweise abgetragen. In einem nächsten Schritt wird gegebenenfalls ein Haftvermittler aufgebracht. Auf den Haftvermittler wird das elektrisch leitfähige Material für die strukturierte Schicht abgeschieden. Abschließend erfolgt das Auf- bringen der Schutzschicht aus dem zweiten Material, das unedler ist als das elektrisch leitfähige Material der ersten Schicht. Abschließend werden die Bereiche, in denen das Material für den Haftvermittler, die strukturierte Schicht und die Schutzschicht auf dem Photolack abgeschieden wurden, samt dem Photolack entfernt. Es verbleibt eine strukturierte Schicht auf dem Substrat, bei der zwischen der strukturierten Schicht und dem Substrat der Haft- vermittler enthalten ist und auf der strukturierten Schicht die Schutzschicht.
Das Aufbringen der Schutzschicht kann z.B. ebenfalls durch Aufdampfen, Aufsputtern oder durch elektrochemische Abscheidung erfolgen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, vor dem Aufbringen der Schutzschicht in Schritt (b) die erste Schicht bereits zu strukturieren. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass bei Verwendung eines Photolacks nach dem Auftragen der ersten Schicht aus dem elektrisch leitfä- higen Material die Bereiche abgetragen werden, die nicht zur gewünschten Struktur der strukturierten Schicht gehören, d.h. z.B. bei Verwendung eines Photolacks die Bereiche, in denen das Material der ersten Schicht auf den Photolack aufgebracht wurde. Neben der Verwendung eines Photolacks zur Strukturierung ist jedoch auch jedes beliebige andere, dem Fachmann bekannte Verfahren geeignet, um eine strukturierte Schicht auf das Substrat aufzubringen.
Nach dem Aufbringen der Schutzschicht ist es bevorzugt, das Material der Schutzschicht in einem weiteren Schritt zu oxidieren. Durch das Oxidieren des Materials entsteht eine gasdichte Schicht, die verhindert, dass Sauerstoff an den Haftvermittler oder die erste Schicht aus dem elektrisch leitfähigen Material gelangen kann. Das Oxidieren der Schutzschicht erfolgt z.B. durch Erhitzen des elektronischen Bauteils in einer oxidierenden Atmosphäre. Als oxidierende Atmosphäre wird vorzugsweise Luft eingesetzt. Die Temperatur, auf die das elektronische Bauteil erwärmt wird, liegt im Allgemeinen im Bereich zwischen 100 und 6000C. Die Temperaturobergrenze ist dabei bestimmt durch die Materialien, die für das Substrat, den Haftvermittler und die strukturierte Schicht eingesetzt werden. Die Temperatur, auf die das elektronische Bauteil zum Oxidieren erhitzt wird, liegt vorzugsweise unterhalb den Schmelztemperaturen oder Zersetzungstemperaturen der entsprechenden Materialien, um eine Schädigung des elektronischen Bauteils zu verhindern.
Wenn auf das elektronische Bauelement eine Passivierungsschicht aufgebracht wird, so wird die Passivierungsschicht nach dem Aufbringen der Schutzschicht auf die strukturierte Schicht in Schritt (b) auf die Oberfläche des gesamten elektronischen Bauelements aufgebracht. Das Aufbringen der Passivierungsschicht erfolgt z.B. durch CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahren, zum Beispiel LPCVD (Low Pressure CVD), PECVD (Plasma En- hanced CVD), ALD (Atomic Layer Deposition), thermische Oxidation, Plasma- Verfahren oder Sputter- bzw. Aufdampfverfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schutzschicht vor dem Aufbringen der Passivierungsschicht zunächst unter einer Schutzgasatmosphäre auf eine Temperatur im Be- reich von 500C bis 6500C, insbesondere im Bereich von 2500C bis 4500C erhitzt. Anschließend erfolgt ein Erhitzen des elektronischen Bauteils in Gegenwart von Luft auf eine Temperatur im Bereich von 500C bis 6500C0C, insbesondere im Bereich von 2500C bis 4500C. Hierdurch wird die Wirkung der Schutzschicht als Haftvermittlerschicht für die Passivie- rungsschicht weiter erhöht.
Das Schutzgas, das als Atmosphäre eingesetzt wird, ist z.B. Argon oder Stickstoff oder eine Mischung aus Argon und Stickstoff.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfol- genden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1.1 bis 1.4 vier Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines erfϊndungsge- mäßen Bauteils,
Figuren 2.1 und 2.2 zwei Schritte eines alternativen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils,
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Bauteil mit Passivierungsschicht.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1.1 zeigt einen ersten Schritt eines erfmdungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines elektronischen Bauteils.
Zur Herstellung eines elektronischen Bauteils 1 wird auf ein Substrat 3 ein Photolack 5 aufgetragen. Anschließend erfolgt eine Negativbelichtung des Photolacks 5, so dass die Bereiche, die eine strukturierte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material bilden sollen, nicht belichtet werden, und die Bereiche, die unbeschichtet bleiben sollen, belichtet sind. Der unbelichtete Photolack 5 wird anschließend abgetragen. Es entsteht eine strukturierte Negativschicht der zur erzeugenden strukturierten Schicht.
Nach dem Entfernen des nicht belichteten Photolacks wird vollflächig auf das Substrat 3 mit dem darauf aufgebrachten Photolack 5 zunächst ein Haftvermittler 7 aufgetragen. Das Auftragen des Haftvermittlers 7 erfolgt nach einem beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahren. So ist es z.B. möglich, den Haftvermittler 7 durch Aufdampfen oder Aufsputtern oder auch durch andere, dem Fachmann bekannte Dünnschichttechniken, aufzubringen. Als Haftvermittler eignen sich, wie vorstehend bereits beschrieben, z.B. Titan, Tantalsilicid oder Nickel-Chrom-Legierungen. In einem weiteren Schritt wird ebenfalls vollflächig über die gesamte Oberfläche des Substrates 3 ein elektrisch leitfähiges Material aufgebracht. Das elektrisch leitfähige Material haftet auf dem Haftvermittler 7. Das elektronische Bauteil 1 mit vollflächig aufgetragenem Haftvermittler 7 und leitfähigem Material 9 auf dem Substrat 3 ist in Figur 1.2 dargestellt.
Wenn das leitfähige Material 9 gut auf dem Substrat 3 haftet, kann auf den Haftvermittler 7 verzichtet werden.
In einem weiteren Schritt, der in Figur 1.3 dargestellt ist, wird auf das leitfähige Material 9 ein unedleres Material 11 zur Ausbildung einer Schutzschicht aufgebracht. Das Aufbringen des unedleren Materials 11 erfolgt ebenfalls vollflächig, z.B. durch geeignete Dünnschichttechniken wie Aufdampfen oder Sputtern oder durch elektrochemische Abscheidung.
Die Schichtdicke des auf das Substrat aufgebrachten leitfähigen Materials 9 liegt vorzugsweise im Bereich von 0, 1 bis 5 μm. Die darauf aufgebrachte Schicht aus dem unedleren Material 11 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 nm bis 100 μm, bevorzugt im Bereich von 100 nm bis 10 μm. Durch das Aufbringen des unedleren Materials 11 wird das leitfähige Material der strukturierten Schicht zu einer Kathode und das unedlere Metall 11 zu einer Anode. Die Kathode aus dem leitfähigen Material 9 und die Anode aus dem unedleren Material 11 bilden dabei ein Korrosionselement. Bei Angriff von Sauerstoff wird das unedlere Material 11 , das die Anode bildet, durch Oxidation geopfert. Wie vorstehend beschrieben, eignen sich als unedleres Material 11 z.B. Magnesium, Zink, Aluminium, Titan oder Mi- schungen dieser Metalle.
Bei einem dünnschichtbasierten Abscheideprozess kann das Aufbringen des leitfähigen Materials 9 und des unedleren Materials 11 im gleichen Prozessschritt erfolgen. Hierdurch können zusätzliche Prozesskosten vermieden werden.
Nach dem Aufbringen des unedleren Materials 11 auf das leitfähige Material 9 werden die Bereiche der Schichten, in denen der Photolack 5 auf dem Substrat aufliegt, entfernt. Es verbleibt eine leitfähige Struktur, bei der der Haftvermittler 7 direkt auf dem Substrat 3 aufgebracht ist und auf dem Haftvermittler 7 das leitfähige Material 9 und das unedlere Materi- al 11 einen Schichtverbund bilden. Das Entfernen des Photolacks 5 mit dem darauf liegenden Haftvermittler 7, leitfähigen Material 9 und unedleren Material 11, erfolgt durch einen dem Fachmann bekannten Lift-off-Prozess. Hierbei kann z.B. durch Verwendung eines ge- eigneten Lösungsmittels der Photolack abgelöst werden, wodurch auch das auf dem Photolack 5 aufliegende Material mitentfernt wird.
Bei einer nach diesem Verfahren hergestellten strukturierten Schicht sind die Seiten 13 der strukturierten Schicht 15 jedoch ungeschützt. Eine Schutzschicht 17 aus dem unedleren Material 11 befindet sich nur auf der Oberseite der strukturierten Schicht 15. In Abhängigkeit von einer gegebenenfalls nachträglich durchgeführten Passivierung oder in Abhängigkeit vom Einsatz des elektronischen Bauteils 1 kann eine Schutzschicht 17, die nur auf der Oberseite der strukturierten Schicht 15 angeordnet ist, jedoch bereits ausreichend sein.
Ein alternatives Verfahren zum Aufbringen der Schutzschicht 17 ist in Figur 2.1 dargestellt.
Hierzu wird zunächst die strukturierte Schicht 15 aus dem leitfähigen Material 9 auf das Substrat 3 aufgetragen. Das Aufbringen der strukturierten Schicht 15 erfolgt dabei nach jedem beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahren. So ist es z.B. auch für das Aufbringen der strukturierten Schicht 15 möglich, ein Lift-off- Verfahren einzusetzen, bei dem zunächst eine Negativstruktur mit einem Photolack auf das Substrat 3 aufgetragen wird und darauf das leitfähige Material 9. Nach dem Aufbringen des leitfähigen Materials 9 wird der Photolack vom Substrat 3 mit dem auf dem Photolack aufliegenden leitfähigen Material entfernt, wodurch die strukturierte Schicht 15 auf dem Substrat 3 zurückbleibt. Es ist aber auch jedes andere, dem Fachmann bekannte Verfahren zur Erzeugung der strukturierten Schicht 15 möglich. Die Haftung der strukturierten Schicht 15 auf dem Substrat 3 kann auch hier durch Aufbringen eines Haftvermittlers 7 zwischen die strukturierte Schicht 15 und das Substrat 3 verbessert werden.
Nach dem Herstellen der strukturierten Schicht 15 wird die Schutzschicht 17 aufgebracht. Das Aufbringen der Schutzschicht 17 erfolgt z.B. wie in Figur 2.1 dargestellt durch ein e- lektrochemisches Verfahren. Hierbei kann es sich sowohl um eine stromlose als auch um eine galvanische Abscheidung handeln. Hier dargestellt ist schematisch eine galvanische Abscheidung für die Schutzschicht 17.
Um die Schutzschicht 17 auf die strukturierte Schicht 15 aufzubringen wird das elektronische Bauteil 1 in einem Elektrolytbad 21 positioniert. Das Elektrolytbad 21 enthält im Allgemeinen eine Lösung eines Salzes aus dem Metall, das als Schutzschicht 17 auf der struk- turierten Schicht 15 abgeschieden werden soll. Um die Schutzschicht 17 auf der strukturierten Schicht 15 abzuscheiden wird die strukturierte Schicht 15 kathodisch geschaltet. Nicht miteinander verbundene Teile der strukturierten Schicht 15 werden vorzugsweise über Hilfskontaktierungen 23 miteinander verbunden. Die Hilfskontaktierungen 23 können dabei z.B. ebenfalls in Form der strukturierten Schicht 15 ausgebildet sein, jedoch sind auch alle anderen Kontaktierungen, mit denen einzelne Bereiche der strukturierten Schicht 15 verbunden werden können, möglich. So können die einzelnen Bereiche der strukturierten Schicht 15 z.B. auch mit Hilfe von Drähten oder anderen Kontaktierungselementen mitein- ander verbunden werden. Um eine Abscheidung der Schutzschicht 17 auf der strukturierten Schicht 15 zu ermöglichen, ist zusätzlich eine Anode 25 im Elektrolytbad 21 aufgenommen. Die Anode 25 kann dabei aus einem Material gefertigt sein, das sich nicht auflöst, oder aber alternativ als Opferanode ausgebildet sein. Wenn die Anode 25 als Opferanode ausgebildet ist, so enthält diese vorzugsweise das Material, welches als Schutzschicht 17 auf der struk- turierten Schicht 15 abgeschieden wird. Dabei gehen Metallionen aus der Anode 25 im E- lektrolytbad 21 in Lösung und werden dann auf der strukturierten Schicht 15 abgeschieden.
Das Metallsalz kann z.B. in einem wässrigen Medium oder in einer organischen und/oder ionischen Flüssigkeit gelöst sein. Im Allgemeinen wird das Metallsalz jedoch in einem wäss- rigen Medium gelöst.
Um z.B. eine Schutzschicht 17 auf der strukturierten Schicht 15 aufzubringen, kann z.B. ein Aluminiumsalz, beispielsweise wasserfreies Aluminiumchlorid, in einem organischen Lösungsmittel oder einer ionischen Flüssigkeit gelöst werden. Als organisches Lösungsmittel eignen sich z.B. Diethylether oder Toluol. Eine geeignete ionische Flüssigkeit ist z.B. Ethyl- pyridiniumchlorid. Die galvanische Abscheidung erfolgt unter Schutzgasatmosphäre bei einem Gleichstrom von ungefähr 0,5 bis 2,5 A/dm2. Auf der strukturierten Schicht 15 wird hierbei eine Aluminiumschicht als Schutzschicht 17 abgeschieden.
Damit die Abscheidung nur auf der strukturierten Schicht 15 erfolgt, wird die Schutzschicht 17 in der in Figur 2.1 dargestellten Verfahrensvariante auch an den Seiten der strukturierten Schicht 15 abgeschieden. Dies ist in Figur 2.2 dargestellt.
Dadurch, dass die Schutzschicht 17 auch an den Seiten der strukturierten Schicht 15 abge- schieden wird, wird auch der Haftvermittler 7 von der Schutzschicht 17 umschlossen, so dass vermieden wird, dass Sauerstoff an den Haftvermittler 7 gelangen kann. Eine Verbesserung des Schutzes wird dadurch erzielt, dass das Material der Schutzschicht 17 oxidiert. Hierbei ist es einerseits möglich, dass das Oxidieren während des Betriebs des elektronischen Bauteils erfolgt, andererseits ist es jedoch auch möglich, das unedlere Material 11 der Schutzschicht 17 gezielt zu oxidieren. In diesem Fall wird das Material der Schutzschicht 17 in einen Zustand gebracht, in dem keine weitere Oxidation erfolgt. Das gezielte Oxidieren des Materials der Schutzschicht 17 erfolgt z.B. durch Erhitzen des elektronischen Bauteils auf eine Temperatur im Bereich zwischen 100 und 6000C in einer oxidierenden Atmosphä- re. Als oxidierende Atmosphäre eignet sich z.B. jedes sauerstoffhaltige Gas, insbesondere Luft. Die so erzeugte Oxidschicht führt zu einer verbesserten Passivierungswirkung der Schutzschicht 17. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Schichtdicke der Schutzschicht 17 durch die Oxidation zunimmt. Die Oxidation des Haftvermittlers 7 und der strukturierten Schicht 15 kann auf diese Weise stark verlangsamt werden oder kommt vollständig zum Stillstand.
In Figur 3 ist ein elektronisches Bauelement mit einer Passivierungsschicht dargestellt.
Wenn ein elektronisches Bauteil 1, insbesondere mit einem Substrat 3 aus einem Halbleiter- material, in einer korrosiven Umgebung eingesetzt wird, wird bevorzugt auf die Oberfläche 27 des elektronischen Bauteils 1 eine Passivierungsschicht 29 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 29 deckt dabei auch die strukturierte Schicht 15 ab. Eine verbesserte Haftung der Passivierungsschicht 29 insbesondere im Bereich der strukturierten Schicht 15 aus dem leitfähigen Material 9 wird durch Aufbringen der Schutzschicht 17 aus dem unedleren Material 11 erzielt. Wenn eine Passivierungsschicht 29 aufgebracht wird, ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, die Schutzschicht 17 zunächst zu oxidieren. Jedoch kann eine Verbesserung der Haftung der Passivierungsschicht 29 erzielt werden, wenn die Schutzschicht 17 nach dem Aufbringen zunächst unter einer Schutzgasatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 500C bis 6500C und anschließend in Gegenwart von Luft auf eine Temperatur im Bereich von 500C bis 6500C erhitzt wird. Als Schutzgas wird vorzugsweise Argon, Stickstoff oder eine Mischung aus Argon und Stickstoff eingesetzt.
Auch wenn die Schutzschicht 17 insbesondere als Haftvermittlerschicht für die Passivie- rungsschicht 29 dient, ist das unedlere Material, aus dem die Schutzschicht 17 gebildet wird, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Zink, Aluminium, Titan und Mischungen daraus.

Claims

Ansprüche
1. Elektronisches Bauteil, umfassend mindestens eine strukturierte Schicht (15) aus einem elektrisch leitfähigen Material (9) auf einem Substrat (3), dadurch gekennzeichnet, dass auf die strukturierte Schicht (15) aus dem elektrisch leitfähigen Material (9) eine
Schutzschicht (17) aus einem zweiten Material (11) aufgebracht ist, wobei das zweite Material (11) unedler ist als das elektrisch leitfähige Material (9) der strukturierten Schicht (15).
2. Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material (9) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Gold und Platin.
3. Elektronisches Bauteil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (11), das unedler als das elektrisch leitfähige Material (9) der strukturierten
Schicht (15) ist, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Zink, Aluminium, Titan und Mischungen daraus sowie deren Oxiden.
4. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der strukturierten Schicht (15) aus dem elektrisch leitfähigen Material
(9) und dem Substrat (3) ein Haftvermittler (5) enthalten ist.
5. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) ein Halbleitermaterial enthält.
6. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Schicht (15) aus dem elektrisch leitfähigen Material (9) eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 5 μm aufweist.
7. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (17) aus dem zweiten Material (11) eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 100 μm aufweist.
8. Elektronisches Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des elektronischen Bauteils mit einer Passivierungsschicht bedeckt ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, folgende Schritte umfassend:
(a) Aufbringen einer strukturierten Schicht (15) aus einem elektrisch leitfähigen Material (9) auf ein Substrat (3),
(b) Aufbringen einer Schutzschicht (17) aus einem zweiten Material (11), das unedler als das elektrisch leitfähige Material (9) der strukturierten Schicht (15) ist, auf die strukturierte Schicht (15).
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (17) durch Aufdampfen, Aufsputtern oder elektrochemische Abscheidung auf die strukturierte Schicht (15) aufgebracht wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (11) der Schutzschicht (17) nach dem Aufbringen in Schritt (b) oxidiert wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidieren des Materials (11) der Schutzschicht (17) durch Erhitzen des elektronischen Bauteils (1) auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 6000C in einer oxidierenden Atmosphäre erfolgt.
13. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Schutzschicht auf die strukturierte Schicht (15) in Schritt (b) eine Passivie- rungsschicht auf die Oberfläche des gesamten elektronischen Bauelements aufgebracht wird
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauteil vor dem Aufbringen der Passivierungsschicht zunächst unter einer Schutzgasatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 500C bis 6500C erhitzt wird und anschließend in Gegenwart von Luft auf eine Temperatur im Bereich von 500C bis 6500C erhitzt wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas Argon oder Stickstoff oder eine Mischung aus Argon und Stickstoff ist.
PCT/EP2009/059010 2008-09-15 2009-07-15 Elektronisches bauteil sowie verfahren zu seiner herstellung WO2010028885A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09780585A EP2327097A1 (de) 2008-09-15 2009-07-15 Elektronisches bauteil sowie verfahren zu seiner herstellung
CN200980135673.5A CN102150264A (zh) 2008-09-15 2009-07-15 电子元件以及其制造方法
JP2011526435A JP2012503303A (ja) 2008-09-15 2009-07-15 電子構成部分並びに製造方法
US12/998,062 US20110266681A1 (en) 2008-09-15 2009-07-15 Electronic component as well as method for its production

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008042107.3 2008-09-15
DE102008042107A DE102008042107A1 (de) 2008-09-15 2008-09-15 Elektronisches Bauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010028885A1 true WO2010028885A1 (de) 2010-03-18

Family

ID=41017083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/059010 WO2010028885A1 (de) 2008-09-15 2009-07-15 Elektronisches bauteil sowie verfahren zu seiner herstellung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110266681A1 (de)
EP (1) EP2327097A1 (de)
JP (1) JP2012503303A (de)
CN (1) CN102150264A (de)
DE (1) DE102008042107A1 (de)
WO (1) WO2010028885A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104049006A (zh) * 2013-03-12 2014-09-17 罗伯特·博世有限公司 用于布置在传感器元件的有效测量区域之前的功能元件

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8592983B2 (en) 2011-12-02 2013-11-26 The Boeing Company Method of integrating a plurality of benzocyclobutene layers with a substrate and an associated device
US9412709B2 (en) 2013-05-21 2016-08-09 Freescale Semiconductor, Inc. Semiconductor structure with sacrificial anode and passivation layer and method for forming

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6342444B1 (en) * 1999-03-11 2002-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of forming diffusion barrier for copper interconnects
US20030001192A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Oki Electric Industry Co., Ltd. Wiring layer structure for ferroelectric capacitor

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3636619A (en) * 1969-06-19 1972-01-25 Teledyne Inc Flip chip integrated circuit and method therefor
US3821785A (en) * 1972-03-27 1974-06-28 Signetics Corp Semiconductor structure with bumps
US4609936A (en) * 1979-09-19 1986-09-02 Motorola, Inc. Semiconductor chip with direct-bonded external leadframe
DE3343362A1 (de) * 1983-11-30 1985-06-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur galvanischen herstellung metallischer, hoeckerartiger anschlusskontakte
US5134460A (en) * 1986-08-11 1992-07-28 International Business Machines Corporation Aluminum bump, reworkable bump, and titanium nitride structure for tab bonding
US5272376A (en) * 1990-06-01 1993-12-21 Clarion Co., Ltd. Electrode structure for a semiconductor device
US5130779A (en) * 1990-06-19 1992-07-14 International Business Machines Corporation Solder mass having conductive encapsulating arrangement
DE4400200C2 (de) * 1993-01-05 1997-09-04 Toshiba Kawasaki Kk Halbleitervorrichtung mit verbesserter Verdrahtungsstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
US5431328A (en) * 1994-05-06 1995-07-11 Industrial Technology Research Institute Composite bump flip chip bonding
US5578527A (en) * 1995-06-23 1996-11-26 Industrial Technology Research Institute Connection construction and method of manufacturing the same
KR100234694B1 (ko) * 1996-10-29 1999-12-15 김영환 비지에이 패키지의 제조방법
AU2640499A (en) * 1998-02-25 1999-09-15 Citizen Watch Co. Ltd. Semiconductor device
US6537854B1 (en) * 1999-05-24 2003-03-25 Industrial Technology Research Institute Method for bonding IC chips having multi-layered bumps with corrugated surfaces and devices formed
US6261950B1 (en) * 1999-10-18 2001-07-17 Infineon Technologies Ag Self-aligned metal caps for interlevel metal connections
JP2001244289A (ja) * 1999-12-24 2001-09-07 Seiko Epson Corp 半導体装置およびその製造方法
JP3700563B2 (ja) * 2000-09-04 2005-09-28 セイコーエプソン株式会社 バンプの形成方法及び半導体装置の製造方法
TW488052B (en) * 2001-05-16 2002-05-21 Ind Tech Res Inst Manufacture process of bumps of double layers or more
US6683375B2 (en) * 2001-06-15 2004-01-27 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor die including conductive columns
JP4058619B2 (ja) * 2001-10-25 2008-03-12 セイコーエプソン株式会社 半導体ウエハ
TW518700B (en) * 2002-01-07 2003-01-21 Advanced Semiconductor Eng Chip structure with bumps and the manufacturing method thereof
JP3829325B2 (ja) * 2002-02-07 2006-10-04 日本電気株式会社 半導体素子およびその製造方法並びに半導体装置の製造方法
JP2005520339A (ja) * 2002-03-12 2005-07-07 フェアチャイルド セミコンダクター コーポレーション ウエハレベルのコーティングされた銅スタッドバンプ
US7008867B2 (en) * 2003-02-21 2006-03-07 Aptos Corporation Method for forming copper bump antioxidation surface
US6812141B1 (en) * 2003-07-01 2004-11-02 Infineon Technologies Ag Recessed metal lines for protective enclosure in integrated circuits
US7470997B2 (en) * 2003-07-23 2008-12-30 Megica Corporation Wirebond pad for semiconductor chip or wafer
US7087438B2 (en) 2004-07-26 2006-08-08 Infineon Technologies Ag Encapsulation of conductive lines of semiconductor devices
EP1851798B1 (de) * 2005-02-25 2016-08-03 Tessera, Inc. Mikroelektronische baugruppe mit nachgiebigkeit
TWI273667B (en) * 2005-08-30 2007-02-11 Via Tech Inc Chip package and bump connecting structure thereof
TW200802703A (en) * 2005-11-28 2008-01-01 Nxp Bv Method of forming a self aligned copper capping layer
JP4863746B2 (ja) * 2006-03-27 2012-01-25 富士通株式会社 半導体装置およびその製造方法
KR100850212B1 (ko) * 2007-04-20 2008-08-04 삼성전자주식회사 균일한 무전해 도금 두께를 얻을 수 있는 반도체 소자의제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6342444B1 (en) * 1999-03-11 2002-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of forming diffusion barrier for copper interconnects
US20030001192A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Oki Electric Industry Co., Ltd. Wiring layer structure for ferroelectric capacitor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FURUYA AKIRA ET AL: "Ta-rich atomic layer deposition TaN adhesion layer for Cu interconnects by means of plasma-enhanced atomic layer deposition", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY: PART B, AVS / AIP, MELVILLE, NEW YORK, NY, US, vol. 23, no. 3, 19 May 2005 (2005-05-19), pages 979 - 983, XP012080001, ISSN: 1071-1023 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104049006A (zh) * 2013-03-12 2014-09-17 罗伯特·博世有限公司 用于布置在传感器元件的有效测量区域之前的功能元件

Also Published As

Publication number Publication date
US20110266681A1 (en) 2011-11-03
JP2012503303A (ja) 2012-02-02
EP2327097A1 (de) 2011-06-01
CN102150264A (zh) 2011-08-10
DE102008042107A1 (de) 2010-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2729030C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Leiterzugsmusters für monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen
DE2440481C3 (de) Verfahren zum Herstellen von Dünnschicht-Leiterzügen auf einem elektrisch isolierenden Träger
DE2723944C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Anordnung aus einer strukturierten Schicht und einem Muster
DE102005057075B4 (de) Halbleiterbauelement mit einer Kupferlegierung als Barrierenschicht in einer Kupfermetallisierungsschicht und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2036139A1 (de) Dunnfümmetallisierungsverfahren fur Mikroschaltungen
DE102011116233B4 (de) Verfahren und vorrichtung zur verringerung der ausbildung von oxiden auf lötmitteln
DE3240866A1 (de) Halbleiterbauelement und verfahren zu dessen herstellung
DE1464357B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer ohmschen Verbindung zwischen einem Silizium-Halbleiterkoerper und einem metallischen Traegerteil
DE102005056262A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schichtanordnung, Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauelementes, Schichtanordnung und elektrisches Bauelement
DE10103340A1 (de) Verfahren zum Wachsen von Kohlenstoff-Nanoröhren oberhalb einer elektrisch zu kontaktierenden Unterlage sowie Bauelement
DE102009010816A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements
DE2132034A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Zwischenverbindungen fuer elektrische Baueinheiten auf Festkoerpern
EP2327097A1 (de) Elektronisches bauteil sowie verfahren zu seiner herstellung
DE102010031153A1 (de) Feldeffekttransistoren für Gassensoren
EP1665371A1 (de) Verfahren zur herstellung einer multifunktionellen dielektrikumsschicht auf einem substrat
DE102008016613B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelements mit mindestens einer dielektrischen Schicht und ein elektrisches Bauelement mit mindestens einer dielektrischen Schicht
DE102006053930B4 (de) Herstellungsverfahren für eine Transistor-Gatestruktur
DE2134291A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102004039663B3 (de) Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit einem Isolationskragen
EP2823507B1 (de) Verfahren zum bilden eines kontakts auf einem halbleitersubstrat und halbleitervorrichtung
EP1502299B1 (de) Kontaktierung von nanoröhren
DE102004012855B4 (de) Herstellungsverfahren für einen Grabenkondensator mit Isolationskragen
DE102015205695B4 (de) Halbleiterbauelement, Kontaktanordnung und Verfahren zur Herstellung
EP3961170A1 (de) Temperatursensor und verfahren zur herstellung eines derartigen temperatursensors
DE1514668A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Metallkontakten auf Halbleiterbauelementen

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980135673.5

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09780585

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009780585

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011526435

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12998062

Country of ref document: US