DE-102013113451-B4 - Eingehäuste vertikale Leistungsvorrichtung, die eine Druckbelastung aufweist, und Verfahren zur Herstellung einer eingehäusten vertikalen Leistungsvorrichtung

Abstract

Zusammengesetzte Vorrichtung (200), die Folgendes aufweist: einen Träger (260); eine auf dem Träger (260) ausgebildete Verbindungsschicht (250), wobei die Verbindungsschicht (250) eine erste Dicke aufweist; und einen auf der Verbindungsschicht (250) ausgebildeten Chip (210), wobei der Chip (210) eine zweite Dicke aufweist, wobei die zweite Dicke geringer ist als die erste Dicke; und wobei der Chip (210) über die gesamte zweite Dicke eine Druckbelastung aufweist.

Inventors

• Ralf Otremba

Assignees

• INFINEON TECHNOLOGIES AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20131204

Priority Date

20121204

Claims (20)

1. Zusammengesetzte Vorrichtung (200), die Folgendes aufweist: einen Träger (260); eine auf dem Träger (260) ausgebildete Verbindungsschicht (250), wobei die Verbindungsschicht (250) eine erste Dicke aufweist; und einen auf der Verbindungsschicht (250) ausgebildeten Chip (210), wobei der Chip (210) eine zweite Dicke aufweist, wobei die zweite Dicke geringer ist als die erste Dicke; und wobei der Chip (210) über die gesamte zweite Dicke eine Druckbelastung aufweist.
2. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach Anspruch 1 , wobei die zweite Dicke 40 µm oder weniger beträgt und wobei die erste Dicke 40 µm oder mehr beträgt.
3. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach Anspruch 2 , wobei die Verbindungsschicht (250) eine leitfähige Klebepaste aufweist.
4. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach Anspruch 2 , wobei die Verbindungsschicht (250) eine leitfähige Klebefolie aufweist.
5. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach Anspruch 2 , wobei die Verbindungsschicht (250) ein Weichlot aufweist.
6. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach Anspruch 1 , wobei die zweite Dicke 5 µm oder weniger beträgt und wobei die erste Dicke 5 µm oder mehr beträgt.
7. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach Anspruch 6 , wobei die Verbindungsschicht (250) eine Diffusionslotschicht aufweist.
8. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei die Verbindungsschicht (250) eine Rückseitenmetallisierungsschicht ist.
9. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei der Chip (210) eine vertikale Leistungshalbleitervorrichtung ist.
10. Zusammengesetzte Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei der Chip (210) Siliziumcarbid aufweist.
11. Eingehäustes Leistungsbauteil (200), das Folgendes aufweist: einen Anschlussrahmen; eine auf einem Träger (260) ausgebildete Verbindungsschicht (250); einen auf der Verbindungsschicht (250) ausgebildeten vertikalen Leistungshalbleiterchip (210), welcher eine Dicke aufweist, wobei der vertikale Leistungshalbleiterchip (210) über seine gesamte Dicke eine Druckbelastung aufweist; Zwischenverbindungen (270, 272), die Chipkontaktstellen mit Leitungen des Anschlussrahmens verbinden; und eine Kapselung (280), die den vertikalen Leistungshalbleiterchip (210) verkapselt.
12. Eingehäustes Leistungsbauteil (200) nach Anspruch 11 , wobei die Druckbelastung 100 MPa oder mehr beträgt.
13. Eingehäustes Leistungsbauteil (200) nach Anspruch 11 oder 12 , wobei der vertikale Leistungshalbleiterchip (210) 40 µm oder weniger aufweist.
14. Eingehäustes Leistungsbauteil (200) nach Anspruch 13 , wobei die Verbindungsschicht (250) eine Weichlotschicht, eine leitfähige Klebefolie oder eine leitfähige Klebepaste aufweist und wobei die Verbindungsschicht (250) eine Dicke von 40 µm oder mehr aufweist.
15. Eingehäustes Leistungsbauteil (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 , wobei der vertikale Leistungshalbleiterchip (210) 10 µm oder weniger aufweist.
16. Eingehäustes Leistungsbauteil (200) nach Anspruch 15 , wobei die Verbindungsschicht (250) eine Diffusionslotschicht aufweist und wobei die Diffusionslotschicht eine Dicke von 10 µm oder weniger aufweist.
17. Eingehäustes Leistungsbauteil (200) nach einem der Ansprüche 11 bis 16 , wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Anschlussrahmens mehr als 15 ppm/K beträgt und wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Substrats (220) des Leistungshalbleiterchips (210) zwischen 2 ppm/K und 7 ppm/K liegt.
18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (210), wobei das Verfahren Folgendes aufweist: das Platzieren einer vertikalen Halbleitervorrichtung (210) mit einer unteren Hauptfläche auf einem Anschlussrahmen; und das Verbinden der Halbleitervorrichtung (210) mit dem Anschlussrahmen durch eine Verbindungsschicht (250), wodurch eine Druckbelastung auf einer gesamten Dicke der Halbleitervorrichtung ausgebildet wird, wobei die Verbindungsschicht (250) dicker ist als die Halbleitervorrichtung (210).
19. Verfahren nach Anspruch 18 , das ferner das Dünnen der Halbleitervorrichtung (210) vor dem Platzieren der Halbleitervorrichtung (210) auf dem Anschlussrahmen aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19 , wobei die vertikale Halbleitervorrichtung (210) eine vertikale Leistungshalbleitervorrichtung (210) ist, die eine Dicke von 40 µm oder weniger aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Verkapselung von Halbleiterchips und insbesondere die Verkapselung von vertikalen Leistungshalbleiterleistungschips. Verkapselung und Montage stellen die letzte Phase der Herstellung eines einzelnen oder mehrerer Chips dar. Verkapselung und Montage stellen mechanische und elektrische Verbindungen zwischen einem Chip und einem Chipträger sowie eine Schutzhülle gegen mechanische, chemische oder durch Strahlen induzierte Schäden bereit. Durch thermomechanische Belastung induzierte Defekte, wie z.B. Ablösung einer Schicht, Bildung von Rissen oder Lösung von Lötnähten, führen üblicherweise zu möglichen Verlässlichkeitsproblemen bezüglich der Lebensdauer eines Bauteils. DE 10 2012 102 124 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung, die einen vertikalen Leistungshalbleiterchip mit einer Halbleiterschicht aufweist. Ein erster Anschluss befindet sich an einer ersten Seite der Halbleiterschicht und ein zweiter Anschluss befindet sich an einer zweiten Seite der Halbleiterschicht, wobei die zweite Seite entlang einer ersten Richtung gegenüber der ersten Seite liegt. Eine Driftzone befindet sich innerhalb der Halbleiterschicht zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss. Die Driftzone weist in einem mittleren Teil eine kompressive Verspannung von wenigstens 100 MPa entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung auf. Der mittlere Teil verläuft von 40 % bis 60 % einer gesamten Erstreckung der Driftzone entlang der ersten Richtung als auch in eine Tiefe der Halbleiterschicht von wenigstens 10 µm in Bezug auf die erste Seite und/oder die zweite Seite der Halbleiterschicht. Es werden eine zusammengesetzte Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein eingehäustes Leistungsbauteil gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 18 bereitgestellt. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine zusammengebaute Vorrichtung einen Träger auf, eine auf dem Träger angeordnete Verbindungsschicht, wobei die Verbindungsschicht eine erste Höhe und einen auf der Verbindungsschicht ausgebildeten Chip aufweist, wobei der Chip eine zweite Höhe aufweist, wobei die zweite Höhe kleiner ist als die erste Höhe. In einer Ausgestaltung kann die zweite Höhe 40 µm oder weniger betragen und die erste Höhe kann 40 µm oder mehr betragen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht eine leitfähige Klebepaste aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht eine leitfähige Klebefolie aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht ein Weichlot aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Höhe 5 µm oder weniger beträgt und wobei die erste Höhe 5 µm oder mehr betragen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht eine Diffusionslotschicht aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht eine Rückseitenmetallisierungsschicht (BSM) sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Chip eine vertikale Leistungshalbleitervorrichtung sein, die eine Druckbeanspruchung aufweist. In noch einer Ausgestaltung kann der Chip Siliziumcarbid (SiC) aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine eingehäuste Leistungsvorrichtung einen Anschlussrahmen auf, eine auf einem Träger angeordnete Verbindungsschicht und einen auf der Verbindungsschicht angeordneten vertikalen Leistungshalbleiterchip, wobei der vertikale Leistungshalbleiterchip eine Druckbeanspruchung über seine gesamte Höhe aufweist. Die eingehäuste Leistungsvorrichtung weist ferner Zwischenverbindungen, die Chipkontaktstellen mit Leitungen des Anschlussrahmens verbinden, und eine Kapselung, die den vertikalen Leistungshalbleiterchip verkapselt. In einer Ausgestaltung kann die Druckbeanspruchung 100 MPa oder mehr betragen. In noch einer Ausgestaltung kann der vertikale Leistungshalbleiterchip 40 µm oder weniger aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht eine Weichlotschicht, eine leitfähige Klebefolie oder eine leitfähige Klebepaste aufweisen und die Verbindungsschicht kann eine Höhe von 40 µm oder mehr aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann der vertikale Leistungshalbleiterchip 10 µm oder weniger aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Verbindungsschicht eine Diffusionslotschicht aufweisen und die Diffusionslotschicht kann eine Höhe von 10 µm oder weniger aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann ein Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) des Anschlussrahmens mehr als 15 ppm/K betragen und ein WAK eines Substrats des Leistungshalbleiterchips kann zwischen 2 ppm/K und 7 ppm/K liegen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung auf das Platzieren einer vertikalen Halbleitervorrichtung mit einer unteren Hauptfläche auf einem Anschlussrahmen und das Verbinden der Halbleitervorrichtung mit dem Anschlussrahmen durch eine Verbindungsschicht, wod