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DE102020114527B4 - Chipgehäuse und verfahren zum bilden eines chipgehäuses - Google Patents

Chipgehäuse und verfahren zum bilden eines chipgehäuses Download PDF

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DE102020114527B4
DE102020114527B4 DE102020114527.6A DE102020114527A DE102020114527B4 DE 102020114527 B4 DE102020114527 B4 DE 102020114527B4 DE 102020114527 A DE102020114527 A DE 102020114527A DE 102020114527 B4 DE102020114527 B4 DE 102020114527B4
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layer
forming
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Wolfgang Lehnert
Evelyn Napetschnig
Michael Rogalli
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Abstract

Chipgehäuse (200), das Folgendes aufweist:• wenigstens einen Chip (222);• ein freigelegtes Metallgebiet (102);• eine Metallschutzschichtstruktur (220) über dem freigelegten Metallgebiet (102) und zum Schützen des Metallgebiets (102) vor Oxidation eingerichtet, wobei die Schutzschichtstruktur (220) ein niedertemperaturabgeschiedenes Oxid aufweist; und• eine hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht (106) über der Schutzschichtstruktur (220).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein ein Chipgehäuse und ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses.
  • Hintergrund
  • Ein Chipgehäuse kann verschiedene Materialien beinhalten, die an ein Kapselungsmaterial, z.B. eine Vergussmasse, angrenzen. Eine starke und langzeitige, zuverlässige Haftung zwischen den verschiedenen Materialien, insbesondere Metalloberflächen, und der Vergussmasse kann notwendig sein, um eine hohe Zuverlässigkeit des Chipgehäuses sicherzustellen. Des Weiteren kann das Chipgehäuse einen Schutz vor Feuchtigkeit und vor Oxidation der Metalloberflächen erfordern.
  • Die DE 10 2018 118 544 A1 offenbart ein Package, das einen elektronischen Chip mit einem Pad aufweist, wobei das Pad zumindest teilweise mit haftungsverbessernden Strukturen abgedeckt ist und wobei das Pad und die haftungsverbessernden Strukturen mindestens ein chemisches Element, insbesondere Aluminium, gemeinsam haben.
  • Die US 2019 / 0 214 323 A1 offenbart ein Halbleiterpackage, welches eine Füllstoffzusammensetzung enthält, wobei die Füllstoffzusammensetzung Partikel enthält, die jeweils sowohl Kohlenstoff als auch Siliziumdioxid enthalten, wobei die Füllstoffzusammensetzung im Wesentlichen frei von Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid ist und die Füllstoffzusammensetzung ein Gewichtsverhältnis von Kohlenstoff zu Siliziumdioxid von mindestens größer 1,0 aufweist.
  • Die US 2012/0 164 434 A1 offenbart einen mehrschichtigen Sperrfilm, umfassend eine Substratschicht, die mit einer Sperrschicht beschichtet ist, wobei die Sperrschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metalloxid, einem Metallcarbid, einem Metallnitrid und einem Metalloxynitrid besteht, eine nanostrukturierte Metallverbindungsschicht, die auf der Sperrschicht angeordnet ist; und eine auf der nanostrukturierten Schicht angeordnete Einebnungsschicht.
  • Kurzdarstellung:
  • Ein Chipgehäuse gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses gemäß 14 werden bereitgestellt. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Ein Chipgehäuse wird bereitgestellt. Das Chipgehäuse kann Folgendes beinhalten: wenigstens einen Chip, ein freigelegtes Metallgebiet, eine Metallschutzschichtstruktur über dem freigelegten Metallgebiet und zum Schützen des Metallgebiets vor Oxidation eingerichtet, wobei die Schutzschichtstruktur ein niedertemperaturabgeschiedenes Oxid beinhaltet, und eine hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen verweisen gleiche Bezugszeichen allgemein in den verschiedenen Ansichten auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird der Schwerpunkt allgemein auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1 ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses gemäß dem Stand der Technik visualisiert;
    • 2A bis 2C jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Chipgehäuses gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigen;
    • 3A bis 3D jeweils ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses gemäß verschiedenen Ausführungsformen visualisieren; und
    • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Chipgehäuses gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt.
  • Beschreibung
  • Die folgende ausführliche Beschreibung verweist auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung spezielle Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.
  • Das Wort „beispielhaft“ wird hier mit der Bedeutung „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“ verwendet. Eine beliebige Ausführungsform oder Gestaltung, die hier als „beispielhaft“ beschrieben ist, muss nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Gestaltungen ausgelegt werden.
  • Das Wort „über“, das in Zusammenhang mit einem abgeschiedenen Material verwendet wird, das „über“ einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, kann hier mit der Bedeutung verwendet werden, dass das abgeschiedene Material „direkt auf“, zum Beispiel in direktem Kontakt mit, der betreffenden Seite oder Oberfläche gebildet werden kann. Das Wort „über“, das in Zusammenhang mit einem abgeschiedenen Material verwendet wird, das „über“ einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, kann hier mit der Bedeutung verwendet werden, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf” der betreffenden Seite oder Oberfläche mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der betreffenden Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind, gebildet werden kann.
  • Zukünftige Anforderungen bezüglich Chipgehäusen verlangen eine Beständigkeit gegenüber Temperaturen bis zu 200 °C beim Testen und im Dienst, während die gleiche oder eine bessere Zuverlässigkeit bereitgestellt wird. Um dies zu erreichen, müssen neue Lösungen gefunden werden, um eine Oxidation eines Substrats zu verhindern, während sie mit derzeitigen und zukünftigen Materialsätzen kompatibel sind.
  • Verschiedene Prozesse wurden in der Vergangenheit vorgeschlagen oder verwendet, um eine Haftung eines Kapselungsmaterials an gekapselten Strukturen, z.B. Metalloberflächen, in einem Chipgehäuse zu verbessern, welche alle einen oder mehrere Nachteile mit sich bringen.
  • In einem bekannten Prozess zum Bilden eines anorganischen Haftstoffs werden Zn/Cr-Dendriten elektrochemisch auf (z.B. Metall-) Oberflächen aufgewachsen. Dies kann ein relativ günstiger Prozess sein, der das Bereitstellen einer zuverlässigen Haftung zwischen den Oberflächen und dem Kapselungsmaterial ermöglichen kann und sogar eine Feuchtigkeits- und Oxidationsverhinderung bereitstellen kann. Jedoch erfordert der elektrochemische Prozess, der zum Bilden der Dendriten verwendet wird, Cr-6, was krebserregend ist.
  • In einer sogenannten Primer-Behandlung können bifunktionale Silane (z.B. Aminopropyltrieethoxysilan) auf der (z.B. Metall-) Oberfläche verteilt werden, um eine Haftung zwischen Metallen und dem Kapselungsmaterial, z.B. Epoxidvergussmitteln, zu verbessern. Dies kann einfach zu implementieren sein und die Silane sind nicht krebserregend. Jedoch ist die Haftung weniger zuverlässig als die durch den A2-Prozess bereitgestellte Haftung und es wird kein Schutz vor Oxidation bereitgestellt.
  • Eine (Metall-) Oberflächenaufrauung kann an einer Leiterrahmenoberfläche durchgeführt werden, was einfach zu implementieren sein kann und eine günstige, starke Haftungsvermittlung bereitstellen kann. Jedoch wird kein Oxidationsschutz bereitgestellt und die Haftungsvermittlung ist auf den Leiterrahmen begrenzt, obwohl die Chipoberseite immer ein kritischer Bereich ist.
  • Eine Aluminiumoxid(Al2O3)-Schicht (mit einer Siliziumdotierung oder einer Siliziumoxid(SiO2)-Bedeckung, um eine Degradierung des Al2O3 zu verhindern) kann als ein Reaktionsinhibitor und eine Feuchtigkeitsbarriere wirken. Jedoch ermöglicht das dotierte Aluminiumoxid oder das Siliziumoxid möglicherweise keine starke Haftung an dem Kapselungsmaterial.
  • Durch das Umwandeln des Aluminiumoxid (Al2O3) in „Korallen“-artige Pseudoböhmitstrukturen durch einen hydrothermalen Prozess kann eine sehr starke Haftungsvermittlung erreicht werden und das Material ist nicht krebserregend und kann auf jeder Oberfläche aufgewachsen werden, sogar ohne elektrische Verbindung zu einem Rahmen. Jedoch ist ein Oxidationsschutz nicht garantiert und es ist keine Feuchtigkeitsbarriere bereitgestellt.
  • Eine Metallstruktur 102, die Teil eines Chipgehäuses nach dem Stand der Technik sein kann, ist in 1 gezeigt. Auf der Metallstruktur 102 kann das umgewandelte Aluminiumoxid 106 durch Bilden einer Aluminiumoxidschicht 104 (auf der linken Seite gezeigt) und durch hydrothermales Umwandeln der Aluminiumoxidschicht 104 zum Bilden der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht 106 (auf der rechten Seite gezeigt) angeordnet werden.
  • Die AlOOH-Dendriten weisen eine offene poröse Struktur auf, die ein sehr gutes Potential dafür aufgezeigt halt, ein geeigneter Haftvermittler für derzeitige und zukünftige Vergussmaterialien zu sein, die hinsichtlich Füllstoffgröße und Viskosität einen großen Umfang aufweisen.
  • Jedoch weist die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 einen Schwachpunkt hinsichtlich des Korrosionsschutzes in feuchten Bedingungen auf.
  • Typischerweise kann die hydrothermale Umwandlung die ganze Aluminiumoxidschicht 104 in die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 umwandeln oder kann nur eine sehr dünne restliche nichtumgewandelte Aluminiumoxidschicht (nicht gezeigt) zurücklassen.
  • Ein Grund hierfür ist, dass die Aluminiumoxidschicht 104 aus ökonomischen Gründen so dünn wie möglich sein muss und so dick wie notwendig sein muss, um eine ausreichende Rauigkeit zum Bereitstellen einer starken Haftung liefern muss. In diesem Dickenbereich (näherungsweise zwischen 1 und 30 nm) kann es schwierig sein, zu steuern, dass die verbleibende Dicke der dichten (d.h. nicht hydrothermal umgewandelten) Aluminiumoxidschicht 104 ausreicht, um eine zukünftige Oxidation der Metallstruktur 102 zu verhindern. Dies kann jedoch notwendig sein, um eine gute Haftung sicherzustellen, insbesondere falls die Metallstruktur 102 ein Kupferleiterrahmen ist. Falls nur Temperatur und Zeit während des hydrothermalen Umwandlungsprozesses gesteuert werden, besteht dementsprechend ein hohes Risiko, dass die verbleibende Aluminiumoxidschicht 104 zu dünn ist, um die Metallstruktur 104 vor Feuchtigkeit und Oxidation zu schützen.
  • Aber selbst wenn es möglich wäre, die gewünschte verbleibende Dicke der dichten Schicht aus Aluminiumoxid 104 zu steuern, die nach der (in diesem Fall partiellen) hydrothermalen Umwandlung zurückbleibt, würde kein garantierter Langzeitschutz erreicht: Tests haben gezeigt, dass der Umwandlungsprozess in einer heißen feuchten Umgebung fortgesetzt wird, und eine weitere Haftungsdegradierung und Eindringen von Feuchtigkeit können nicht verhindert werden.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen ist ein Chipgehäuse mit einem Schichtstapel bereitgestellt, der auf einem freigelegten Metallgebiet des Chipgehäuses eine Metallschutzschichtstruktur und eine hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur beinhaltet. Die Schutzschichtstruktur kann dazu eingerichtet sein, das Metallgebiet vor Oxidation zu schützen (mit anderen Worten ist „Metallschutzschichtstruktur“ als „Schutzschichtstruktur zum Schützen eines Metalls“ anstatt als „Schutzschichtstruktur, die aus Metall gefertigt ist“ zu verstehen).
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Schutzschichtstruktur eine Oxidationsschutzschicht und eine Degradierungsschutzschicht aufweisen, die die Oxidationsschutzschicht vor einer Degradierung schützt, zum Beispiel indem sie als eine Feuchtigkeitsbarriere wirkt. Die Oxidationsschutzschicht kann zum Beispiel ein Metalloxid, z.B. Aluminiumoxid, beinhalten oder daraus bestehen. Die Degradierungsschutzschicht kann zum Beispiel ein Oxid, z.B. Siliziumdioxid, beinhalten oder daraus bestehen.
  • Die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht, z.B. eine hydrothermal umgewandelte Aluminiumoxidschicht (auch als „Böhmitaluminiumhydroxid“ bezeichnet), kann als ein Haftungsvermittler zum Verstärken einer Haftung zwischen dem freigelegten Metallgebiet (optional zusätzlich zwischen anderen freigelegten Oberflächen) und einem Kapselungsmaterial wirken.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses mit einer erhöhten Prozesssteuerung eines Prozesses zum Bilden eines Haftungsvermittlers über eine hydrothermale Umwandlung von Aluminiumoxid und infolgedessen einer verbesserten Zuverlässigkeit des gebildeten Chipgehäuses bereitgestellt.
  • 2A bis 2C zeigen jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Chipgehäuses 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und 3A bis 3D visualisieren jeweils ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das Chipgehäuse 200 kann wenigstens einen Chip 222, zum Beispiel einen Halbleiterchip, beinhalten.
  • Das Chipgehäuse 200 kann ein freigelegtes Metallgebiet 102 beinhalten. 2A zeigt eine Ausführungsform, bei der das freigelegte Metallgebiet 102 ein Chippad, zum Beispiel ein Source-Pad und/oder ein Gate-Pad, ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das freigelegte Metallgebiet alternativ dazu oder zusätzlich ein anderes oder weiteres Chippad (zum Beispiel ein Drain-Pad), einen Leiterrahmen (wie in 2B und 2C gezeigt), eine Drahtbondung, eine Klammer und eine Streifenbondung usw. beinhalten.
  • Das freigelegte Metallgebiet 102 kann bei verschiedenen Ausführungsformen wenigstens eines einer Gruppe von Materialien beinhalten, die aus Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag), Palladium (Pd) und Legierungen davon, zum Beispiel NiP und/oder PdAuAg, besteht.
  • Das Chipgehäuse 200 kann ferner eine Metallschutzschichtstruktur 220 über dem freigelegten Metallgebiet 102 beinhalten.
  • Das Chipgehäuse 200 kann ferner eine hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 über der Schutzschichtstruktur 220 beinhalten.
  • Die Metallschutzschichtstruktur 220 kann zum Schützen des freigelegten Metallgebiets 102 vor Oxidation eingerichtet sein. Die Schutzstrukturschicht 220 kann ein niedertemperaturabgeschiedenes Oxid beinhalten oder daraus bestehen. Das niedertemperaturabgeschiedene Oxid kann ein amorphes Oxid oder ein mikrokristallines Oxid beinhalten oder daraus bestehen.
  • Die Schutzschichtstruktur 220 kann eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 nm bis etwa 20 nm, zum Beispiel in einem Bereich von etwa 0,1 nm bis etwa 10 nm, zum Beispiel von etwa 0,5 nm bis etwa 10 nm, aufweisen.
  • Das niedertemperaturabgeschiedene Oxid kann ein Metalloxid beinhalten oder daraus bestehen, zum Beispiel Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumdioxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und Zirconiumdioxid. Alternativ dazu oder zusätzlich kann Siliziumdioxid verwendet werden. Das niedertemperaturabgeschiedene Oxid kann bei verschiedenen Ausführungsformen als eine obere Schicht der Metallschutzschichtstruktur 220 angeordnet sein. Mit anderen Worten kann eine oberste Schicht der Metallschutzschichtstruktur 220, die sich in direktem Kontakt mit der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht 106 befinden kann, Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumdioxid, Zirconiumdioxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und/oder Siliziumdioxid beinhalten oder daraus bestehen.
  • In 3A und 3D ist ein Fall gezeigt, in dem die gesamte Metallschutzschichtstruktur 220 durch das Metalloxid gebildet ist.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Schutzschichtstruktur 220 Aluminiumoxid, zum Beispiel als eine Oxidationsschutzschicht 220_1, beinhalten. In diesem Fall kann das Aluminiumoxid durch Feuchtigkeit angreifbar sein.
  • Wie in der Literatur beschrieben, kann eine Degradierung von Al2O3 in heißen feuchten Umgebungen verhindert werden, falls eine Deckschicht hinzugefügt wird. Daher kann die Oxidationsschutzschicht 220_1 bei verschiedenen Ausführungsformen durch eine Deckschicht 220_2 geschützt werden, die z.B. Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumdioxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und Zirconiumdioxid und/oder Siliziumdioxid beinhaltet oder daraus besteht. Dies ist in 3B auf beispielhafte Weise gezeigt.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Aluminiumoxidschicht 220_1 dotiert werden, zum Beispiel mit Silizium, um die Aluminiumoxidschicht 220_1 feuchtigkeitsbeständig zu machen, indem ein feuchtigkeitsbeständiges dotiertes Gebiet 332 in der Aluminiumoxidschicht 220_1 gebildet wird. Dies ist in 3C auf beispielhafte Weise gezeigt.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 eine Aluminiumhydroxidschicht beinhalten oder daraus bestehen. Die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 kann über der Schutzschichtstruktur 220 durch Bilden einer Metalloxidschicht 104, zum Beispiel einer Aluminiumoxidschicht, über der Schutzschichtstruktur 220, und durch Initiieren einer Hydrolyse in der Aluminiumoxidschicht 104, zum Beispiel durch gleichzeitigen Anwenden von Wärme und Feuchtigkeit, gebildet werden.
  • Die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 kann eine Dicke in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 50 nm, zum Beispiel in einem Bereich von etwa 3 nm bis etwa 30 nm, aufweisen.
  • Der hydrothermale Umwandlungsprozess kann zum Beispiel Platzieren der Metalloxidschicht 104 (z.B. eines Teils des noch nicht gekapselten Chipgehäuses 200, zum Beispiel des vollständigen noch nicht gekapselten Chipgehäuses 200, wobei die Metalloxidschicht 104 die obere Oberfläche bildet) in einer erwärmten wässrigen Lösung beinhalten. In Abhängigkeit von einer Temperatur und einer Dauer des hydrothermalen Umwandlungsprozesses kann die Metalloxidschicht 104 vollständig in die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 umgewandelt werden oder es kann eine Schicht 104 (die eine partielle Schicht sein kann) zwischen der Metallschutzschichtstruktur 220 und der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht 106 verbleiben.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Chipgehäuse 200 ferner ein Kapselungsmaterial 226, zum Beispiel eine Vergussmasse, zum Beispiel eine wie in der Technik bekannte Vergussmasse, beinhalten. Das Kapselungsmaterial 226 kann an wenigstens einem Teil des freigelegten Metallgebiets 102 durch die Metallschutzschichtstruktur 220 und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 angebracht sein.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die Schutzschichtstruktur 220 und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 möglicherweise nicht nur über einem oder mehreren freigelegten Metallgebieten 102 gebildet, sondern zusätzlich über weiteren Gebieten.
  • Die Schutzschichtstruktur 220 und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 können bei verschiedenen Ausführungsformen über einem Nichtmetallgebiet, zum Beispiel über einem Halbleitermaterial, gebildet sein. Dies ist auf eine beispielhafte Weise in 2C gezeigt, wo die Schutzschichtstruktur 220 und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht 106 Teile des Chips 222 bedecken, die nicht durch die Metallpads 102 bedeckt sind.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Chipgehäuse 200 ein weiteres Nichtmetallgebiet, zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Nichtmetallschicht, beinhalten, wobei das Kapselungsmaterial ferner an wenigstens einem Teil des Nichtmetallgebiets, z.B. der Nichtmetallschicht, angebracht ist. Die Nichtmetallschicht kann zum Beispiel ein organisches Material, zum Beispiel ein Imid, beinhalten oder daraus bestehen.
  • Die Metallschutzschichtstruktur 220 kann eine Haftungsschichtstruktur 220 sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen, bei denen die Metallschutzschichtstruktur 220 eine einzige Schicht ist, die z.B. durch ein einziges Material gebildet ist, kann das Material ausgewählt werden, um an dem freigelegten Metallgebiet 102 und an der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht 106 zu haften. Dies kann für jedes der oben für die Metallschutzschichtstruktur 220 aufgelisteten Materialien der Fall sein.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen, in denen die Metallschutzschichtstruktur 220 eine Mehrfachschicht ist, die durch mehrere einzelne Schichten gebildet ist, kann es ausreichen, die Materialien jeder der Schichten zum Haften an den jeweiligen Schichten auszuwählen, mit denen sie eine Grenzfläche bildet.
  • Der in 3B gezeigte Prozess wird unten ausführlicher für ein Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Eine erste Schicht, z. B. eine Oxidationsschutzschicht 220_1, 104, die aus Al2O3 bestehen kann, kann auf einem Substrat, zum Beispiel wenigstens einem freigelegten Metallgebiet 102 (zum Beispiel einer zusammengebauten Vorrichtungen nach einer Drahtbondung) angeordnet werden, zum Beispiel unter Verwendung von Atomlagenabscheidung (ALD). Eine Dicke der Aluminiumoxidschicht 220_1 kann zum Beispiel in einem Bereich von etwa 1 nm bis etwa 20 nm liegen, bevorzugt von etwa 3 nm bis etwa 8 nm, z.B. etwa 5 nm betragen.
  • Anschließend kann eine zweite Schicht, z.B. eine Deckschicht 220_2, die zum Beispiel Siliziumdioxid, Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumoxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und/oder Zirconiumdioxid beinhalten oder daraus bestehen kann, auf der ersten (Al2O3) Schicht 220_1, 104 abgeschieden werden, um eine Degradierung der ersten (Al2O3) Schicht 220_1 unter heißen feuchten Bedingungen zu verhindern und um als ein Reaktionsstopp für die spätere folgende hydrothermale Umwandlung zu wirken.
  • Anschließend kann als eine dritte Schicht Aluminiumoxid 104 auf die zweite Schicht 220_2 abgeschieden werden. Das Aluminiumoxid 104 kann hydrothermal in eine poröse böhmitartige AlOOH-Struktur umgewandelt werden, die eine exzellente Haftvermittlung bereitstellen kann.
  • Durch den oben beschriebenen Prozess kann die Metallschutzschichtstruktur 220 als ein Stapel aus Al2O3/SiO2/Al2O3 gebildet werden.
  • Die untere Schicht 220_1 aus Al2O3 kann mit einer Temperatur und Dicke abgeschieden werden, die ausreichen, um die zukünftige Oxidation des darunterliegenden Substrats (z.B. eines Cu-Leiterrahmens) zu verhindern.
  • Die obere Al2O3-Schicht 104 kann mit einer Dicke abgeschieden werden, die später durch den hydrothermalen Prozess (z.B. das Eintauchen in heißes Wasser) zu der Haftungsvermittlungsstruktur (der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht 106) umgewandelt werden kann.
  • Um es anders zu sagen: Da die hydrothermale Umwandlung hinsichtlich des nicht vollständigen Transformierens des gesamten Aluminiumoxids 104, das vorhanden ist, in eine Haftungsvermittlungsstruktur 106 (wobei der Oxidationsschutz, der durch das Aluminiumoxid bereitgestellt wird, verloren ginge) schwierig zu steuern ist, wird eine zentrale Schicht 220 bereitgestellt, um den Prozess steuerbar zu machen.
  • Die zentrale Schicht 220, die zum Beispiel Siliziumdioxid, Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumoxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und/oder Zirconiumdioxid beinhalten oder daraus bestehen kann, kann dazu in der Lage sein, zu verhindern, dass die gesamte Aluminiumoxidschicht 104 in die Haftungsvermittlungsstruktur 106 transformiert wird, und kann daher sicherstellen, dass nach dem hydrothermalen Prozess immer noch genügend Aluminiumoxid 220_1 auf dem darunterliegenden Substrat 102 übrig ist, um eine zukünftige Oxidation zu verhindern. Abgesehen von einem praktikablen Steuerprozess (Eigenbegrenzungsprozess) kann die zentrale Schicht 220 aus Siliziumdioxid, Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumdioxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und/oder Zirconiumdioxid eine effektive Feuchtigkeitsbarriere sein, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit zu der Chipoberfläche gelangt, z. B. in und/oder entlang des freigelegten Metallgebiets 102.
  • Das Chipgehäuse 200 kann eine exzellente Haftungsvermittlung zwischen dem freigelegten Metallgebiet 102 (und optional weiteren Gebieten des Chipgehäuses 200, die eine Grenzfläche mit einem Kapselungsmaterial bilden) und dem Kapselungsmaterial 226, z. B. einer Vergussmasse, bereitstellen.
  • Das Chipgehäuse 200 kann ferner sicherstellen, dass es keine weitere Degradierung einer dichten Aluminiumoxidschicht 104 gibt, die als ein Oxidationsschutz für das freigelegte Metallgebiet 102 wirken kann. Des Weiteren kann die Zwischenschicht 220 einen Eigenbegrenzungsprozessstopp für den hydrothermalen Umwandlungsschritt bereitstellen, was zu einer signifikanten Reduzierung der Maschinenkosten für diesen Prozess führen kann.
  • Kombinationen der Ausführungsformen aus 2A bis 2C miteinander und/oder Kombinationen der Ausführungsformen aus 3A bis 3D miteinander können verwendet werden, wie zum Beispiel Aufweisen der Al2O3-Schicht 222 unterhalb (wie in 3B) und der Al2O3-Schicht 104 oberhalb (wie in 3D) der Metallschutzschichtstruktur 220 oder zum Beispiel Aufweisen der dotierten Al2O3-Schicht als die Metallschutzschichtstruktur 220 (wie in 3C) und Kombinieren von ihr mit der Al2O3-Schicht oberhalb der Metallschutzschichtstruktur 220 (wie in 2D). Die Chippads 102 aus 2A, die Chippads 102 und die Leiterrahmenoberflächen 224, 102 aus 2B und/oder die gesamte Oberfläche, die an die Kapselungsschicht 226 angrenzt, wie in 2C gezeigt, können für ihre jeweilige Metallschutzschichtstruktur 220 beliebige der in 3A bis 3D gezeigten Schichtstrukturen usw. verwenden.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm 400 eines Verfahrens zum Bilden eines Chipgehäuses einschließlich eines Chips und eines freigelegten Metallgebiets gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: Bilden einer Metallschutzschichtstruktur über dem freigelegten Metallgebiet, wobei die Metallschutzschichtstruktur zum Schützen des Metallgebiets vor Oxidation eingerichtet ist, wobei das Bilden der Schutzschichtstruktur eine Niedertemperaturabscheidung eines Oxids beinhaltet (410), und Bilden einer hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur (420).
  • Verschiedene Beispiele sind nachfolgend beschrieben:
  • Beispiel 1 ist ein Chipgehäuse. Das Chipgehäuse kann Folgendes beinhalten: wenigstens einen Chip, ein freigelegtes Metallgebiet, eine Metallschutzschichtstruktur über dem freigelegten Metallgebiet und zum Schützen des Metallgebiets vor Oxidation eingerichtet, wobei die Schutzschichtstruktur ein niedertemperaturabgeschiedenes Oxid aufweist, und eine hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur.
  • In Beispiel 2 kann der Gegenstand aus Beispiel 1 optional ferner beinhalten, dass das niedertemperaturabgeschiedene Oxid ein Metalloxid beinhaltet oder daraus besteht.
  • In Beispiel 3 kann der Gegenstand aus Beispiel 1 oder 2 optional ferner beinhalten, dass die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht eine Aluminiumhydroxidschicht beinhaltet oder daraus besteht.
  • In Beispiel 4 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 3 ferner optional Folgendes beinhalten: eine Aluminiumoxidschicht zwischen der Metallschutzschichtstruktur und der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht.
  • In Beispiel 5 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 4 ferner optional beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur eine obere Schicht beinhaltet, die wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien beinhaltet, wobei die Gruppe aus Siliziumdioxid, Titandioxid, Zinkoxid, Hafniumdioxid, Tantalpentaoxid (Ta2O5) und Zirconiumdioxid besteht.
  • In Beispiel 6 kann der Gegenstand aus einem von Beispiel 5 ferner optional beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur eine Aluminiumoxidschicht zwischen der oberen Schicht und dem freigelegten Metallgebiet beinhaltet.
  • In Beispiel 7 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 4 ferner optional beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur ein Aluminiumoxid mit einer oberen Schicht aus dotiertem Aluminiumoxid beinhaltet.
  • In Beispiel 8 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 7 ferner optional beinhalten, dass das freigelegte Metallgebiet wenigstens eines aus einer Gruppe von Metallgebieten beinhaltet, wobei die Gruppe aus einem Chippad, einem Leiterrahmen, einer Drahtbondung, einer Klammer und einer Streifenbondung besteht.
  • In Beispiel 9 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 8 ferner optional beinhalten, dass das freigelegte Metallgebiet wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien beinhaltet, die aus Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag), Palladium (Pd) und Legierungen davon, zum Beispiel Nickelphosphor (NiP) und/oder PdAuAg, besteht.
  • In Beispiel 10 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 9 ferner optional beinhalten, dass das niedertemperaturabgeschiedene Oxid der Metallschutzschichtstruktur ein amorphes Oxid oder mikrokristallin ist.
  • In Beispiel 11 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 10 ferner optional Folgendes beinhalten: ein Kapselungsmaterial, das an wenigstens einem Teil des freigelegten Metallgebiets durch die Metallschutzschichtstruktur und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht angebracht ist.
  • In Beispiel 12 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 11 ferner optional Folgendes beinhalten: eine Nichtmetallschicht, wobei das Kapselungsmaterial ferner an wenigstens einem Teil der Nichtmetallschicht angebracht ist.
  • In Beispiel 13 kann der Gegenstand aus Beispiel 12 optional ferner beinhalten, dass die Nichtmetallschicht ein organisches Material, zum Beispiel ein Imid, beinhaltet oder daraus besteht.
  • In Beispiel 14 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 13 ferner optional beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur eine Hydrolysestoppschicht bildet.
  • In Beispiel 15 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 1 bis 14 ferner optional beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur eine Haftungsschichtstruktur bildet.
  • Beispiel 16 ist ein Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses, das einen Chip und ein freigelegtes Metallgebiet beinhaltet. Das Verfahren kann Folgendes beinhalten: Bilden einer Metallschutzschichtstruktur über dem freigelegten Metallgebiet, wobei die Metallschutzschichtstruktur zum Schützen des Metallgebiets vor Oxidation eingerichtet ist, wobei das Bilden der Schutzschichtstruktur eine Niedertemperaturabscheidung eines Oxids beinhaltet, und Bilden einer hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur.
  • In Beispiel 17 kann der Gegenstand aus Beispiel 16 optional ferner beinhalten, dass das niedertemperaturabgeschiedene Oxid ein Metalloxid beinhaltet oder daraus besteht.
  • In Beispiel 18 kann der Gegenstand aus Beispiel 16 oder 17 optional ferner beinhalten, dass die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht eine Aluminiumhydroxidschicht beinhaltet oder daraus besteht.
  • In Beispiel 19 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 16 bis 18 ferner optional Folgendes beinhalten: Bilden einer Aluminiumoxidschicht zwischen der Metallschutzschichtstruktur und der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht.
  • In Beispiel 20 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 16 bis 19 ferner optional beinhalten, dass das Bilden der Metallschutzschichtstruktur Bilden einer oberen Schicht beinhaltet, die wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien beinhaltet, wobei die Gruppe aus Siliziumdioxid, Hafniumdioxid, Titandioxid, Zinkoxid und Zirconiumdioxid besteht.
  • In Beispiel 21 kann der Gegenstand aus Beispiel 20 optional ferner beinhalten, dass das Bilden der Metallschutzschichtstruktur Bilden einer Aluminiumoxidschicht zwischen der oberen Schicht und dem freigelegten Metallgebiet beinhaltet.
  • In Beispiel 22 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 16 bis 19 ferner optional beinhalten, dass das Bilden der Metallschutzschichtstruktur Folgendes beinhaltet: Bilden einer Aluminiumoxidschicht, und Dotieren einer oberen Schicht der Aluminiumoxidschicht, zum Beispiel Dotieren mit Silizium.
  • In Beispiel 23 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 16 bis 22 ferner optional beinhalten, dass das freigelegte Metallgebiet wenigstens eines aus einer Gruppe von Metallgebieten beinhaltet, wobei die Gruppe aus einem Chippad, einem Leiterrahmen, einer Drahtbondung, einer Klammer und einer Streifenbondung besteht.
  • In Beispiel 24 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 16 bis 23 ferner optional beinhalten, dass das freigelegte Metallgebiet wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien beinhaltet, die aus Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag), Palladium (Pd) und Legierungen davon, zum Beispiel Nickelphosphor (NiP) und/oder PdAuAg, besteht.
  • In Beispiel 25 kann der Gegenstand aus Beispielen 16 bis 24 optional ferner beinhalten, dass das niedertemperaturabgeschiedene Oxid der Metallschutzschichtstruktur ein amorphes Oxid oder mikrokristallin ist.
  • In Beispiel 26 kann der Gegenstand aus einem der Beispiele 16 bis 25 ferner optional Folgendes beinhalten: Bilden eines Kapselungsmaterials, das an wenigstens einem Teil des freigelegten Metallgebiets durch die Metallschutzschichtstruktur und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht angebracht ist.
  • In Beispiel 27 kann der Gegenstand aus Beispiel 26 ferner optional Folgendes beinhalten: Bilden einer Nichtmetallschicht; wobei das Kapselungsmaterial ferner an wenigstens einem Teil der Nichtmetallschicht angebracht ist.
  • In Beispiel 28 kann der Gegenstand aus Beispiel 27 optional ferner beinhalten, dass die Nichtmetallschicht ein organisches Material, zum Beispiel ein Imid, beinhaltet oder daraus besteht.
  • In Beispiel 29 kann der Gegenstand aus Beispielen 16 bis 28 optional ferner beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur eine Hydrolysestoppschicht bildet.
  • In Beispiel 30 kann der Gegenstand aus Beispielen 16 bis 29 optional ferner beinhalten, dass die Metallschutzschichtstruktur dazu eingerichtet ist, als eine Haftungsschicht für das freigelegte Metallgebiet zu wirken.
  • In Beispiel 31 kann der Gegenstand aus Beispielen 16 bis 30 optional ferner beinhalten, dass das Bilden einer hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur Folgendes beinhaltet: Bilden einer Metalloxidschicht über der Schutzschicht, und Platzieren der Metalloxidschicht in einer erwärmten wässrigen Lösung.
  • Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, versteht es sich für einen Fachmann, dass verschiedene Änderungen an Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die anliegenden Ansprüche definiert, abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung wird daher durch die angehängten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind daher einzuschließen.

Claims (20)

  1. Chipgehäuse (200), das Folgendes aufweist: • wenigstens einen Chip (222); • ein freigelegtes Metallgebiet (102); • eine Metallschutzschichtstruktur (220) über dem freigelegten Metallgebiet (102) und zum Schützen des Metallgebiets (102) vor Oxidation eingerichtet, wobei die Schutzschichtstruktur (220) ein niedertemperaturabgeschiedenes Oxid aufweist; und • eine hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht (106) über der Schutzschichtstruktur (220).
  2. Chipgehäuse (200) nach Anspruch 1, wobei das niedertemperaturabgeschiedene Oxid ein Metalloxid aufweist oder daraus besteht.
  3. Chipgehäuse (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht (106) eine Aluminiumhydroxidschicht aufweist oder daraus besteht.
  4. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner Folgendes aufweist: eine Aluminiumoxidschicht zwischen der Metallschutzschichtstruktur (220) und der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht (106).
  5. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metallschutzschichtstruktur (220) eine obere Schicht aufweist, die wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien aufweist, wobei die Gruppe aus Folgendem besteht: Siliziumdioxid, Titandioxid; Zinkoxid; Hafniumdioxid; Tantalpentaoxid, und Zirconiumdioxid.
  6. Chipgehäuse (200) nach Anspruch 5, wobei die Metallschutzschichtstruktur (220) eine Aluminiumoxidschicht zwischen der oberen Schicht und dem freigelegten Metallgebiet (102) aufweist.
  7. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallschutzschichtstruktur (220) ein Aluminiumoxid mit einer oberen Schicht aus dotiertem Aluminiumoxid aufweist.
  8. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das freigelegte Metallgebiet (102) wenigstens eines aus einer Gruppe von Metallgebieten aufweist, wobei die Gruppe aus Folgendem besteht: einem Chippad, einem Leiterrahmen; einer Drahtbondung, einer Klammer; und einer Streifenbondung.
  9. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das freigelegte Metallgebiet (102) wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien aufweist, wobei die Gruppe aus Folgendem besteht: Kupfer (Cu); Nickel (Ni); Nickelphosphor (NiP); Aluminium (Al); Gold (Au); Silber (Ag); Palladium (Pd), und Legierungen daraus, zum Beispiel PdAuAg.
  10. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner Folgendes aufweist: ein Kapselungsmaterial (226), das an wenigstens einem Teil des freigelegten Metallgebiets (102) durch die Metallschutzschichtstruktur (220) und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht (106) angebracht ist.
  11. Chipgehäuse (200) nach Anspruch 10, das ferner Folgendes aufweist: eine Nichtmetallschicht; wobei das Kapselungsmaterial (226) ferner an wenigstens einem Teil der Nichtmetallschicht angebracht ist.
  12. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Metallschutzschichtstruktur (220) eine Hydrolysestoppschicht bildet.
  13. Chipgehäuse (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Metallschutzschichtstruktur (220) eine Haftungsschichtstruktur bildet.
  14. Verfahren zum Bilden eines Chipgehäuses, das einen Chip und ein freigelegtes Metallgebiet aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Bilden einer Metallschutzschichtstruktur über dem freigelegten Metallgebiet, wobei die Metallschutzschichtstruktur zum Schützen des Metallgebiets vor Oxidation eingerichtet ist, wobei das Bilden der Schutzschichtstruktur eine Niedertemperaturabscheidung eines Oxids aufweist (410); und • Bilden einer hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur (420).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das niedertemperaturabgeschiedene Oxid ein Metalloxid aufweist oder daraus besteht.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht eine Aluminiumhydroxidschicht aufweist oder daraus besteht.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Bilden der Metallschutzschichtstruktur Bilden einer oberen Schicht aufweist, die wenigstens eines aus einer Gruppe von Materialien aufweist, wobei die Gruppe aus Folgendem besteht: Siliziumdioxid, Hafniumdioxid; Titandioxid; Zinkoxid; Tantalpentaoxid, und Zirconiumdioxid.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Bilden der Metallschutzschichtstruktur Folgendes aufweist: • Bilden einer Aluminiumoxidschicht; und • Dotieren einer oberen Schicht der Aluminiumoxidschicht.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das ferner Folgendes aufweist: Bilden eines Kapselungsmaterials, das an wenigstens einem Teil des freigelegten Metallgebiets durch die Metallschutzschichtstruktur und die hydrothermal umgewandelte Metalloxidschicht angebracht ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Bilden der hydrothermal umgewandelten Metalloxidschicht über der Schutzschichtstruktur Folgendes aufweist: • Bilden einer Metalloxidschicht über der Schutzschicht; und • Platzieren der Metalloxidschicht in einer erwärmten wässrigen Lösung.
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