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Dokumentenidentifikation DE102006023167B3 13.12.2007
Titel Bonddraht, Herstellungsverfahren für einen Bonddraht und Wedge-Wedge-Drahtbondverfahren
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Hosseini, Khalil, Dr. rer. nat., 84107 Weihmichl, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 17.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006023167
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H01R 43/02(2006.01)A, F, I, 20070702, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23K 35/40(2006.01)A, L, I, 20070702, B, H, DE   H01L 21/607(2006.01)A, L, I, 20070702, B, H, DE   
Zusammenfassung Bonddraht zur Verwendung in einem Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterelementes, mit einem metallischen Drahtkern (1) mit höherer Härte und hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit und eine den Drahtkern umhüllende, metallische Beschichtung (2) mit niedrigerer Härte.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Bonddraht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Herstellungsverfahren für einen Bonddraht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und ein Wedge-Wedge-Drahtbondverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Beim Bonden eines elektronischen Halbleiterelementes, beispielsweise eines Halbleiterchips, eines Transistors oder einer Diode, werden die auf dem Halbleiterelement vorhandenen, als Pads bezeichneten Kontakte mittels eines Bonddrahtes mit äußeren Kontaktierungen, den so genannten Pins, verbunden. Im Bereich der Leistungselektronik, insbesondere bei MOS-FET-Transistoren oder Leistungsdioden, kommen dabei nach dem Stand der Technik hochreine Aluminium-Bonddrähte mit einem von der Stromlast abhängigen Durchmesser von 25 bis 50 &mgr;m bzw. 125 bis 500 &mgr;m zur Anwendung.

Zum Auf kontaktieren des Bonddrahtes auf den Pads und Pins wird unter anderem ein Wedge-Wedge-Bondverfahren angewendet. Dabei wird das Ende des Bonddrahtes mittels eines keil- oder nadelförmigen Bondwerkzeugs, dem Wedge, auf die zu kontaktierende Fläche, das so genannte Bondpad, gepresst. Mittels eines kurzen Ultraschallimpulses erfolgt sodann ein lokales Aufschmelzen des Bonddrahtes und ein Verschweißen mit der Oberfläche des Bondpads. Dabei bildet sich die elektrische Kontaktierung zwischen Bonddraht und Bondpad aus. Der Wedge bewegt sich danach unter Nachführung des Bonddrahtes von der ersten, z.B. auf dem Halbleiterelement gelegenen, Kontaktierungsstelle zur zweiten Kontaktierungsstelle auf den Pins. Hier wiederholt sich der Kontaktierungsschritt, wobei der Bonddraht zusätzlich abgetrennt wird. Als Resultat entsteht dabei eine Drahtbrücke zwischen dem Pad und dem Pin. Der Wedge wird dann aus dem Bereich von Pad und Pin entfernt und nimmt dabei den abgetrennten Abschnitt des Bonddrahtes mit sich. Der Bondkopf mit dem Wedge wird dann zu einer nächsten Kontaktierungsstelle bewegt, und der beschriebene Bondprozess wiederholt sich.

Aus der WO 03/068445 A1 ist ein Bonddraht sowie ein Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren bekannt, wobei der Kupfer- und Aluminiumbonddraht eine Legierung aufweisen kann, um die Federelastizität des Bonddrahts zu verbessern. Speziell werden für einen Aluminiumbonddraht Silizium und/oder Kupfer als weitere Legierungskomponente vorgeschlagen.

Steigende Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der elektrischen und thermischen Kontaktierung des Halbleiterelementes mit dem umgebenden Gehäuse, dem so genannten Package, machen die Verwendung anderer Materialien für den Bonddraht notwendig. So ist es insbesondere vorteilhaft, Bonddrähte aus Kupfer, Kupferlegierungen oder vergleichbaren Metallen mit besseren elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten als Aluminium zu verwenden, um die Stromtragfähigkeit des Gehäuses und die Effizienz des Wärmetransports aus dem Halbleiterelement zu steigern.

Bei der Verwendung von Bonddrähten aus Kupfer treten jedoch bislang ungelöste Probleme im Wedge-Wedge-Bondprozess auf. Die größere Härte des Kupfers erfordert eine größere Intensität des Ultraschalls in Verbindung mit einem gesteigerten Anpressdruck des Wedges auf der Kontaktierungsstelle. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Pads auf dem Halbleiterelement beschädigt oder sogar zerstört werden können. Diese höheren Bondparameter führen dazu, dass z.B. die Metallisierung des Pads durchstoßen oder darüber hinaus auch die dotierte Struktur des Halbleiterelementes zerstört werden kann. Dadurch treten beispielsweise bei den Halbleiterelementen von MOS-FET-Transistoren nach einem Wedge-Wedge-Bonden mit Bonddrähten aus Kupfer in der Regel Kurzschlüsse zwischen der Gate- und der Source-Kontaktierung auf.

Die Zerstörung der Pad-Metallisierung und der dotierten Halbleiterstruktur infolge der erhöhten Bondparameter wird als Kraterbildung bzw. Cratering bezeichnet und macht eine Anwendung des für hohe Stückzahlen und Fertigungsgeschwindigkeiten sehr vorteilhaften Wedge-Wedge-Bondverfahrens für Bonddrähte mit einem anderen Material als Aluminium unmöglich. Deswegen muss entweder auf die Verwendung des weitaus vorteilhafteren Kupfers beim Bonden verzichtet oder zu kostspieligen Zusatz- oder Palliativentwicklungen, wie beispielsweise teureren Bond pad-Metallisierungen, gegriffen werden. Es versteht sich, dass dieser Zustand veränderungsbedürftig ist.

Es besteht somit die Aufgabe, einen verbesserten Bonddraht anzugeben, der in einem Wedge-Wedge-Drahtbondverfahren mit den üblichen, eine Kraterbildung ausschließenden Bondparametern verwendbar sein soll. Weiterhin stellt sich die Aufgabe, ein einfaches und wirtschaftliches Herstellungsverfahren für einen derartigen Bonddraht anzugeben. Schließlich besteht im Zusammenhang damit die Aufgabe, ein Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren anzugeben, mit dem ein zerstörungsfreies Bonden mit dem verbesserten Bonddraht möglich ist.

Die Aufgabe wird mit einem Bonddraht mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Herstellungsverfahren für einen Bonddraht mit den Merkmalen des Anspruchs 6 bzw. einem Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte und/oder zweckmäßige Ausführungsformen bzw. Merkmale des erfindungsgemäßen Bonddrahtes, des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bzw. des Wedge-Wedge-Drahtbondverfahrens.

Der erfindungsgemäße Bonddraht zur Verwendung in einem Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterelementes zeichnet sich aus durch einen metallischen Drahtkern mit höherer Härte und höherer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit und eine den Drahtkern umhüllende, metallische Beschichtung mit niedrigerer Härte.

Erkenntnisse aus der Praxis haben gezeigt, dass eine höhere thermische und elektrische Leitfähigkeit mit einer erhöhten Härte der zum Bonden eingesetzten Werkstoffe einhergehen. Die Härte des Materials ist beim Wedge-Wedge-Drahtbonden von ausschlaggebender Bedeutung und muss bei der Einstellung der Bondparameter berücksichtigt werden.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, einen Drahtkern höherer Härte und höherer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit mit einer metallischen Umhüllung niedrigerer Härte zu umgeben. Diese Umhüllung bringt für das Ausführen des Wedge-Wedge-Drahtbondens günstigere Bondparameter mit sich. Sie gewährleistet somit ein zerstörungsfreies Bonden, während der Drahtkern eine gegenüber üblichen Al-Bonddrähten verbesserte elektrische und thermische Leitfähigkeit erbringt.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform besteht der Drahtkern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Beschichtung besteht aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist das Wedge-Wedge-Bonden annähernd bei den für Aluminium üblichen Bondparametern möglich, während der Bonddraht eine thermische und elektrische Leitfähigkeit aufweist, die im wesentlichen einem Bonddraht aus dem entsprechenden Metall, beispielsweise aus Kupfer, gleichkommt.

Der Drahtkern weist bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser im Bereich von bis zu 1 mm, vorzugsweise bis zu 500 &mgr;m, auf. Die Dicke der Beschichtung liegt in einem zweckmäßigen Bereich von bis zu 3 &mgr;m, vorzugsweise bis zu 600 nm. Ein derartiger Bonddraht weist die üblichen Abmessungen eines Aluminium-Bonddrahtes auf, zeigt aber eine erheblich verbesserte Stromtragfähigkeit, wobei die Aluminiumbeschichtung ein zerstörungsfreies Bonden gewährleistet.

Die Beschichtung weist weiterhin bei einem Ausführungsbeispiel eine oberflächliche Oxidschicht mit einer Schichtdicke von bis zu 20 nm auf. Die Oxidschicht schützt das darunter befindliche Material vor einer fortschreitenden Korrosion und hat eine passivierende Wirkung.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für einen Bonddraht zeichnet sich aus durch ein Beschichten eines metallischen Drahtbondrohlings in einem Gasphasenabscheidungs-Verfahren mit einer hochreinen metallischen Beschichtung niedrigerer Härte zum Erzeugen eines beschichteten Bonddrahtes.

Ein Drahtbondrohling, dessen Durchmesser und Querschnitt die später geforderten elektrischen bzw. thermischen Funktionsparameter aufweist, wird somit mit einer Beschichtung versehen, die ein zerstörungsfreies Wedge-Wedge-Drahtbonden gewährleistet. Das Gasabscheidungs-Verfahren gewährleistet dabei eine hochreine und homogene Beschichtung einerseits und ermöglicht andererseits eine genaue Einstellung der Schichtdicke der metallischen Beschichtung.

Als Gasphasenabscheidungs-Verfahren können eine Reihe verschiedener Verfahren angewendet werden. Bei einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens kommt ein Sputter-Verfahren zur Anwendung. Dabei wird die Gasphase des Beschichtungsmaterials durch aus einem Target mittels eines Ionenstroms in ein Vakuum herausgeschlagene Teilchen erzeugt. Diese lagern sich auf dem in der Nähe befindlichen Drahtbondrohling in einer präzise kontrollierbaren Schichtdicke ab.

Bei einer zweiten Ausführungsform wird ein Vakuum-Aufdampfverfahren angewendet. Die Gasphase der Beschichtung entsteht dabei durch ein Aufheizen einer Probe des Beschichtungsmaterials im Vakuum mit einem dadurch bewirkten Verdampfen und einer sich anschließenden Abscheidung des Probendampfes auf dem Drahtbondrohling in einer kontrollierbaren Schichtdicke.

Der Drahtbondrohling besteht wie erwähnt beispielsweise aus Kupfer- oder einer Kupferlegierung, das Beschichtungstarget besteht insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.

Zweckmäßigerweise wird bei einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens vor Beginn des Gasphasenabscheidungs-Schrittes ein Reduktionsschritt einer auf dem Drahtbondrohling vorliegenden Oxidschicht ausgeführt. Dieser Verfahrensschritt dient einer verbesserten Haftung der Beschichtung auf dem Drahtbondrohling und einer Minimierung des thermischen und elektrischen Übergangswiderstandes zwischen der Beschichtung und dem Drahtbondrohling.

Das erfindungsgemäße Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren zeichnet sich aus durch eine Verwendung eines Bonddrahtes mit einem metallischen Drahtkern mit größerer Härte und einer den Drahtkern umhüllenden metallischen Beschichtung mit niedrigerer Härte. Dabei ist mindestens ein Bondparameter, insbesondere ein Anpressdruck eines Wedge auf eine Kontaktierungsstelle und/oder eine am Wedge anliegende Ultraschall-Intensität, im wesentlichen auf einen üblichen, insbesondere niedrigeren Wert zum Bonden eines vollständig aus dem Material der metallischen Beschichtung bestehenden Bonddrahtes eingestellt.

Der aus dem metallischen Drahtkern bestehende Bonddraht wird also mit anderen Worten bei solchen Bondparametern auf die entsprechenden Kontaktierungsstellen, den Pads und Pins, aufkontaktiert, die ausschließlich durch das Material der Beschichtung bestimmt sind. Bonddrähte aus einem Drahtkern mit einem ersten, härteren Material werden demnach unter im allgemeinen viel günstigeren Bedingungen auf kontaktiert, während der Bonddraht jedoch im wesentlichen alle elektrischen und thermischen Eigenschaften des Drahtkernmaterials aufweist.

Besonders zweckmäßig ist dabei, dass mindestens einer der tatsächlichen Bondparameter auf einen niedrigeren Wert als einen für den metallischen Drahtkern erforderlichen Wert des Bondparameters eingestellt ist. Das Bonden kann also beispielsweise tatsächlich bei einem niedrigeren Anpressdruck und/oder bei einer niedrigeren Ultraschallintensität erfolgen, als dies für einen gänzlich aus dem Kernmaterial bestehenden Draht erforderlich wäre. Damit werden Beschädigungen der Kontaktierungsstelle infolge zu großer Bondparameter sehr effektiv vermieden.

So entspricht bei einer speziellen Ausführungsform des Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahrens bei einer aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bestehenden, einen metallischen Drahtkern aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung umschließenden metallischen Beschichtung der Anpressdruck des Wedges dem üblichen Anpressdruck für einen Bonddraht aus Aluminium oder der Aluminium-Legierung. Dadurch lassen sich hinsichtlich ihrer Funktion aus Kupfer bestehende Bonddrähte bei einem geringeren Anpressdruck und damit zerstörungsfrei wie herkömmliche Aluminiumdrähte bonden.

Ebenfalls kann bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens die Ultraschallintensität an der Spitze des Wedges der üblichen Ultraschallintensität für einen Bonddraht aus Aluminium oder der Aluminium-Legierung entsprechen. In diesem Fall wird die Ultraschallintensität auf den niedrigeren Wert eingestellt, der bei einem Bonden eines Aluminiumdrahtes üblich ist.

Der erfindungsgemäße Bonddraht, das Herstellungsverfahren und das Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbonverfahren sollen nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren. Es werden für gleiche oder gleich wirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.

Es zeigt:

1 eine beispielhafte Schnittdarstellung eines beschichteten Bonddrahtes,

2 ein beschichteter Bonddraht mit einer zusätzlichen Haftvermittlungsschicht,

3 eine beispielhafte Sputter-Beschichtungsanlage für eine kontinuierliche Drahtbeschichtung.

1 zeigt einen beispielhaften Bonddraht im Querschnitt. Der metallische Drahtkern 1 besteht aus einem Metall mit einer höheren thermischen und elektrischen Leitfähigkeit und weist eine höhere Härte auf als üblicherweise verwendete Bonddrähte.

So ist beispielsweise der Drahtkern für einen Bonddraht, mit dem Hochleistungs-Halbleiterelemente kontaktiert werden, aus Kupfer anstatt des ansonsten für diesen Zweck verwendeten Aluminiums ausgebildet. Anstelle des Kupfers ist auch die Verwendung einer Kupferlegierung möglich. Der Drahtkern kann darüber hinaus aus einem vergleichbaren anderen Metall oder einer entsprechenden Metalllegierung bestehen.

Der Durchmesser und das Material des Drahtkerns werden im wesentlichen durch die elektrische und thermische Leitfähigkeit des Materials und dem von der entsprechenden Querschnittsfläche abhängenden gewünschten elektrischen und thermischen Widerstand bestimmt. Ein Drahtkern, der beispielsweise aus Kupfer besteht und eine geringere Querschnittsfläche als ein entsprechender Bonddraht aus Aluminium hat, weist daher einen gleichen elektrischen bzw. thermischen Widerstand wie der Aluminiumdraht auf.

Der Durchmesser des Drahtkerns kann somit in Hinblick auf die geforderten Widerstandsparameter verkleinert werden. Bevorzugte Werte für den Drahtkern liegen im Bereich von 20 &mgr;m für elektronische Bauelemente geringer und mittlerer Leistung und bis zu 600 &mgr;m und mehr für Hochleistungsbauelemente.

Der Drahtkern ist von einer metallischen Beschichtung 2 umgeben. Diese besteht aus einem Metall oder eine Metalllegierung mit einer niedrigeren Härte als der des Drahtkerns. Das Material und die Dicke der Beschichtung sind im wesentlichen von den zweckmäßigen bzw. erwünschten Bondparametern bestimmt. Die Beschichtung wird im allgemeinen so gestaltet, dass ein Bonden des beschichteten Drahtes im wesentlichen mit den Bondparametern möglich ist, die für einen Draht anwendbar sind, der vollständig aus dem Material der Beschichtung besteht.

Es ist zu berücksichtigen, dass ein Bonddraht mit einem größeren Durchmesser des Drahtkerns eine dickere Beschichtung für eine einwandfreie und sichere Kontaktierung auf dem Pad oder dem Pin benötigt. Im allgemeinen ist der Durchmesser des Drahtkerns 1 etwa um einen Faktor tausend größer als die Dicke der Beschichtung 2. Ein Drahtkern mit einem Durchmesser von 20 &mgr;m weist demzufolge eine metallische Beschichtung auf, deren Dicke mindestens 20 nm beträgt. Dementsprechend ist für einen Drahtkern mit einem Durchmesser von 600 &mgr;m eine Beschichtung mit einer Dicke von mindestens 600 nm zweckmäßig. Die Dicke der Beschichtung kann jedoch auch größer sein. Im Allgemeinen ist für einen üblichen Bonddraht mit einem Drahtkerndurchmesser von beispielsweise 100 &mgr;m eine Beschichtung mit einer Dicke von ca. 100 nm bis ca. 10 &mgr;m möglich.

Die Beschichtung weist auf ihrer Außenseite eine Oxidschicht 3 auf, die sich entweder im Kontakt mit Luft spontan herausbildet, oder deren Herausbildung forciert worden ist. Deren Dicke ist im wesentlichen unabhängig von der Dicke des Drahtes und entspricht der üblichen Dicke einer Oxidschicht auf dem jeweiligen Material der metallischen Beschichtung. Bei Beschichtungen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen weist die Oxidschicht eine typische Dicke von 4 bis 15 nm auf. Es ist von Vorteil, dass die Oxidschicht passivierende Eigenschaften aufweist, die eine Korrosion des Bonddrahtes möglichst ausschließen.

2 zeigt eine Schnittdarstellung eines beispielhaften Bonddrahtes mit einer zusätzlichen Haftvermittlerschicht 4 zwischen dem Drahtkern 1 und der metallischen Beschichtung 2. Der Haftvermittler dient einer Stabilisierung der Beschichtung auf dem Drahtkern und wird optional aufgebracht. Die Dicke des Haftvermittlers liegt im Bereich von einigen Nanometern bis Mikrometern. Bevorzugt werden Schichtdicken von 50 nm bis 200 nm für den Haftvermittler verwendet.

Zur Herstellung des beschichteten Bonddrahtes wird auf ein Gasphasenabscheidungs-Verfahren zurückgegriffen. Derartige Verfahren sind unter anderem unter der Bezeichnung „PVD-Verfahren" bekannt. PVD wird als Abkürzung für „physical vapor deposion" verwendet. Grundlage des Beschichtungsverfahrens ist dabei ein Abscheiden des zu beschichtenden Materials aus der Gas- oder Dampfphase unter kontrollierten, die Schichtdicke regulierenden Bedingungen im Vakuum bei einem Druck im Bereich von 10–4 bis 1 Pa. Dabei wird das Beschichtungsmaterial durch geeignete Verfahren verdampft und kondensiert auf der zu beschichtenden Oberfläche.

Zum Beschichten wird ein Drahtrohling in eine Anlage zur Gasphasenabscheidung eingebracht. Das für die Beschichtung 2 vorgesehene Material wird in die Dampfphase überführt. Zum Verdampfen können eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren eingesetzt werden. Zum Überführen von Aluminium in die Dampfphase eignet sich beispielsweise ein thermisches Verdampfen durch Erhitzen einer hochreinen Probe aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,99% oder einer Aluminiumlegierung mit einer wohl definierten Zusammensetzung.

Eine andere Möglichkeit bietet ein als Sputtern bekanntes Verfahren der Kathodenzerstäubung. 3 zeigt eine beispielhafte Sputter-Anlage für eine kontinuierlich ablaufende Beschichtung.

Bei dem gezeigten Beispiel wird ein Target 5 aus dem für die Beschichtung des Drahtrohlings vorgesehenen Material, beispielsweise das hochreine Aluminium oder die definierte Aluminiumlegierung, aus einer Ionenquelle 6 mit energiereichen Ionen beschossen. Diese lösen Atome aus dem Target und überführen diese in die Gasphase. Die herausgelösten Atome füllen einen Strahlbereich 7 aus, dessen Ausdehnung durch die mittlere freie Weglänge der Teilchen innerhalb der Sputteranlage bestimmt ist.

Der Drahtrohling 8 wird mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Strahlbereich 7 des Targets 5 hindurch geführt. Eine Zuführungseinrichtung 9 und eine Abführungseinrichtung 10 des Drahtrohlings, beispielsweise eine Spuleneinrichtung, befinden sich außerhalb des Strahlbereichs 7 und werden falls erforderlich durch eine Abschirmung 11 vor einem Auftreffen des Beschichtungsmaterials geschützt. Dadurch werden nur die Abschnitte des Drahtrohlings beschichtet, die sich im Strahlbereich des Targets befinden. Die gesamte Anordnung, mindestens aber die Ionenquelle, das Target und der innerhalb des Strahlbereichs gelegene Abschnitt des Drahtrohling befinden sich in einer Vakuumkammer 12.

Auf der Abführungseinrichtung 10 wird der mit einer definierten Beschichtungsdicke versehene Bonddraht gesammelt, beispielsweise aufgespult. Die Dicke der Beschichtung kann dabei in einfacher Weise über die Fördergeschwindigkeit des Drahtrohlings bzw. über die Energie- und Teilchendichte des auf das Target gerichteten Ionenstrahls, aber auch durch den Druck in der Vakuumkammer reguliert werden.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, über eine kontrollierte Zufuhr eines Prozessgases, insbesondere von Sauerstoff, zusätzlich die Dicke der auf der Beschichtung angeordneten Oxidschicht einzustellen, oder eine sonstige zusätzliche Schicht epitaktisch aufzubringen.

Ferner können zum Beschichten des Drahtrohlings weitere Varianten der Gasphasenbeschichtung, beispielsweise ein Elektronen- oder Laserstrahlverdampfen, ein Lichtbogenverdampfen oder ein Verfahren zur Molekularstrahlepitaxie angewendet werden.

In Abhängigkeit vom vorliegenden Material des Drahtbondrohlings ist es unter Umständen zweckmäßig, vor der Beschichtung auf der Oberfläche des Drahtrohlings vorhandene Oxide zu entfernen. Dabei können chemische Reduktionsprozesse angewendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Oxidschichten durch einen Sputterprozess zu entfernen.

Ein beispielhafter Wedge-Wedge-Bondvorgang mit einem derartigen Bonddraht erfolgt in der ansonsten bekannten Weise. Die Bondparameter, insbesondere der Anpressdruck des Wedges und die auf den Wedge einwirkende Intensität des Ultraschalls werden auf Werte eingestellt, die betragsmäßig kleiner als die Bondparameter für einen aus reinem Kupfer bestehenden Bonddraht sind. Im wesentlichen entsprechen die eingestellten Bondparameter denen eines aus Aluminium bestehenden Bonddrahtes, die dem Fachmann geläufig sind.

Durch die Beschichtung werden die mechanischen Spannungen beim Drahtbonden durch die Verwendung des weicheren Materials der Beschichtung reduziert. Dieser Effekt zeigt sich bei einer Aluminiumbeschichtung auf einem Kupferdrahtkern besonders deutlich. Die Reduktion der mechanischen Spannung resultiert aus den Vergleich zum Drahtbonden eines reinen Kupferdrahtes deutlich niedrigeren Werten für den Anpressdruck und die Ultraschallintensität als maßgebliche Bondparameter.

Sofern die mechanische Festigkeit des zu bondenden Kontaktbereiches, insbesondere des Pads auf der Oberfläche des Halbleiterbauteils gegenüber Steigerungen der Bondparameter hinreichend bekannt ist, können auch Bondparameter gewählt werden, die zwischen den Bondparametern für Bonddrähte aus Kupfer und Bondparametern aus Aluminium liegen. Dadurch wird für den Bondprozess ein zusätzlicher technologisch nutzbarer Spielraum geschaffen.

Sofern die Pads auf dem Halbleiterelement bzw. die Pins auf dem umgebenden Gehäuse eine Kupferbeschichtung aufweisen, schützt die Aluminiumbeschichtung auf dem Bonddraht die Oberfläche des Kupfer-Drahtkerns wirksam vor Oxidation. In Verbindung damit werden die elektrischen und thermischen Eigenschaften durch die stärkere elektrische und thermische Leitfähigkeit des Kupfer-Drahtkerns deutlich verbessert.

Bei einer in der Halbleitertechnologie üblichen Verwendung des Haftvermittlers A2 wird bei einer Verwendung des beschriebenen Bonddrahtes eine Anätzung eines Cu-NiP-Kontaktes im A2-Elektrolyten vermieden. Dadurch kann das Problem einer Aluminium-Unterätzung am Al-NiP-Kontakt aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen Aluminium und NiP-Materialien vermieden werden.

Weitere zweckmäßige bzw. vorteilhafte Änderungen können an den gezeigten Ausführungsbeispielen im Rahmen fachmännischen Handelns vorgenommen werden, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Weitere Ausführungsformen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.

1
Drahtkern
2
Metallische Beschichtung
3
Oxidschicht.
4
Haftvermittlerschicht
5
Target
6
Ionenquelle
7
Strahlbereich
8
Drahtrohling
9
Zuführungseinrichtung
10
Abführungseinrichtung
11
Abschirmung
12
Vakuumkammer


Anspruch[de]
Bonddraht zur Verwendung in einem Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterelementes, gekennzeichnet durch einen metallischen Drahtkern (1) mit höherer Härte und hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit und eine den Drahtkern umhüllende, metallische Beschichtung (2) mit niedrigerer Härte. Bonddraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkern (1) aus einem Edelmetall, insbesondere Gold, einer Goldlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung, besteht. Bonddraht nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht. Bonddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtkern (1) einen Durchmesser im Bereich von bis zu 1 mm, vorzugsweise bis zu 600 &mgr;m und die Beschichtung (2) eine Dicke im Bereich von bis zu 3 &mgr;m, vorzugsweise bis zu 600 nm, aufweist. Bonddraht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) eine oberflächliche Oxid-Schicht (3) mit einer Schichtdicke bis zu 100 nm aufweist. Herstellungsverfahren für einen Bonddraht, gekennzeichnet durch ein Beschichten eines metallischen Drahtbondrohlings höherer Härte und hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit in einem Gasphasenabscheidungs-Verfahren mit einer hochreinen metallischen Beschichtung niedrigerer Härte zum Erzeugen eines beschichteten Bonddrahtes, Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasphasenabscheidungs-Verfahren ein Sputter-Verfahren angewendet wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasphasenabscheidungs-Verfahren ein Vakuum-Aufdampfverfahren angewendet wird. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtbondrohling aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Verfahren nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Target für das Gasphasenabscheidungsverfahren Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Gasphasenabscheidungs-Verfahrens ein Reduktionsschritt einer auf dem Drahtbondrohling vorliegenden Oxidschicht ausgeführt wird. Wedge-Wedge-Ultraschall-Drahtbondverfahren, gekennzeichnet durch eine Verwendung eines Bonddrahtes mit einem metallischen Drahtkern mit höherer Härte und einer den Drahtkern umhüllenden metallischen Beschichtung mit niedrigerer Härte, wobei mindestens ein Bondparameter, insbesondere ein Anpressdruck eines Wedge auf eine Kontaktierungsstelle und/oder eine an dem Wedge anliegende Ultraschall-Intensität, im wesentlichen auf einen üblichen, insbesondere niedrigeren, Wert zum Bonden eines vollständig aus dem Material der metallischen Beschichtung bestehenden Bonddrahtes eingestellt ist. Wedge-Wedge-Drahtbondverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck des Wedge im wesentlichen dem üblichen Anpressdruck und/oder der Ultraschallintensität für einen Bonddraht aus Aluminium oder der Aluminium-Legierung entspricht.






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