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Dokumentenidentifikation DE102005054872A1 16.05.2007
Titel Vertikales Leistungshalbleiterbauelement, Halbleiterbauteil und Verfahren zu deren Herstellung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Otremba, Ralf, Dipl.-Ing., 87600 Kaufbeuren, DE
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 15.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054872
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/482(2006.01)A, F, I, 20051115, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 29/78(2006.01)A, L, I, 20051115, B, H, DE   H01L 29/739(2006.01)A, L, I, 20051115, B, H, DE   H01L 23/488(2006.01)A, L, I, 20051115, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) mit einer Oberseite (3) und einer Rückseite (4) wird vorgesehen. Die Oberseite (3) weist mindestens eine erste Elektrodenkontaktfläche (8) und mindestens eine Steuerungselektrodenoberfläche (9) auf und die Rückseite (4) weist eine zweite Elektrodenkontaktfläche (7) auf. Eine erste Metallisierung (10) mit einer Dicke a ist auf der ersten Elektrodenkontaktfläche (8) angeordnet. Eine zweite Metallisierung (11) mit einer Dicke b ist auf der Steuerungselektrodenfläche (9) angeordnet. Eine dritte Metallisierung (6) mit einer Dicke c ist auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche (7) angeordnet. Die Dicke a der ersten Metallisierung (10) ist mindestens 10-fach dicker als die Dicke b der zweiten Metallisierung (11).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement, ein Halbleiterbauteil mit einem vertikalen Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zu deren Herstellung.

Bei vertikalen Leistungshalbleiterbauelementen, beispielsweise MOSFETs und IGBTs ist eine Source- bzw. Emitterelektrode und eine Gate-Elektrode auf der Vorderseite und eine Drain- bzw. Kollektorelektrode auf der Rückseite angeordnet. Das Halbleiterbauelement wird normalerweise als Komponente eines gehäusten Halbleiterbauteils geliefert. Zur Verbesserung der Funktionalität und Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils kann das Halbleiterbauelement und/oder das Gehäuse sowie deren Herstellungsverfahren verbessert werden.

Bei vertikalen Halbleiterbauelementen, insbesondere bei vertikalen Leistungshalbleiterbauelementen mit geringer Sperrfähigkeit, beispielsweise weniger als 100 V ist die Dicke des Halbleiterkörpers eine wichtige Einflussgröße für den Bauelementwiderstand. In einem Ansatz werden der Einschaltwiderstand und die Verluste durch die Reduzierung der Dicke des Halbleiterkörpers verringert. Dies wird normalerweise durch einen Dünnschleifprozess durchgeführt. Dieser Prozess hat jedoch den Nachteil, dass höhere Ausbeuteverluste entstehen können, da Risse im Halbleiterkörper entstehen können oder der Halbleiterwafer sogar gebrochen werden kann.

Aus der DE 103 24 751 ist eine Halbleiterstruktur mit einer zusätzlichen Stabilisierungsschicht bekannt. Eine Stabilisierungsschicht aus Metall und/oder Passivierungsmaterial wird auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers vor dem Dünnschleifverfahren aufgebracht. Die Stabilisierungsschicht verbessert die mechanische Stabilität der Halbleiterstruktur während des Dünnschleifverfahrens und reduziert die Ausbeuteverluste.

Die Reduzierung des Chipvolumens wird durch die Stabilisierungsschicht kompensiert, so dass die Gesamtdicke des Bauelements ungefähr gleich bleibt. Das schlecht elektrisch leitfähige Halbleitermaterial wird somit durch das sehr gut elektrisch leitfähige Metall ersetzt und die elektrischen Eigenschaften sowie die thermischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements bleiben unverändert.

Es besteht jedoch noch Bedarf, die Funktionalität des gehäusten Halbleiterbauteils mit einem dünnen vertikalen Leistungshalbeiterbauelement weiter zu verbessern und das Herstellungsverfahren weiter zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement mit einer Oberseite und einer Rückseite angegeben. Die Oberseite weist mindestens eine erste Elektrodenkontaktfläche und mindestens eine Steuerungselektrodenfläche auf. Die Rückseite weist eine zweite Elektrodenkontaktfläche auf. Eine erste Metallisierung mit einer Dicke a ist auf der ersten Elektrodenkontaktfläche auf der Oberseite des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet. Eine zweite Metallisierung mit einer Dicke b ist auf der Steuerungselektrodenfläche angeordnet und eine dritte Metallisierung mit einer Dicke c auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche angeordnet ist. Die Dicke a der ersten Metallisierung auf der ersten Elektrodenkontaktfläche ist mindestens 10-fach dicker als die Dicke b der zweiten Metallisierung auf der Steuerungselektrodenfläche.

Das erfindungsgemäße vertikale Leistungshalbleiterbauelement weist somit eine Vorderseitenmetallisierung auf, die zwei Bereiche unterschiedlicher Dicken hat. Die erste Metallisierung auf der ersten Elektrodenkontaktfläche ist wesentlich dicker als die zweite Metallisierung auf der Steuerungselektrodenfläche. In einer ersten Ausführungsform ist die erste Metallisierung 10-fach dicker als die zweite Metallisierung. In weiteren Ausführungsformen ist die erste Metallisierung mindestens 50-fach oder mindestens 100-fach dicker als die zweite Metallisierung.

Eine Metallisierung ist eine elektrisch leitende Schicht, die vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung besteht, und die einen elektrisch leitenden Kontakt zu dem Halbleitekörper des Halbleiterbauelements vorsieht.

Die freien Oberflächen der ersten und der zweiten Metallisierungen des erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements liegen somit auf unterschiedlichen Ebenen. Folglich liegen die freien Kontaktoberflächen, auf denen Kontaktelemente aufgebracht werden, auch auf unterschiedlichen Ebenen. Diese Anordnung vereinfacht die Herstellung der elektrischen Verbindungen mit den Kontaktflächen der Oberseite des Halbleiterbauelements. Die elektrischen Verbindungen mit der unteren Steuerungselektrodenfläche können vorteilhaft zuerst hergestellt werden. Eine elektrische Verbindung mit der oberen Metallisierung kann danach in einem zweiten Schritt hergestellt werden. Auf Grund der Höhenunterschied wird das Risiko einer Beeinträchtigung der vorgefertigte Steuerungskontaktelementen verringert. Das Montageverfahren ist somit zuverlässig und vereinfacht.

Die kleinere Dicke der zweite Metallisierung auf der Steuerungselektrodenfläche hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen der Steuerungskontaktfläche und dem Schaltungsträger des Bauteils reduziert wird. Folglich wird die Länge des Steuerungskontaktelements reduziert und die Funktionalität des Bauteils wird erhöht. Gleichzeitig sind die Vorteile einer dickeren Vorderseitenmetallisierung beibehalten, da die dickere Bereiche der Vorderseitenmetallisierung eine Stabilisierungsschicht vorsehen kann.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement hat den weiteren Vorteil, dass die dickere erste Metallisierung auf der ersten Elektrodenkontaktfläche gleichzeitig die Funktion eines Abstandhalters angeben kann. Das Kontaktelement, das auf der ersten Metallisierung aufgebracht wird, liegt somit auf einer Ebene, die weiter von der Oberseite des Körpers des Halbleiterbauelements entfernt ist. Wenn ein Kontaktelement auf der Steuerungselektrodenfläche eine Höhe aufweist, die weniger als der Unterschied in der Dicke zwischen der ersten und der zweiten Metallisierung ist, kann das Kontaktelement auf der ersten Metallisierung über dem Kontaktelement auf der Steuerungselektrodenfläche herausragen.

Das erfindungsgemäße Leistungshalbleiterbauelement weist vorteilhaft eine erhöhte dritte Metallisierung auf der Rückseite des Halbleiterkörpers des Halbleiterbauelements auf. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der Dicke des Halbleiterkörpers. Die Nachteile eines dünnen Halbleiterkörpers, nämlich eine Verschlechterung der Wärmekapazität und die damit verbundene Verschlechterung der Kurzzeitkühlung bzw. des Kurzschluss -und Avalanche-Widerstand werden durch die erhöhte Dicke der ersten und der zweiten Metallisierung kompensiert.

Die erste Metallisierung auf der ersten Elektrodenkontaktfläche kann eine Dicke 10 &mgr;m ≤ a ≤ 500 &mgr;m aufweisen. Die zweite Metallisierung auf der Steuerungselektrodenfläche kann eine Dicke 10 nm ≤ b ≤ 10 &mgr;m aufweisen. Die dritte Metallisierung auf der Rückseite des Halbleiterbauelements kann eine Dicke 10 nm ≤ c ≤ 500 &mgr;m aufweisen.

Das vertikale Leistungshalbleiterbauelement weist eine Dicke d auf. Die Dicke d ist die Dicke des Halbleiterkörpers, beispielsweise des Siliziums. In einer Ausführungsform ist das Verhältnis d/(a + c) weniger als 1. Dieses Verhältnis ist das Verhältnis zwischen der Dicke d des Halbleiterkörpers und der Summe der Dicken der ersten und der dritten Metallisierungen.

Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement liegt das Verhältnis d/(a + c) im Bereich von 2 bis 500 bei Leistungshalbleiterbauelementen, die keinen dünngeschliffenen Halbleiterkörper aufweisen. Diese Halbleiterbauelemente haben beispielsweise eine Siliziumdicke von 1 &mgr;m bis 500 &mgr;m und eine Vorderseitenmetallisierung und Rückseitenmetallisierung, die jeweils eine Dicke von 10 nm bis 10 nm aufweist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke d des Halbleiterkörpers 1 &mgr;m ≤ d ≤ 1000 &mgr;m, vorzugsweise 1 &mgr;m ≤ d ≤-100 &mgr;m.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Diffusionslotschicht auf der äußeren Oberfläche der dritten Metallisierung auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche angeordnet. Dies ermöglicht das Montieren des Halbleiterbauelements auf einem Schaltungsträger mittels eines Diffusionslotverfahrens.

Eine Diffusionslotverbindung hat den Vorteil, dass die hergestellte Verbindung eine höhere Schmelztemperatur aufweist als die Schmelztemperatur des Diffusionslots selbst und folglich als die Herstellungstemperatur. Die Diffusionslotverbindung ist somit bei höheren Temperaturen thermisch stabil. Folglich wird eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung vorgesehen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Metallisierung zwei Schichten auf, nämlich eine Zwischenschicht und eine Kontaktschicht. Die Zwischenschicht ist direkt auf der Oberseite des Halbleiterkörpers des Halbleiterbauelements angeordnet und die Kontaktschicht ist direkt auf der Zwischenschicht angeordnet. Die freie Oberfläche der Kontaktschicht sieht die freie Oberfläche der ersten Metallisierung vor. In einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht. In weiteren Ausführungsformen ist die Kontaktschicht mindestens 50-fach oder mindestens 100-fach dicker als die Zwischenschicht.

Die dritte Metallisierung kann auch zwei Schichten aufweisen, nämlich eine Zwischenschicht und eine Kontaktschicht. Die Zwischenschicht ist direkt auf der Rückseite des Halbleiterkörpers des Halbleiterbauelements angeordnet und die Kontaktschicht ist auf der Zwischenschicht angeordnet. Die freie Oberfläche der Kontaktschicht sieht die freie Oberfläche der dritten Metallisierung vor. Die Kontaktschicht ist mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht. In weiteren Ausführungsformen ist die Kontaktschicht mindestens 50-fach oder mindestens 100-fach dicker als die Zwischenschicht.

In einer Ausführungsform hat die Zwischenschicht eine Dicke e, wobei 10 nm ≤ e ≤ 10 &mgr;m ist. Die Zwischenschicht kann vorteilhaft ungefähr die gleiche Dicke wie die Dicke der zweiten Metallisierung der Steuerungselektrodefläche sein. Folglich kann die Zwischenschicht der ersten Metallisierung und die zweite Metallisierung in demselben Verfahren gleichzeitig aufgebracht werden. In dieser Ausführungsform weisen somit die Zwischenschicht der ersten Metallisierung und die zweite Metallisierung die gleiche Zusammensetzung auf.

In einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht über eine Diffusionslotverbindung auf der Zwischenschicht montiert. Die Diffusionslotschicht weist somit intermetallische Phasen auf und kann ein Sn-basierendes Diffusionslot beispielsweise CuSn, AuSn oder AgSn aufweisen. Die Kontaktschicht kann die Form einer Metallfolie aufweisen, die über der Diffusionslotverbindung mit der Zwischenschicht elektrisch und mechanisch verbunden ist. In dieser Ausführungsform weist die Metallisierung eine Zwischenschicht, die auf dem Halbleiterkörper angeordnet ist, eine Diffusionslotschicht, die auf der Zwischenschicht angeordnet ist, und eine Kontaktschicht, die auf der Diffusionslotschicht angeordnet ist, auf. Die erste und/oder die zweite Metallisierung kann diese Struktur aufweisen.

Die Zwischenschicht kann eines oder mehrere der Elemente Ti, Cr, Al, Ni, Au, Ag aufweisen. Diese Elemente sehen eine zuverlässige Verbindung und einem niederohmigen Kontakt mit einem Halbleiterkörper aus Silizium vor. Die zweite Metallisierung kann auch ein oder mehrere der Elemente Ti, Cr, Al, Ni, Au, Ag aufweisen. Die Kontaktschicht kann Cu oder eine Kupfer-Legierung aufweisen.

Das vertikale Leistungshalbleiterbauelement kann ein MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) oder ein IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) oder ein BJT (Bipolar Junction Transistor) sein. Bei einem MOSFET-Leistungshalbleiterbauelement ist die erste Elektrodenkontaktfläche eine Source-Elektrode, die Steuerungselektrodenfläche eine Gate-Elektrode und die zweite Elektrodekontaktfläche eine Drain-Elektrode. Bei einem IGBT-Leistungshalbleiterbauelement ist die erste Elektrodenkontaktfläche eine Emitter-Elektrode, die Steuerungselektrodenfläche eine Gate-Elektrode und die zweite Elektrodekontaktfläche eine Kollektor-Elektrode. Bei einem BJT-Leistungshalbleiterbauelement ist die erste Elektrodenkontaktfläche eine Emitter-Elektrode, die Steuerungselektrodenfläche eine Base-Elektrode und die zweite Elektrodekontaktfläche eine Kollektor-Elektrode.

Die Erfindung betrifft auch Halbleiterbauteile und sieht ein Halbleiterbauteil mit mindestens einem vertikalen Leistungshalbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen vor. Ferner weist das Halbleiterbauteil einen Schaltungsträger und mehrere Kontaktelemente auf. Der Schaltungsträger weist mindestens eine Chipinsel, mindestens einen Steuerungsflachleiter, mindestens einen ersten Flachleiter und mindestens einen zweiten Flachleiter auf. Die Rückseite des vertikalen Leistungshalbleiterbauelement ist auf der Chipinsel montiert. Die erste Elektrodenkontaktfläche ist mit dem ersten Flachleiter und die Steuerungselektrodenfläche ist mit dem Steuerungsflachleiter über den Kontaktelementen elektrisch verbunden.

Der zweite Flachleiter kann aus der Chipinsel hinausragen. Alternativ kann die Rückseite der Chipinsel den zweiten Flachleiter bilden. Die Anordnung der Flachleiter des Schaltungsträgers kann eine bekannte Norm wie eine JEDEC-Norm erfüllen.

Bei einem MOSFET-Halbleiterbauelement ist der erste Flachleiter der Source-Anschluss, der zweite Flachleiter der Drain-Anschluss und der Steuerungsflachleiter der Gate-Anschluss. Die Anordnung der Metallisierung der Oberseite des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements hat den Vorteil, dass die erste Metallisierung die Funktion einer Kontaktelektrode sowie eines Abstandshalters hat. Dadurch wird der Aufbau des Halbleiterbauteils vereinfacht, da auf einem zusätzlichen Abstandshalter verzichtet werden kann.

Wegen der unterschiedlichen Dicke der ersten Metallisierung der ersten Elektrodenkontaktfläche und der zweiten Metallisierung der Steuerungselektrodenfläche kann die Oberseite des Halbleiterbauelements mit dem Schaltungsträger einfacher und zuverlässiger elektrisch verbunden werden. Insbesondere wird die Verwendung von Bonddrähten und Kontaktbügeln als Kontaktelemente in einem Halbleiterbauteil vereinfacht, da die wesentlich dickere erste Metallisierung einer Kontaktoberfläche auf einer unterschiedlichen Ebene zu der Steuerungselektrodenfläche vorsieht. Folglich kann ein Kontaktelement, beispielsweise ein Kontaktbügel auf der erhöhten ersten Metallisierung nach der Kontaktierung der Steuerungselektrodenfläche, beispielsweise mit Bonddrähten aufgebracht werden, ohne dass das Steuerungskontaktelement beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäße Vorderseitenmetallisierung hat den weiteren Vorteil, dass die Länge der Steuerungskontaktelemente kurz bleibt, so dass die Funktionalität des Halbleiterbauteils hoch bleibt. Gleichzeitig kann die Grenze zwischen dem ersten Kontaktelement und der ersten Metallisierung vergrößert werden, da das Risiko von Kurzschlüssen mit den Steuerungskontaktelementen reduziert ist. Folglich wird ein niedrigerer elektrischer Kontaktwiderstand angebeben und die Funktionalität des Bauteils weiter verbessert.

In einer Ausführungsform ist die erste Elektrodenkontaktfläche mit dem ersten Flachleiter über einem Kontaktbügel elektrisch verbunden. Die erste Elektrodenkontaktfläche ist eine Leistungskontaktfläche und folglich kann der Kontaktwiderstand durch die großen Kontaktfläche eines Kontaktbügels reduziert werden.

Die Steuerungselektrodenfläche kann mit dem Steuerungsflachleiter über mindestens einem Bonddraht elektrisch verbunden werden. Ein Bonddraht hat den Vorteil, dass ein kleiner Durchmesser und ein kleiner elektrischer Widerstand zuverlässig vorgesehen werden kann, so dass die Funktionalität des Bauteils verbessert wird.

In einer Ausführungsform liegt das Kontaktelement, das sich zwischen der ersten Elektrodenkontaktfläche und dem ersten Flachleiter erstreckt, über mindestens einem Kontaktelement, das sich zwischen der Steuerungselektrodenfläche und dem Steuerungsflachleiter erstreckt. Diese Anordnung wird durch die unterschiedliche Dicke der ersten und zweiten Metallisierung ermöglicht. Das obere Kontaktelement, das auf der ersten Metallisierung angeordnet ist, ragt somit über das Kontaktelement auf der Steuerungselektrodefläche hinaus. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche zwischen dem oberen Kontaktelement und der ersten Metallisierung erhöht werden kann. Auch ist das Kontaktierungsverfahren vereinfacht, da die mögliche Beeinträchtigung des Steuerungskontaktelements während der Kontaktierung der ersten Metallisierung reduziert wird. Weiterhin ist die Anordnung der Kontaktvorrichtung flexibler, da die zu verbindende Oberfläche höher liegt als die der vorher erzeugten Steuerungskontaktelemente.

Der Kontaktbügel kann einen Flachbereich und ein daraus hinausragendes Bein aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel liegt das freie Ende des Flachbereichs über dem unteren Steuerungskontaktelement. Alternativ kann der obere Kontaktbügel zwei gegenüberliegende Beine haben, so dass der Kontaktbügel das untere Kontaktelement völlig abdeckt.

Das Halbleiterbauteil kann ferner zum Schutz des Bauteils eine Kunststoffgehäusemasse aufweisen, die das Leistungshalbleiterbauelement und zumindest teilweise die Kontaktelemente umgibt. Das Halbleiterbauteil kann ferner ein JEDEC-Gehäuse aufweisen, so dass das Bauteil in bekannten Systemen und auf bekannten Leiterplatten einfacher montiert werden kann.

Die Kunststoffgehäusemasse sieht auch eine elektrische Isolation der Kontaktelemente vor, so dass Kurzschlüsse zwischen diesen verhindert werden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements, das die folgenden Schritte aufweist. Mindestens ein Halbleiterbauelement mit einer Oberseite und einer Rückseite wird bereitgestellt. Die Oberseite des Halbleiterbauelements weist mindestens eine erste Elektrodenkontaktfläche und mindestens eine Steuerungselektrodenfläche auf. Eine erste Metallisierung mit einer Dicke a wird auf der ersten Elektrodenkontaktfläche aufgebracht. Eine zweite Metallisierung mit einer Dicke b wird auf der Steuerungselektrodenfläche aufgebracht, wobei die Dicke a der ersten Metallisierung mindestens 10-fach dicker als die Dicke b der zweiten Metallisierung ist. Die Dicke des Halbleiterkörpers wird auf eine Dicke d durch Entfernen der Oberfläche der Rückseite des Halbleiterchips reduziert. Eine dritte Metallisierung mit einer Dicke c wird auf der Rückseite des Halbleiterchips aufgebracht.

Das Halbleiterbauelement wird vorteilhaft in der Form eines Halbleiterwafers bereitgestellt. Der Wafer weist mehrere Halbleiterbauelemente auf, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die erste und zweite Metallisierung wird auf der Oberseite des Wafers aufgebracht, so dass die erfindungsgemäße Vorderseitenmetallisierung auf mehrere Halbleiterbauelemente gleichzeitig aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der dritten Metallisierung auf der Rückseite des Wafers wird der Wafer vereinzelt, um mehrere Halbleiterbauelemente vorzusehen.

Die erste und zweite Metallisierung kann durch Strukturierung einer aufgebrachten geschlossenen Schicht hergestellt werden. Alternativ kann die erste und zweite Metallisierung durch selektives Aufbringen mittels strukturierten Masken hergestellt werden.

Die erste Metallisierung kann mit einer Dicke 10 &mgr;m ≤ a ≤ 500 &mgr;m die zweite Metallisierung mit einer Dicke 10 nm ≤ b ≤ 10 &mgr;m und die dritte Metallisierung mit 10 nm ≤ c ≤ 500 &mgr;m aufgebracht werden.

In einer Ausführungsform wird der Halbleiterkörper auf eine Dicke d verringert, so dass das Verhältnis d/(a + c) weniger als 1 ist. In einer weiteren Ausführungsform wird der Halbleiterkörper auf eine Dicke d verringert, wobei 1 &mgr;m ≤ d ≤ 1000 &mgr;m, vorzugsweise 1 &mgr;m ≤ d ≤ 100 &mgr;m ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann den zusätzliche Schritt aufweisen, bei dem eine Diffusionslotschicht auf der äußeren Oberfläche der dritten Metallisierung auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche aufgebracht wird. Die Diffusionslotschicht kann ein Sn-basierendes Diffusionslot, beispielsweise AgSn, AuSn oder CuSn aufweisen und wird vorteilhaft auf der Rückseite eines Wafers mit mehreren Halbleiterbauelementen aufgebracht. Die Diffusionslotschicht kann eine Dicke von 0.1 &mgr;m bis zu 10 &mgr;m aufweisen. Das hergestellte Halbleiterbauelement kann einfach mittels eines Diffusionslotverfahrens auf einem Schaltungsträger mechanisch und elektrisch verbunden werden. Kein zusätzlicher Klebstoff ist nötig und eine thermisch stabile Verbindung wird erzeugt.

In einer Ausführungsform wird als erste Metallisierung eine Zwischenschicht und eine Kontaktschicht aufgebracht. Die Kontaktschicht ist mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht. Die Zwischenschicht wird vorteilhaft in dem gleichen Prozessschritt wie die zweite Metallisierung aufgebracht. Danach wird die Kontaktschicht auf die Zwischenschicht der ersten Elektrodenkontaktfläche aufgebracht. Die Kontaktschicht kann auf der Waferebene oder auf dem vereinzelten Halbleiterbauelement aufgebracht werden.

Als dritte Metallisierung kann eine Zwischenschicht und eine Kontaktschicht aufgebracht werden, wobei die Kontaktschicht mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht ist.

Die Zwischenschicht der ersten und/oder zweiten Metallisierung wird in einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Dicke e aufgebracht, wobei 10 nm ≤ e ≤ 10 &mgr;m sein kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die zweite Metallisierung und die Zwischenschicht mittels Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht. Dies ergibt eine gut mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem abgeschiedenen Metall oder den Metallen und dem Halbleiterkörper, beispielsweise Silizium.

Die Kontaktschicht der ersten Metallisierung und die Kontaktschicht der dritten Metallisierung in der Form einer Folie aufgebracht werden. Die Folie kann mittels eines Kaltwalzverfahren hergestellt werden und kann aus einer Laminatstruktur von zwei oder mehrere Metallen hergestellt werden, um eine Legierungsfolie anzugeben. Eine Folie hat den Vorteil, dass sie auf ein vorgefertigtes vertikales Leistungshalbleiterbauelement aufgebracht werden kann. Dies ermöglicht die Verwendung bekannter Verfahren und Leistungshalbleiterbauelementen bis zu der Herstellung der erhöhten ersten und dritten Metallisierung. Die Herstellungskosten werden somit reduziert.

Die Folie kann mittels Diffusionslot auf der Zwischenschicht der zweiten Metallisierung und/oder auf der Zwischenschicht der dritten Metallisierung aufgebracht werden. Dazu kann vor dem Montieren der Folie eine Diffusionslotschicht auf der freien Oberfläche der Zwischenschicht aufgebracht werden.

Alternativ kann eine Folie bereitgestellt werden, die eine Diffusionslotschicht auf ihrer zu verbindenden Oberfläche aufweist. Dies ermöglicht das einfache Aufbringen der Folie auf einem Leistungshalbleiterbauelement, das eine erste Elektrodenkontaktfläche und eine Steuerungskontaktfläche mit ungefähr der gleichen Dicke aufweist. In beiden Fällen kann die Diffusionslotschicht eine Dicke von 0.1 &mgr;m bis zu 10 &mgr;m aufweisen. Die Diffusionslotschicht kann ein Sn-basierendes Diffusionslot aufweisen und kann AgSn, AuSn oder CuSn aufweisen.

Die Diffusionslotschicht zwischen der Kotaktschicht und der Zwischenschicht kann die gleiche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen als die Diffusionslotschicht, die auf der freien äußeren Oberfläche der dritten Metallisierung angeordnet ist.

Die hergestellte Verbindung zwischen der Zwischenschicht und der Kontaktschicht kann vorteilhaft eine höhere Schmelztemperatur aufweisen als die Herstellungstemperatur der Verbindung zwischen der dritten Metallisierung und dem Schaltungsträger. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindung zwischen der Zwischenschicht und der Kontaktschicht während des Montierens des Halbleiterbauelements auf dem Schaltungsträger thermisch stabil bleibt.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils vor, das die folgenden Schritte aufweist. Mindestens ein vertikales Leistungshalbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen wird bereitgestellt. Ein Schaltungsträger, der mindestens eine Chipinsel, mindestens einen Steuerungsflachleiter, mindestens einen ersten Flachleiter und mindestens einen zweiten Flachleiter aufweist, wird bereitgestellt. Der Schaltungsträger kann ein Flachleiterrahmen sein. Die Rückseite des Leistungshalbleiterbauelements wird auf die Chipinsel montiert und mechanisch und elektrisch mit der Chipinsel verbunden. Elektrische Verbindungen werden zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und dem Systemträger erzeugt. Die erste Elektrodenkontaktfläche wird mit dem ersten Flachleiter und die Steuerungskontaktfläche wird mit dem Steuerungsflachleiter über Kontaktelemente elektrisch verbunden.

Die Steuerungselektrodenfläche wird vorteilhaft zunächst mit dem Steuerungsflachleiter elektrisch verbunden. Danach wird die erste Metallisierung mit dem ersten Flachleiter des Schaltungsträger elektrisch verbunden. Diese Reihenfolge hat den Vorteil, dass das Verfahren zum Erzeugen des oberen Kontaktelements das untere Kontaktelement nicht berührt oder beeinträchtigt.

In einer Ausführungsform wird die Rückseite des Leistungshalbleiterbauelements auf der Chipinsel mittels einer Diffusionslotsverbindung montiert.

Die Steuerungselektrodenfläche kann mit dem Steuerungsflachleiter über mindestens einen Bonddraht elektrisch verbunden werden. Wenn mehrere Steuerungselektrodenfläche vorgesehen sind, kann jede Steuerungselektrodenfläche über einen oder mehrere Bonddrähte mit dem jeweiligen Flachleiter elektrisch verbunden werden. Die erste Elektrodenkontaktfläche kann mit dem ersten Flachleiter über einen Kontaktbügel elektrisch verbunden werden.

In einer Ausführungsform werden die Kontaktelemente so angeordnet, dass das Kontaktelement, das sich zwischen der ersten Elektrodenkontaktfläche und dem ersten Flachleiter erstreckt, über mindestens einem Kontaktelement, das sich zwischen der Steuerungskontaktfläche und dem Steuerungsflachleiter erstreckt, liegt. Das obere Kontaktelement, das auf der ersten Metallisierung angeordnet ist, ragt somit über dem Kontaktelement, das auf der Steuerungselektrodenfläche angeordnet ist, hinaus.

In einem weiteren Verfahrenschritt können das Leistungshalbleiterbauelement und die Kontaktelemente in einer Kunststoffgehäusemasse zumindest teilweise eingebettet werden.

Die Erfindung sieht somit eine Vorderseitenmetallisierung für Leistungshalbleiterbauelemente vor, die eine erhöhte Metallisierung selektiv auf der Leistungselektrode aufweist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Leistungsmetallisierung gleichzeitig die Funktion eines Abstandshalters erfüllt. Ferner kann die Sperrfähigkeit des Leistungshalbleiterbauelements reduziert werden, da das Volumen des Halbleiterkörpers des Halbleiterbauelements durch die dicke Metallisierung ersetzt wird. Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei Leistungstransistoren mit eine Sperrfähigkeit von weniger als 100V verwendet werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutet.

1 zeigt einen Querschnitt eines Leistungshalbleiterbauelements nach der Erfindung,

2 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterbauteils mit einem Leistungshableiterbauelement nach der Erfindung,

3 zeigt eine Draufsicht des Halbleiterbauteils der 2.

1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen vertikalen Leistungshalbleiterbauelements 1 eines Halbleiterwafers. Der hier nicht gezeigte Wafer weist mehrere Leistungshalbleiterbauelemente auf, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind.

Das Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterkörper 2 aus Silizium auf, der eine Oberseite 3 und eine Rückseite 4 hat. Ferner weist das Halbleiterbauelement 1 eine elektrisch leitende Vorderseitenmetallisierung 5, die auf der Oberseite 3 des Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist, und eine elektrisch leitende Rückseitenmetallisierung 6, die auf der Rückseite 4 des Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist, auf.

Das Halbleiterbauelement 1 ist ein vertikales MOSFET-Bauelement. Die Rückseite 4 des Halbleiterkörpers 2 sieht die Drain-Elektrodefläche 7 vor. Die Source-Elektrodefläche 8 und Gate-Elektrodefläche 9 befinden sich auf der Oberseite 3 des Halbleiterkörpers 2.

Erfindungsgemäß hat die Vorderseitenmetallisierung 5 zwei Bereiche mit unterschiedlicher Dicke. Der erste Bereich 10 ist auf der Source-Eleketrodenfläche 8 angeordnet und hat eine Dicke a, die in dieser Ausführungsform 150 &mgr;m ist. Der zweite Bereich 11 ist auf die Gate-Elektrodenfläche 9 angeordnet und hat eine Dicke b, die in dieser Ausführungsform 5 &mgr;m ist. Der erste Bereich 10 ist somit ungefähr 30-fach dicker als der zweite Bereich 11. Die wesentlich dickere Metallisierung 10 auf der Source-Elektrodenfläche 8 hat den Vorteil, dass dieser erste Bereich 10 als Abstandshalter sowie als elektrisch leitende Kontaktfläche funktioniert.

Die Dicke der Rückseitenmetallisierung 6 ändert sich nicht wesentlich. Die Rückseitenmetallisierung 6 hat eine Dicke c, die in dieser Ausführungsform 150 &mgr;m ist. Der Halbleiterkörper 2 hat eine Dicke d, die in dieser Ausführungsform 50 &mgr;m ist. Das Verhältnis zwischen der Dicke d des Halbleiterkörpers 2 und der Summe der Dicke a des ersten Bereichs 10 der Vorderseitenmetallisierung 5 und der Dicke c der Rückseitenmetallisierung 6 (d/(a + c)) ist somit 1/6.

Der zweite Bereich 11 der Vorderseitenmetallisierung 5 sieht den Gate-Elektrodenkontakt vor und weist Ti auf, da Titan einen niederohmigen elektrischen Kontakt mit dem Silizium des Halbleiterkörpers 2 vorsieht. Der zweite Bereich 11 kann in weiteren hier nicht gezeigte Ausführungsformen zwei oder mehrere Schichten aufweisen. Diese Strukturen haben den Vorteil, dass das Material der oberen Schicht ausgewählt werden kann, um eine gute elektrische Verbindung mit einem Kontaktelement, beispielsweise einem Bonddraht, anzugeben, während das Material der unteren Schicht ausgewählt wird, um einen niederohmigen Kontakt mit dem Silizium anzugeben.

Der zweite Bereich 10 der Vorderseitenmetallisierung 5 sieht den Source-Elektrodenkontakt vor. In dieser Ausführungsform weist der zweite Bereich 10 drei Schichten auf. Eine erste Zwischenschicht 12 ist auf der Source-Elektrodefläche 8 des Halbleiterkörpers 2 des vertikalen Leistungshalbleiterbauelements 1 angeordnet. Die Zwischenschicht 12 weist eine Dicke b auf und besteht aus dem gleichen Material wie des zweiten Bereichs 11 der Vorderseitenmetallisierung 5, die den Gate-Elektrodenkontakt bildet. Die Zwischenschicht 12 gibt somit einen niederohmigen Kontakt zu dem Silizium des Halbleiterkörpers 2 an. Die Zwischenschicht 12 und der zweite Bereich 11wurde im gleichen Abscheidungsverfahren hergestellt und weisen somit im Wesentlichen die gleiche Dicke auf.

Eine Verbindungsschicht 13 ist auf der Oberseite der Zwischenschicht 12 angeordnet und weist intermetallische Phasen auf, die die Reaktionsprodukte eines Sn-basierendes Diffusionslots sind. Der zweite Bereich 10 weist auch eine Kontaktschicht 14 auf, die auf der Zwischenschicht 12 über der Verbindungsschicht 13 montiert ist. Die Kontaktschicht 14 ist somit mit der Source-Elektrodenkontaktfläche 8 elektrisch verbunden. Die äußere Oberfläche 15 der Kontaktschicht 14 des ersten Bereichs 10 der Vorderseitenmetallisierung 5 sieht die Sourcekontaktfläche vor.

In dieser Ausführungsform weist die Kontaktschicht 14 eine Kupfer-Folie auf. Die untere Seite der Kupfer-Folie wurde mit einer Diffusionslotschicht beschichtet und auf der Zwischenschicht 12 aufgebracht. Ein Diffusionslotverfahren wurde durchgeführt, um die Kupfer-Folie mit der Zwischenschicht 12 und folglich der Source-Elektrodenfläche 8 mechanisch und elektrisch zu verbinden. Die Verbindungsschicht 13 weist deshalb intermetallische Phasen auf, die die Reaktionsprodukte der Diffusionslotschicht und der Zwischenschicht und/oder der Kontaktschicht 14 sind.

Der erste Bereich 10 der Vorderseitenmetallisierung 5 ist somit wesentlich dicker als der zweite Bereich 11. Die freie Oberfläche 15 des ersten Bereichs und die freie Oberfläche 16 des zweiten Bereichs liegen auf unterschiedliche Ebenen. Folglich ist der ersten Bereich 10 der Vorderseitenmetallisierung 5 gleichzeitig ein mechanischer Abstandshalter und eine elektrisch leitende Kontaktfläche.

In dieser Ausführungsform weist die Rückseitenmetallisierung 6 auch drei Schichten auf. Eine Zwischenschicht 17 ist auf der Drain-Elektrodefläche 7 angeordnet und weist Titan auf und sieht somit eine gute Adhäsion sowie einen niederohmigen Kontakt zu dem Silizium des Halbleiterkörpers 2 vor. Eine Kupfer-Folie sieht eine äußere Kontaktschicht 18 vor, die über eine Diffusionslotverbindung 19 mit der Zwischenschicht 17 und dem Halbleiterkörper mechanisch und elektrisch verbunden ist.

Eine Diffusionslotschicht aus AgSn 20 ist auf der unteren Oberfläche der Kontaktschicht 18 angeordnet und sieht somit die freie Verbindungsoberfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelements 1 vor. Die Diffusionslotschicht 20 hat eine Dicke von 2 &mgr;m und ermöglicht mittels eines Diffusionslotverfahrens die mechanische Verbindung des Halbleiterbauelements 1 auf einem Systemträger und die elektrische Verbindung der Drain-Elektrodefläche 7 mit dem Schaltungsträger mittels Erzeugen intermetallischer Phasen in der Diffusionslotschicht 20.

Die Zwischenschicht 13 und der zweite Bereich 11 der Vorderseitenmetallisierung 5 werden auf der Oberseite des Halbleiterkörpers 2 mittels Sputtern abgeschieden. Die geschlossene Schicht wurde strukturiert, um die isolierten Elektrodenflächen auf der Oberseite 3 zu bilden. Danach wird die Dicke des Halbleiterkörpers 2 durch Dünnschleifen der Rückseite des Halbleiterkörpers reduziert. Die Zwischenschicht 17 der Rückseitenmetallisierung 6 wird auf der Rückseite 4 des Halbleiterkörpers 2 abgeschieden, um die Drain-Eletrodenkontaktfläche 7 zu bilden.

Eine Diffusionslotschicht wird auf die Source-Elektrodenkontaktfläche und auf die Drain-Elektrodenkontaktfläche aufgebracht. Mehre Kupferfolienplättchen werden bereitgestellt, die der Größe der Source-Elektrodenkontaktfläche und die der Drain-Elektrodenkontaktfläche entsprechen. Die Kupferfolienplättchen werden auf die entsprechenden Elektrodenkontkatflächen aufgebracht und ein Diffusionslotverfahren durchgeführt, um die Folie mit den Elektrodenkontaktflächen mechanisch und elektrisch zu verbinden.

Die Kontaktschichten 14 und 18 können auf den Zwischenschichten 13 und 17 der Oberseite bzw. der Rückseite des Wafers aufgebracht werden. Alternativ kann der Wafer vereinzelt werden und anschließend können die Folien, die die Kontaktschichten 14 und 18 bilden, auf der Oberseite und Rückseite der vereinzelten Halbleiterbauelemente 1 aufgebracht werden.

2 zeigt einen Querschnitt eines Abschnitts eines Halbleiterbauteils 21 mit einem vertikalen Leistungshalbleiterbauelement 2 mit einer erfindungsgemäßen Metallisierungsstruktur, einem Schaltungsträger 22 und Kontaktelementen 23.

Der Schaltungsträger 22 ist ein Flachleiterrahmen, der eine Chipinsel 24 und mehrere Flachleiter 25, die die Chipinsel 24 umgeben, aufweist. Bei diesem Flachleiterrahmen ist die untere Oberfläche der Chipinsel 24 der Drain-Anschluss 28 des Halbleiterbauteils 21. In der 2 sind zwei Flachleiter 25 zu sehen. Der linke Flachleiter ist der Source-Flachleiter 26 und der rechte Flachleiter ist der Gate-Flachleiter 27. Die Anordnung der Flachleiter 25 und der Chipinsel 24 ist in der Draufsicht der 3 zu sehen.

Das Halbleiterbauelement 2 weist eine erfindungsgemäße Vorderseitenmetallisierung 5 mit zwei Bereichen 10, 11 unterschiedlicher Dicke und eine Rückseitenmetallisierung 6 auf. Das Halbleiterbauelement 2 ist über die Rückseitenmetallisierung 6 auf der Chipinsel montiert. Die Rückseitenmetallisierung 6 ist über eine Diffusionslotverbindung mit der oberen Seite der Chipinsel 24 mechanisch und elektrisch verbunden.

Der erste Bereich 10 der Vorderseitenmetallisierung 5, der die Source-Kontaktfläche 15 bildet, ist wesentlich dicker als der zweite Bereich 11, der die Gate-Kontaktfläche 16 bildet. Die Source-Kontaktfläche 15 liegt somit weiter von der Oberseite 3 des Halbleiterkörpers 2 des Halbleiterbauelements 1 und von der Oberseite der Chipinsel 24 entfernt als die Gate-Kontaktfläche 16. Die Gate-Kontakkfläche 16 und folglich die Gate-Elektrodenfläche 9 ist über einen Goldbonddraht 29 mit dem inneren Bereich des Gate-Flachleiters 27 elektrisch verbunden. Der Bonndraht 29 hat einen Durchmesser von 50 &mgr;m.

Die Source-Kontaktfläche 15 und die Source-Elektrodenfläche 8 ist über einen Kontaktbügel 30 mit dem Source-Flachleiter 26 elektrisch verbunden. Der Kontaktbügel 30 ist mittels einer Weichlotschicht 31 mit der Oberfläche 15 des zweiten Bereichs 10 und dem inneren Bereich des Source-Flachleiters 27 verbunden.

Der Kontaktbügel 30 hat einen Flachbereich 33 und ein Bein 34, der aus einer Kante des Flachbereichs 33 hinausragt. Die Unterseite des Flachbereichs 33 ist auf der Source-Kontaktoberfläche 15 montiert und das Bein 34 erstreckt sich in die Richtung des Systemträgers 22. Die Unterseite des Beins 34 ist mit dem Source-Flachleiter 25 mechanisch und elektrisch verbunden.

Wegen des Unterschieds zwischen der Dicke des ersten Bereichs 10 und des zweiten Bereichs 11 der Vorderseitenmetallisierung 5 ragt das Ende des Flachbereichs 33 des Kontaktbügels 30 über den Bonddraht 29 hinaus. Die untere Seite des Endes des Flachbereichs 33 liegt somit über dem Bonddraht 29 und ist nicht in direktem Kontakt mit dem Bonddraht 29. Das Halbleiterbauelement 1, die Chipinsel 24, der Kontaktbügel 30, der Bonddraht 29 und die oberen Seiten der inneren Bereiche der Flachleiter 25 sind in einer Kunststoffgehäusemasse 32 eingebettet. Die Kunststoffgehäusemasse 32 sieht elektrische Isolation zwischen dem Kontaktbügel 30 und dem darunter liegenden Bonddraht 29 vor.

Die äußeren Oberflächen der Kunststoffgehäusemasse 32 bilden die äußeren Konturen des Halbleiterbauteils 21 und sie bilden zusammen mit dem Flachleiterrahmen 22 ein JEDEC-Gehäuse, ein so genannte PowerSO-Gehäuse. Die unteren Oberflächen des Flachleiterrahmens 22 sind frei von der Kunststoffgehäusemasse 32 und sehen die Außenkontaktanschlüsse des Halbleiterbauteils 21 vor.

3 zeigt eine Draufsicht des Halbleiterbauteils 21 der 2. Die Chipinsel 24 ist rechteckig und vier Flachleiter 25 sind jeweils neben den zwei langen Seiten der Chipinsel 24 angeordnet. An einer Seite sind die inneren Ende von drei benachbarten Source-Flachleitern 26 miteinander verbunden und sehen eine größere Innenkontaktfläche vor. Die weiteren fünf Flachleiter 25 sind Gate-Flachleiter 27.

Die Rückseite des Halbleiterbauelements 1 ist auf der Chipinsel 24 montiert. Die Oberseite 3 des Halbleiterbauelements 1 weist eine größere rechteckige Sourcekontaktfläche 15 auf, die neben dem Sourceflachleiter 25 angeordnet ist, sowie fünf kleinere Gate-Kontaktflächen 16, die in den Randbereichen der Oberseite neben dem Gate-Flachleiter 27 angeordnet sind. Die Unterseite der Chipinsel 24 sieht den Drain-Anschluss 24 vor.

Die Gate-Kontaktflächen 16 sind jeweils über einen Bonddraht 29 mit einem Flachleiter 27, der neben der Gate-Kontaktfläche 16 liegt, elektrisch verbunden.

Wegen der größeren Dicke der Source-Metallisierung 10 liegt das freie Ende des Flachbereichs 33 des Kontaktbügels 30 über zwei zentral angeordnete Gatekontaktflächen 16 sowie ihre Bondrahtverbindungen 29, die an der gegenüberliegenden Seite des Halbeiterbauelements 1 angeordnet sind. Der Kontaktbügel 30 ist nicht in direktem Kontakt mit den Bonddrähten 29. Die erfindungsgemäße Vorderseitenmetallisierung 5 mit zwei Bereichen 10, 11 unterschiedlicher Dicke hat somit den Vorteil, dass die Montage des Halbleiterbauteils vereinfacht wird, da die Source-Metallisierung als elektrischer Kontakt sowie Abstandshalter funktioniert.

Nach dem Montieren der Rückseite 21 des Halbleiterbauelements 1 auf die Chipinsel 24 mittels eines Diffusionslotsverfahrens werden die Bonddrahtverbindungen 29 zwischen den Gate-Kontaktflächen 16 und dem Gate-Flachleiter 27 hergestellt. Der Kontaktbügel 30 wird danach auf der Source-Kontaktfläche 15 sowie auf den Source-Flachleiter 26 mittels Weichlot montiert. Das Halbleiterbauelement 1, der Kontaktbügel 30 und die Bonddrähte 29 und die Oberseite der inneren Bereiche der Flachleiter 25 werden in der in 3 nicht gezeigten Kunststoffgehäusemasse eingebettet.

1
Halbleiterbauelement
2
Halbleiterkörper
3
Oberseite
4
Rückseite
5
Vorderseitenmetallisierung
6
Rückseitenmetallisierung
7
Drain-Elektrodenfläche
8
Source-Elektrodenfläche
9
Gate-Elektrodenfläche
10
erster Bereich
11
zweiter Bereich
12
Zwischenschicht
13
Diffusionslotverbindung
14
Kontaktschicht
15
Oberfläche des ersten Bereichs
16
Oberfläche des zweiten Bereichs
17
Zwischenschicht auf der Rückseite
18
Kontaktschicht auf der Rückseite
19
Diffusionslotverbindung
20
Diffusionslotschicht
21
Halbleiterbauteil
22
Flachleiterrahmen
23
Kontaktelemente
24
Chipinsel
25
Flachleiter
26
Source-Flachleiter
27
Gate-Flachleiter
28
Drain-Anschluss
29
Bonddraht
30
Kontaktbügel
31
Weichlotschicht
32
Kunststoffgehäusemasse
33
Flachbereich des Kontaktbügels
34
Bein des Kontaktbügels


Anspruch[de]
Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) mit einer Oberseite (3) und einer Rückseite (4), wobei die Oberseite (3) mindestens eine erste Elektrodenkontaktfläche (8) und mindestens eine Steuerungselektrodenfläche (9) aufweist und die Rückseite (4) eine zweite Elektrodenkontaktfläche (7) aufweist, und wobei

– eine erste Metallisierung (10) mit einer Dicke a auf der ersten Elektrodenkontaktfläche (8) angeordnet ist.

– eine zweite Metallisierung (11) mit einer Dicke b auf der Steuerungselektrodenfläche (9) angeordnet ist, und

– eine dritte Metallisierung (6) mit einer Dicke c auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche (7) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Dicke a der ersten Metallisierung (10) auf der ersten Elektrodenkontaktfläche (8) mindestens 10-fach dicker als die Dicke b der zweiten Metallisierung (11) auf der Steuerungselektrodenfläche (9) ist.
Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 10 &mgr;m ≤ a ≤ 500 &mgr;m. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 10 nm ≤ b ≤ 10 &mgr;m. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10 nm ≤ c ≤ 500 &mgr;m. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (2) des vertikalen Leistungshalbleiterbauelements (1) eine Dicke d aufweist, wobei das Verhältnis d/(a + c) weniger als 1 ist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 1 &mgr;m ≤ d ≤ 1000 &mgr;m. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diffusionslotschicht (20) auf der äußeren Oberfläche der dritten Metallisierung (6) auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche (7) angeordnet ist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallisierung (10) eine Zwischenschicht (12) und eine Kontaktschicht (14) aufweist, wobei die Kontaktschicht (14) mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht (12) ist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Metallisierung (6) eine Zwischenschicht (17) und eine Kontaktschicht (18) aufweist, wobei die Kontaktschicht (18) mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht (17) ist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12; 17) eine Dicke e hat, wobei 10 nm ≤ e ≤ 10 &mgr;m ist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (14; 18) über eine Diffusionslotverbindung (13; 19) auf der Zwischenschicht (12; 17) montiert ist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12; 17) ein oder mehrere der Elemente Ti, Cr, Al, Ni, Au, Ag aufweist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (14; 18) Cu oder eine Kupfer-Legierung aufweist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallisierung (11) ein oder mehrere der Elemente Ti, Cr, Al, Ni, Au, Ag aufweist. Vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vertikale Leistungshalbleiterbauelement (1) ein MOSFET oder ein IGBT oder ein BJT ist. Halbleiterbauteil (21), das folgende Merkmale aufweist:

– mindestens ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

– einen Schaltungsträger (22), der mindestens eine Chipinsel (24), mindestens einen Steuerungsflachleiter (27), mindestens einen ersten Flachleiter (26) und mindestens einen zweiten Flachleiter (24) aufweist, und

– mehrere Kontaktelemente (23),

wobei die Rückseite (4) des vertikalen Leistungshalbleiterbauelements (1) auf der Chipinsel (24) montiert ist, und wobei die erste Elektrodenkontaktfläche (15) mit dem ersten Flachleiter (26) und die Steuerungselektrodenfläche (16) mit dem Steuerungsflachleiter (27) über die Kontaktelemente (23) elektrisch verbunden sind.
Halbleiterbauteil (21) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenkontaktfläche (15) mit dem ersten Flachleiter (26) über einem Kontaktbügel (30) elektrisch verbunden ist. Halbleiterbauteil (21) nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungselektrodenfläche (16) mit dem Steuerungsflachleiter (27) über mindestens einem Bonddraht (29) elektrisch verbunden ist. Halbleiterbauteil (21) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (30), das sich zwischen der erste Elektrodenkontaktfläche (15) und dem ersten Flachleiter (26) erstreckt, über mindestens einem Kontaktelement (29), das sich zwischen der Steuerungselektrodenfläche (16) und dem Steuerungsflachleiter (27) erstreckt, liegt. Halbleiterbauteil (21) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (21) ferner eine Kunststoffgehäusemasse (32) aufweist. Halbleiterbauteil (21) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (21) ferner ein JEDEC-Gehäuse aufweist. Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Leistungsalbleiterbauelements (1), das folgende Schritte aufweist:

– Bereitstellen mindestens eines Halbleiterkörpers (2) mit einer Oberseite (3) und einer Rückseite, wobei die Oberseite (3) mindestens eine erste Elektrodenkontaktfläche (8) und mindestens eine Steuerungselektrodenfläche (9) aufweist,

– Aufbringen einer Zwischenschicht (12) einer ersten Metallisierung (10) mit einer Dicke e auf der ersten Elektrodenkontaktfläche (8),

– Aufbringen einer zweiten Metallisierung (11) mit einer Dicke b auf der Steuerungselektrodenfläche (9),

– Aufbringen einer Kontaktschicht (14) der ersten Metallisierung (10) auf der Zwischenschicht (12) der ersten Elektrodenkontaktfläche (8), wobei die Dicke a der ersten Metallisierung (10) mindestens 10-fach dicker als die Dicke b der zweiten Metallisierung (11) ist,

– Verringern der Dicke des Halbleiterkörpers (2) auf eine Dicke d durch Entfernen der Oberfläche der Rückseite des Halbleiterkörpers (2), und

– Aufbringen einer dritten Metallisierung (6) mit einer Dicke c auf der Rückseite (4) des Halbleiterkörpers (2).
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallisierung (11) mit einer Dicke 10 nm ≤ b ≤ 10 &mgr;m aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallisierung (10) mit einer Dicke 10 &mgr;m ≤ a ≤ 500 &mgr;m aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Metallisierung (6) mit 10 nm ≤ c ≤ 500 &mgr;m aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (2) auf eine Dicke d verringert wird, wobei das Verhältnis d/(a + c) weniger als 1 ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (2) auf eine Dicke d verringert wird, wobei 1 &mgr;m ≤ d ≤ 1000 &mgr;m ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diffusionslotschicht (20) auf der äußeren Oberfläche der dritten Metallisierung (6) auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche (7) aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (14) der ersten Metallisierung (10) mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht (12) der ersten Metallisierung (10) ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als dritte Metallisierung (6) eine Zwischenschicht (17) und eine Kontaktschicht (18) aufgebracht werden, wobei die Kontaktschicht (18) mindestens 10-fach dicker als die Zwischenschicht (17) ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) mit einer Dicke e auf der ersten Elektrodenkontaktfläche (8) und/oder die Zwischenschicht (17) mit einer Dicke e auf der zweiten Elektrodenkontaktfläche (7) aufgebracht wird, wobei 10 nm ≤ e ≤ 10 &mgr;m ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten (12; 17) und die zweite Metallisierung (11) mittels Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (14) der ersten Metallisierung (10) und die Kontaktschicht (18) der dritten Metallisierung (6) in Form einer Folie aufgebracht werden. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mittels Diffusionslot (13; 19) auf der Zwischenschicht (12) der ersten Metallisierung (10) und/oder auf der Zwischenschicht (17) der dritten Metallisierung (6) aufgebracht wird. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils, das folgende Schritte aufweist:

– Bereitstellen mindestens eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15,

– Bereitstellen eines Schaltungsträgers (22), der mindestens eine Chipinsel (24), mindestens einen Steuerungsflachleiter (27), mindestens einen ersten Flachleiter (26) und mindestens einen zweiten Flachleiter (24) aufweist,

– Montieren der Rückseite (4) des Leistungshalbleiterbauelements (1) auf der Chipinsel (24), und

– Erzeugen elektrischer Verbindungen, wobei die erste Elektrodenkontaktfläche (10) mit dem ersten Flachleiter (26) und die Steuerungskontaktfläche (11) mit dem Steuerungsflachleiter (27) über Kontaktelemente (23) elektrisch verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (4) des Leistungshalbleiterbauelements (1) auf der Chipinsel (24) mittels einer Diffusionslotsverbindung (20) montiert wird. Verfahren nach Anspruch 35 oder Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenkontaktfläche (15) mit dem ersten Flachleiter (26) über einen Kontaktbügel (30) elektrisch verbunden wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungskontaktfläche (16) mit dem Steuerungsflachleiter (27) über mindestens einen Bonddraht (29) elektrisch verbunden wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (23) so angeordnet sind, dass das Kontaktelement (30), das sich zwischen der erste Elektrodenkontaktfläche (25) und dem ersten Flachleiter (26) erstreckt, über mindestens einem Kontaktelement (29), das sich zwischen der Steuerungskontaktfläche (16) und dem Steuerungsflachleiter (27) erstreckt, liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleiterbauelement (1) und die Kontaktelemente (23) in einer Kunststoffgehäusemasse (32) zumindest teilweise eingebettet werden.






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