DE10349477A1 - Semiconductor component especially for low voltage power components has chip with contact bumps surrounded by conductive adhesive and electrodes shorted to a metal contact layer - Google Patents

Semiconductor component especially for low voltage power components has chip with contact bumps surrounded by conductive adhesive and electrodes shorted to a metal contact layer Download PDF

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DE10349477A1
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DE
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semiconductor
chip
contact
area
bumps
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German (de)
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Klaus Schiess
Joachim Mahler
Robert Bergmann
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Infineon Technologies AG
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Publication date
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Abstract

A semiconductor component comprises housing (2) and chip (3) with a large surface contact between contact metal (5) on the chip and external contacts (6). Many small chip electrodes (7) are shorted to the contact metal and a transition layer (9) has contact bumps (11) surrounded by electrically conductive adhesive (12) on the contact metal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil mit einem Gehäuse und mit einem Halbleiterchip, der einen großflächigen, elektrischen Übergang von einer Kontaktmetallisierungsfläche auf dem Halbleiterchip zu Außenkontakten außerhalb des Gehäuses aufweist.The The invention relates to a semiconductor device with a housing and with a semiconductor chip, which has a large area, electrical transition from a contact metallization area on the semiconductor chip external contacts outside of the housing having.

Unter einem großflächigen, elektrischen Übergang wird in diesem Zusammenhang ein Übergang von einer großflächigen Kontaktmetallisierungsfläche zu entsprechenden Außenkontakten verstanden, wobei sich die Großflächigkeit darauf bezieht, dass viele kleinflächige Elektroden von Halbleiterelementen eines Halbleiterchips durch den großflächigen elektrischen Übergang bzw. die großflächige Kontaktmetallisierungsfläche kurzgeschlossen werden. Die Vielzahl der kleinflächigen Elektroden kann dabei mehrere tausend betragen, wobei die Kleinflächigkeit im Bereich von mehreren μm2 liegen kann.In this context, a large-area, electrical transition is understood to be a transition from a large-area contact metallization surface to corresponding external contacts, where the large area refers to the fact that many small-area electrodes of semiconductor elements of a semiconductor chip are short-circuited by the large-area electrical junction or the large-area contact metallization surface. The plurality of small-area electrodes can amount to several thousand, wherein the small area can be in the range of several microns 2 .

Ein derartiges Bauteil ist aus der Druckschrift US 6,040,626 bekannt, wobei der großflächige Übergang mit Hilfe eines leitfähigen Epoxydharzklebers erreicht wird, auf dem eine Metallelektrode mit einer Abwinkelung zu Außenkontakten aufgeklebt ist. Ein derartig leitfähiger Epoxydharzkleber hat als Übergang den Nachteil einer verminderten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit, so dass sich ein erhöhter, thermischer und elektrischer Widerstand ergibt. Andererseits ist ein Anbringen einer Vielzahl parallel geschalteter Bonddrähte auf der Kontaktmetallisierungsfläche anstelle eines elektrisch leitenden Klebstoffs und einer großflächigen Metall elektrode mit hohen Fertigungskosten verbunden. Aufgrund der Feinheit der Bonddrähte wird darüber hinaus der thermische Widerstand vergrößert.Such a component is from the document US 6,040,626 known, wherein the large-area junction is achieved by means of a conductive Epoxydharzklebers, on which a metal electrode is bonded with an angling to external contacts. Such a conductive Epoxydharzkleber has as a transition the disadvantage of reduced thermal and electrical conductivity, so that there is an increased thermal and electrical resistance. On the other hand, attaching a plurality of parallel-connected bonding wires on the contact metallization surface instead of an electrically conductive adhesive and a large-area metal electrode is associated with high manufacturing costs. Due to the fineness of the bonding wires, the thermal resistance is also increased.

Ein hoher elektrischer Übergangswiderstand im Bereich des Übergangs von dem Halbleiterchip zu den Außenkontakten ist insbesondere bei Niedervolt-Leistungsbauteilen mit einer Ladungskompensationsstruktur nachteilig, da die Ladungskompensationsstruktur des Halbleiterchips einen geringeren Anteil am Gesamtdurchlasswiderstand aufweist, als die elektrische innere Verdrahtung des Halbleiterbauteils. Der Gesamtwiderstand bestimmt seinerseits die Verlustwärme eines Niedervolt-Leistungsbauteils im durchgeschalteten Zustand. Somit kommt es darauf an, den Übergangswiderstand vom Halbleiterchip zu den Außenkontakten so gering wie möglich zu halten, um damit die Verlustwärmeentwicklung zu vermindern.One high electrical contact resistance in the Area of transition from the semiconductor chip to the external contacts is in particular for low-voltage power components with a charge compensation structure disadvantageous because the charge compensation structure of the semiconductor chip a lower proportion of Gesamtdurchlasswiderstand, than the electrical internal wiring of the semiconductor device. The total resistance in turn determines the heat loss of a low-voltage power component in the switched state. Thus, it depends on the contact resistance from the semiconductor chip to the external contacts as low as possible to keep up the heat loss to diminish.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Gesamtdurchlasswiderstand eines Halbleiterbauteils zu verringern, und die Verlustwärme im durchgeschalteten Zustand zu minimieren.task the invention is the Gesamtdurchlasswiderstand a semiconductor device reduce, and the heat loss to minimize in the through-connected state.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Is solved this object with the subject of the independent claims. Advantageous developments result from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit einem Gehäuse und einem Halbleiterchip geschaffen. Der Halbleiterchip weist auf seiner Oberseite einen großflächigen, elektrischen Übergang von einer Kontaktmetallisierungsfläche auf dem Halbleiterchip zu Außenkontakten außerhalb des Gehäuses auf. Der Halbleiterchip weist auf seiner aktiven Oberseite eine Vielzahl von kleinflächigen Elektroden auf, wobei die Vielzahl der Elektroden über die Kontaktmetallisierungsfläche elekt risch kurzgeschlossen sind. Die Kontaktmetallisierungsfläche steht über eine Übergangsschicht mit mindestens einem der Außenkontakte elektrisch in Verbindung. Die Übergangsschicht weist auf der Kontaktmetallisierungsfläche verteilt angeordnete flache Kontakthöcker auf, welche von einem athäsiven elektrisch leitenden Material umgeben sind, welches den Rest der Kontaktmetallisierungsfläche abdeckt und die Kontakthöcker einhüllt.According to the invention is a Semiconductor component with a housing and a semiconductor chip created. The semiconductor chip has its top a large area, electrical transition from a contact metallization area on the semiconductor chip to external contacts outside of the housing. The semiconductor chip has a multiplicity on its active upper side of small area Electrodes, wherein the plurality of electrodes on the Kontaktmetallisierungsfläche are electrically short-circuited. The contact metallization surface is above a transition layer with at least one of the external contacts electrically connected. The transitional layer has distributed on the contact metallization flat arranged bumps on which of an athäsiven electrically conductive material are surrounded, which the rest of the Kontaktmetallisierungsfläche covers and wraps the contact bumps.

Eine derartige Übergangsschicht hat gegenüber einer leitenden Klebstoffschicht den Vorteil, dass die auf der Kontaktmetallisierungsfläche verteilten Kontakthöcker aus einem Metall hergestellt sind, das einen geringeren Widerstand als das elektrisch leitende adhäsive Material, in das die Kontakthöcker eingehüllt sind, aufweist. Auch der thermische Widerstand ist gegenüber einem elektrisch leitenden Klebstoff vermindert, da ein überwiegender Teil der Kontaktmetallisierungsfläche von den metallischen Kontakthöckern eingenommen wird. Durch Anordnung der Kontakthöcker in einer dichten Matrix auf der Kontaktmetallisierungsfläche, kann der Durchgangswiderstand der Übergangsschicht erheblich verringert werden, so dass der gesamte Durchlasswiderstand für ein Halbleiterbauteil im durchgeschalteten Zustand eine verminderte Verlustwärme entwickelt.A such transition layer has opposite a conductive adhesive layer has the advantage that the distributed on the Kontaktmetallisierungsfläche bumps made of a metal that has a lower resistance as the electrically conductive adhesive Material in which the contact bumps are shrouded, having. Also the thermal resistance is opposite to one electrically conductive adhesive decreases as a predominant Part of the Kontaktmetallisierungsfläche occupied by the metallic bumps becomes. By arranging the contact bumps in a dense matrix on the contact metallization surface, For example, the volume resistivity of the transition layer can be significantly reduced so that the total on resistance for a semiconductor device developed a reduced heat loss in the switched state.

Darüber hinaus kann über die verbesserte thermische Leitfähigkeit Verlustwärme günstiger an die Außenkontakte abgeführt werden. Schließlich tragen die Kontakthöcker dazu bei, die Montage einer großflächigen Metallelektrode, welche über einen Flachleiterabschnitt die Übergangsschicht mit den Außenkontakten verbindet, zu stabilisieren und thermische Spannungen beim Betrieb des Halbleiterbauteils abzubauen.Furthermore can over the improved thermal conductivity heat loss better to the external contacts dissipated become. After all wear the contact bumps helping to install a large-area metal electrode, which over a flat conductor section the transition layer with the external contacts connects, stabilize and thermal stresses during operation to dissipate the semiconductor device.

Vorzugsweise ist auf der Übergangsschicht mit Kontakthöckern und adhäsivem Material eine Metallelektrode angeordnet. Die Metallelektrode ist über einen Flachleiterabschnitt innerhalb des Gehäuses mit dem Außenkontakt außerhalb des Gehäuses verbunden, wobei Metallelektrode und Flachleiterabschnitt einen Clip bilden. Ein derartiger Clip kann dadurch erreicht werden, dass die Metallelektrodenplatte auf einer Randseite abgewinkelt ist und mit ihrer abgewinkelten Fläche innerhalb des Gehäuses mit Außenkontakten elektrisch verbunden ist.Preferably is on the transition layer with bumps and adhesive Material arranged a metal electrode. The metal electrode is over one Flat conductor section within the housing with the external contact outside of the housing connected, wherein metal electrode and flat conductor section a Make a clip. Such a clip can be achieved in that the metal electrode plate is angled on one edge side and with its angled surface inside the case with external contacts electrically connected.

Der Clip kann im Bereich der Metallelektrode eine großflächige Lotschicht aufweisen. Diese Lotschicht ist so ausgerichtet, dass sie mit den Kontakthöckern verlötet ist. Eine derartige Lotschicht hat den Vorteil, dass der Clip, sowohl auf den Kontakthöckern der Übergangsschicht, als auch auf den inneren Abschnitten von Flachleitern eines Flachleiterrahmens aufgelötet werden kann. Gleichzeitig mit dem Verlöten entsteht eine innige Verbindung mit dem adhäsivem, elektrisch leitenden Material, das die Kontakthöcker umschließt. Somit ist es möglich, einen geringeren Übergangswiderstand bei verbesserter elektrischer Leitfähigkeit vom Halbleiterchip zu den Außenkontakten zu schaffen, womit gleichzeitig die Verlustleistung vermindert wird und zusätzlich eine verbesserte Abführung der Verlustwärme erreicht wird.Of the Clip can in the region of the metal electrode a large-scale solder layer exhibit. This layer of solder is aligned so that they match the bumps soldered is. Such a solder layer has the advantage that the clip, both on the bumps of the transitional layer, as well as soldered on the inner portions of flat conductors of a lead frame can. Simultaneously with the soldering creates an intimate connection with the adhesive, electrically conductive Material that the contact bumps encloses. Thus, it is possible a lower contact resistance with improved electrical conductivity of the semiconductor chip to the external contacts to create, which at the same time the power loss is reduced and additionally an improved exhaustion the heat loss is reached.

Aufgrund der Adhäsivität des elektrisch leitenden Materials, das die Kontakthöcker umgibt, ist es auch möglich, dass der Clip in den Bereich der Metallelektrode über das adhäsive Material der großflächigen Übergangsschicht mit der Kontaktmetallisierungsfläche auf dem Halbleiterchip verklebt ist. Auch mit dieser Variante wird sowohl die thermische Leitfähigkeit, als auch die elektrische Leitfähigkeit der Übergangsschicht vergrößert, womit der Gesamtdurchlasswiderstand eines Halbleiterbauteils vermindert wird.by virtue of the adhesiveness of the electric conductive material surrounding the bumps, it is also possible that the clip in the region of the metal electrode on the adhesive material of the large-area transition layer with the contact metallization area is glued to the semiconductor chip. Also with this variant becomes both the thermal conductivity, as well as the electrical conductivity the transition layer increases, with reduces the Gesamtdurchlasswiderstand a semiconductor device becomes.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kontaktmetallisierungsfläche einer Aluminiumlegierung mit den Legierungskomponenten Silicium und/oder Kupfer aufweist. Dabei liegt der Siliciumanteil zwischen 2 und 5 % und der Kupferanteil zwischen 1 % und 10 %. Eine derartige Aluminiumlegierung hat den Vorteil, dass bereits die Kontaktmetallisierungsfläche eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und darüber hinaus wird die Oxidationsneigung des Aluminiums durch die Siliciumlegierungskomponente vermindert und die Volumenleitfähigkeit der Aluminiumlegierung durch die Kupferkomponente verbessert. Darüber hinaus ist diese Aluminiumlegierung geeignet, mit Kontakthöckern aus Gold oder einer Goldlegierung ein niedrig schmelzendes Eutektikum einzugehen, was eutektisches Auflöten der Kontakthöcker auf die Aluminiumlegierungen enthaltende Kontaktmetallisierungsfläche ermöglicht.In a further embodiment The invention provides that the contact metallization of a Aluminum alloy with the alloying components silicon and / or Copper has. The silicon content is between 2 and 5% and the copper content between 1% and 10%. Such an aluminum alloy has the advantage that already the contact metallization a high electrical conductivity and above In addition, the tendency of the aluminum to oxidize becomes due to the silicon alloy component diminished and the volume conductivity the aluminum alloy is improved by the copper component. Furthermore This aluminum alloy is suitable with contact bumps Gold or a gold alloy, a low-melting eutectic what to do eutectic soldering the contact bumps on allowing the aluminum alloy containing Kontaktmetallisierungsfläche.

Zu dem Gesamtdurchgangswiderstand trägt auch der Rückseitenkontakt des Halbleiterchips bei. Zur Verminderung des Rückseitenwiderstands kann der Halbleiterchip auf eine metallische Chipinsel eines Flachleiters eutektisch gelötet sein, oder mit einer entsprechend elektrisch leitenden Klebstoffschicht auf der Chipinsel eines Flachleiters aufgeklebt werden.To the total contact resistance also contributes to the rear contact of the semiconductor chip at. To reduce the backside resistance of the Semiconductor chip on a metallic chip island of a flat conductor soldered eutectically be, or with a corresponding electrically conductive adhesive layer glued on the chip island of a flat conductor.

Das adhäsive Material der Übergangsschicht kann ein isotopleitender Stoff sein, der den Vorteil hat, dass beim Einhüllen der Kontakthöcker keine bevorzugten Richtungen für eine erhöhte Leitfähigkeit entstehen, vielmehr kann der isotoplei tende Klebstoff in sämtliche Ecken und Winkel eindringen und dort eine leitfähige Verbindung herstellen.The adhesive Material of the transition layer can is an isotope conducting substance, which has the advantage that when wrapping the bumps no preferred directions for an increased Conductivity arise, Rather, the isotoplei tend adhesive can penetrate into all corners and angles and there a conductive one Establish connection.

Weiterhin kann das adhäsive, elektrisch leitende Material einen Polymerkunststoff mit einem Metallpartikel-Füllstoffgrad zwischen 80 und 98 Gew.% aufweisen. Durch den hohen Füllstoffgrad wird gewährleistet, dass das adhäsive Material beim Zusammenbau des Halbleiterbauteils eine hohe elektrische Leitfähigkeit entwickelt. Aus verfahrenstechnischen Gründen ist ein Füllstoffgrad von 90 bis 95 Gew.% bevorzugt. Für eine hohe Leitfähigkeit wird ein Füllstoffgrad zwischen 95 und 98 Gew.% bevorzugt.Farther can the adhesive, electrically conductive material is a polymer plastic having a metal particle filler degree between 80 and 98% by weight. Due to the high degree of filler is guaranteed that the adhesive Material during assembly of the semiconductor device, a high electrical conductivity developed. For procedural reasons, a degree of filler from 90 to 95% by weight is preferred. For a high conductivity becomes a filler degree between 95 and 98% by weight is preferred.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Metallpartikel des athesiven Materials Nanopartikel sind, die einen mittleren Partikeldurchmesser von einigen 10 μm aufweisen. Dieses Material hat den Vorteil, dass eine hochdichte Packung mit einem Füllstoffgrad von bis zu 98 Gew.% erreicht werden kann, wenn es mit Metallpartikeln im μm-Bereich gemischt wird. Bei einem hohen Anteil an Nanopartikeln kann sich das adhäsive Material an jede beliebige Kontur der Kontakthöcker anpassen.Farther It is envisaged that the metal particles of the athesive material Nanoparticles are that have a mean particle diameter of some 10 microns. This material has the advantage of having a high density packing a filler degree of up to 98 wt.% can be achieved when using metal particles in the μm range is mixed. At a high proportion of nanoparticles may be the adhesive Adjust material to any contour of bumps.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Kontakthöcker gebondete Thermokompressionsköpfe mit Gold oder einer Goldlegierung aufweisen. Derartige Thermokompressionsköpfe haben den Vorteil, dass sie in schneller Folge auf der Kontaktmetallisierungsfläche gebondet werden können und eine zuverlässige Verbindung mit dem Material der Kontaktmetallisierungsfläche beim Bonden durch Bilden eutektischer Legierungen eingehen.Farther it is envisaged that the contact bumps bonded thermocompression heads with Gold or a gold alloy. Such thermocompression heads have the advantage that they are bonded in rapid succession on the Kontaktmetallisierungsfläche can be and a reliable one Compound with the material of the contact metallization surface in Bonding by forming eutectic alloys.

Vorzugsweise ist das Halbleiterbauteil ein Niedervolt-Leistungsverstärker und/oder ein Leistungsschalter. Die Vielzahl von kleinflächigen Elektroden sind in diesem Fall Sour ceelektroden von Zellenfeldern, wobei jede der Zelle einen vertikalen MOS-Transistor darstellt. Diese kleinflächigen Sourceelektroden von wenigen μm2-Größe sind mittels der großflächigen Kontaktmetallisierungsfläche, sowie durch die Übergangsschicht und durch die Metallelektrode zu einer großflächigen, gemeinsamen Sourceelektrode kurzgeschlossen. Über vergrabene Leiterbahnen werden auch die an der aktiven Oberseite des Halbleiterchips angeordneten Gateanschlüsse der MOS-Leistungstransistoren zu einem gemeinsamen Gatekontakt zusammengefasst, der jedoch in einer Kontaktfläche auf dem Halbleiterchip endet, die nur einige 10 μm Seitenlänge aufweist. Da über den Gatekontakt keine Leistung transportiert wird, reicht eine Bondverbindung mit einem Bonddraht aus, um die gemeinsame Gateelektrode für die Vielzahl von Gatestrukturen auf dem Halbleiterchip zu versorgen.Preferably, the semiconductor device is a low-voltage power amplifier and / or a power switch. The plurality of small-area electrodes in this case are source electrodes of cell arrays, each cell constituting a vertical MOS transistor. These small-area source electrodes of a few microns 2 size are by means of the large-area Kontaktmetallisierungsfläche, as well as through the transition layer and through the metal electrode to a large area, common Source electrode shorted. Via buried interconnects, the gate terminals of the MOS power transistors arranged on the active upper side of the semiconductor chip are combined to form a common gate contact, which, however, terminates in a contact area on the semiconductor chip, which has only a few 10 μm side length. Since no power is transported via the gate contact, a bonding connection with a bonding wire is sufficient to supply the common gate electrode for the plurality of gate structures on the semiconductor chip.

Über den großflächigen Kontakt, den die Rückseite des Halbleiterchips mit der Chipinsel bildet, wird der Drainanschluß bzw. die Drainelektrode eines derartigen vertikalen MOS-Leistungstransistors verwirklicht. Innerhalb des Halbleitermaterials bilden die Zellen der Zellenfelder eine Ladungskompensationsstruktur, wobei aufgrund des Niedervoltbereichs die Dicke des Halbleiterchips und damit auch die Dicke der Ladungskompensationsstruktur nur wenige 10 μm beträgt. Der Durchlasswiderstand eines derart dünnen und hochdotierten Halbleiterchips ist im Verhältnis zu dem Elektrodenaufbau auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips gering, so dass der Durchlasswiderstand großenteils von dem Elektrodenaufbau insbesondere von dem Sourceelektrodenaufbau, bestimmt wird.On the large-scale contact, the back forms the semiconductor chip with the chip island, the drain terminal or the Drain electrode of such a vertical power MOS transistor realized. Within of the semiconductor material, the cells of the cell fields form one Charge compensation structure, due to the low-voltage range the thickness of the semiconductor chip and thus also the thickness of the charge compensation structure only a few 10 μm is. The on-resistance of such a thin and heavily doped semiconductor chip is in proportion to the electrode structure on the active top side of the semiconductor chip low, so that the on-resistance is largely due to the electrode structure in particular of the source electrode structure.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch noch auf dem Halbleiterwafer in den Halbleiterchippositionen Thermokompressionsköpfe als Kontakthöcker aufgebracht. Dabei werden diese Kontakthöcker in einer Matrix auf den Kontaktmetallisierungsflächen der Halbleiterchippositionen gebondet. Dieses Verfahren hat gegenüber dem Bonden auf der jeweiligen Chipoberfläche den Vorteil, dass für die Fertigstellung des Wafers mit Thermokompressionskontakten eine geringere Produktionszeit erforderlich ist, als für das Einspannen jedes einzelnen Halbleiterchips in eine Bondmaschine, um dann die Bondvorgänge zur Herstellung der Thermokompressionsköpfe als Kontakthöcker zu realisieren.In a preferred embodiment However, the invention are still on the semiconductor wafer in the Semiconductor chip positions Thermocompression heads applied as contact bumps. These contact bumps in a matrix on the contact metallization areas of the semiconductor chip locations bonded. This procedure has opposite to the bonding on the respective chip surface the advantage of that for the completion of the wafer with thermocompression contacts one lower production time is required than for clamping each individual semiconductor chips in a bonding machine, then the bonding operations to Production of thermocompression heads to realize as a contact bump.

Ein weiterer Schritt zur Vollendung einer Umverdrahtungsschicht auf einer Kontaktmetallisierungsfläche eines Halbleiterchips besteht darin, dass in jeder der Halbleiterchipposition des Halbleiterwafers ein adhäsives, elektrisch leitendes Material unter Umhüllen der Thermokompressionsköpfe auf die Kontaktmetallisierungsflächen aufgebracht wird. Dieses kann auf dem Wafer gleichzeitig für mehrere Halbleiterchips vorgenommen werden, beispielsweise durch Drucktechnik, wie Sieb drucktechnik oder Schablonendrucktechnik. Aufgrund dieser Gleichzeitigkeit kann wiederum der Fertigungsprozess verbilligt werden.One another step to complete a redistribution layer a contact metallization surface of a semiconductor chip is that in each of the semiconductor chip position of the semiconductor wafer an adhesive, electrically conductive material while enclosing the thermocompression heads the contact metallization areas is applied. This can be on the wafer simultaneously for several semiconductor chips be made, for example by printing technology, such as screen printing technology or stencil printing technique. Because of this simultaneity can in turn, the manufacturing process will be cheapened.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit einem Gehäuse und mit einem Halbleiter, der einen großflächigen elektrischen Übergang von einer Kontaktmetallisierungsfläche auf dem Halbleiterchip zu Außenkontakten außerhalb des Gehäuses aufweist, erfordert vorzugsweise die nachfolgenden Verfahrensschritte.One Method for producing a semiconductor device with a housing and with a semiconductor that has a large-area electrical transition from a contact metallization surface on the semiconductor chip to external contacts outside of the housing preferably requires the following process steps.

Zunächst wird ein Flachleiterrahmen mit Halbleiterbauteilpositionen hergestellt, wobei die Halbleiterbauteilpositionen Chipinseln, Flachleiteraußenkontakte und mindestens eine Clipanschlussfläche bereitstellen. Parallel zur Herstellung des Flachleiters können Halbleiterchips hergestellt werden, wobei die Halbleiterchips eine Kontaktmetallisierungsfläche unter Kurzschließen einer Vielzahl von kleinflächigen Elektroden bereitstellen. Anschließend wird eine Matrix von Kontakthöckern durch Aufbonden einer Matrix von Thermokompressionsköpfen auf den Kontaktmetallisierungsflächen der Halbleiterchips hergestellt, sofern nicht die Halbleiterchips durch ein Trennen eines geeignet ausgebildeten Wafers bereits eine derartige Matrix von Kontakthöckern aufweisen.First, will a leadframe with semiconductor device positions produced, wherein the semiconductor device positions are chip islands, flat conductor outer contacts and provide at least one clip pad. Parallel For producing the flat conductor, semiconductor chips can be produced be, wherein the semiconductor chips under a Kontaktmetallisierungsfläche short a variety of small area Provide electrodes. Subsequently, a matrix of bumps through Bonding a matrix of thermo-compression heads to the contact metallization surfaces of the Semiconductor chips produced, unless the semiconductor chips through separating a suitably formed wafer already such Have matrix of bumps.

Anschließend wird selektiv adhäsives, elektrisch leitendes Material unter Umhüllen der Thermokompressionsköpfe auf die Halbleiterchips aufgebracht. Auch hier gilt, wenn diese Umhüllung bereits auf einem Halbleiterwafer zur Verfügung gestellt wird, dann weist der fertige Halbleiterchip bereits die Übergangsschicht aus Kontakthöckern und adhäsiv elektrisch leitendem Material auf.Subsequently, will selectively adhesive, electrically conductive material while enclosing the thermocompression heads the semiconductor chips applied. Again, if this wrapping is already on a semiconductor wafer available is set, then the finished semiconductor chip already has the transition layer from bumps and electrically adhesive conductive material.

Die so präparierten Halbleiterchips werden dann in den Halbleiterbauteilpositionen auf Chipinseln des Flachleiterrahmens aufgebracht. Als nächstes werden die Clips auf die Übergangsschicht des Halbleiterchips aufgesetzt und die Clipanschlussfläche des Flachleiterrahmens mit einer abgewinkelten Fahne eines Clips verbunden. Danach wird das Gehäuse in der jeweiligen Halbleiterbauteilposition angebracht. Schließlich kann der Flachleiterrahmen zu Halbleiterbauteilen aufgetrennt werden.The so prepared Semiconductor chips are then deposited in the semiconductor device locations Chip islands of the leadframe applied. Next will be the clips on the transition layer of the semiconductor chip and the clip terminal surface of the Flat conductor frame connected to an angled flag of a clip. After that, the case becomes mounted in the respective semiconductor device position. Finally, can the leadframe be separated into semiconductor components.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass soweit wie möglich zunächst alle Schritte der Metallisierung und Kontaktierung der Halbleiterchips auf einem Waferlevel durchgeführt werden.This Method has the advantage that, as far as possible, first all steps of the metallization and contacting the semiconductor chips are performed on a wafer level.

Darüber hinaus hat das Verfahren den Vorteil, dass eine geschlossene, elektrisch leitende Übergangsschicht geschaffen wird, die den Gesamtdurchlasswiderstand des Halbleiterbauteils reduziert und somit die Verlustwärme minimiert.Furthermore the process has the advantage of being a closed, electric conductive transition layer is created, which the Gesamtdurchlasswiderstand of the semiconductor device reduces and thus the heat loss minimized.

Die Kontaktmetallisierungsfläche, welche kleinflächigen Elektroden miteinander zu einer gemeinsamen großflächigen Elektrode verbindet, kann mittels Sputtertechnik, Aufdampftechnik, oder durch Abscheiden aus der Gasphase oder mittels Drucktechnik aufgebracht werden. Diese Techniken haben den Vorteil, dass sie bereits auf dem Waferlevel anwendbar sind. Soweit es die Sputtertechnik, die Aufdampftechnik und die Abscheidung aus der Gasphase betrifft, werden die entstehenden Metallbeschichtungen nach dem Aufbringen der Metallisierung zu Kontaktmetallisierungsflächen strukturiert. Bei Drucktechniken, zu denen Siebdrucktechnik und Schablonendrucktechnik gehört, wird von vornherein eine strukturierte Metallisierung zur Verfügung gestellt.The Kontaktmetallisierungsfläche, which connects small-area electrodes together to form a common large-area electrode can by means of sputtering, vapor deposition, or by Deposition from the gas phase or be applied by printing. These techniques have the advantage that they are already applicable at the wafer level. As far as the sputtering technique, the vapor deposition technique and the deposition from the gas phase is concerned, the resulting metal coatings are patterned after the application of the metallization to Kontaktmetallisierungsflächen. In printing techniques, which include screen printing and stencil printing technology, a structured metallization is provided from the outset.

Ein Herstellen einer Matrix von Kontakthöckern kann auch durch Aufdrucken und Sintern einer Metallpaste auf den Kontaktmetallisierungsflächen der Halbleiterchips bzw. des Halbleiterwafers erfolgen. Diese Verfahrensvariante hat gegenüber der Herstellung von Kontakthöckern mit Hilfe des Thermokompressions- oder des Thermosonicverfahrens den Vorteil, dass die Kontakthöcker durch das Drucken gleichzeitig und parallel aufgebracht werden, und nicht wie beim Thermokompressionsverfahren seriell und damit nacheinander hergestellt werden müssen. Auch das Aufbringen eines athesiven, elektrisch leitenden Materials unter Umhüllung der fertigen Kontakthöcker kann durch Schablonendruck oder auch durch Dispensen erfolgen. Während der Schablonendruck wieder ein Parallelverfahren ist, das gleichzeitig für viele Halbleiterchips auf einem Halbleiterwafer anwendbar ist, ist das Dispensen ein serieller Vorgang, der jeden Halbleiterchip eines Wafers oder jeden Halbleiterchip auf einem Flachleiterstreifen einzeln mit dem athesiven, elektrisch leitenden Material beschichtet.One Making a matrix of bumps can also be done by printing and sintering a metal paste on the contact metallization surfaces of Semiconductor chips or semiconductor wafer take place. This process variant has opposite the production of contact bumps using the thermocompression or thermosonic method Advantage that the contact bumps be applied simultaneously and in parallel by printing, and not in series, as in the thermocompression process, and thus in succession must be made. Also the application of an athesive, electrically conductive material under cover the finished contact bump can be done by stencil printing or by dispensing. While the stencil printing is again a parallel process, which is at the same time for many Semiconductor chips is applicable to a semiconductor wafer, that is Dispensen a serial process that includes each semiconductor chip Wafers or each semiconductor chip on a flat conductor strip individually coated with the athesive, electrically conductive material.

Um die Halbleiterchips auf den Chipinseln des Flachleiterrahmens unterzubringen, kann eine Löttechnik und/oder eine Klebetechnik eingesetzt werden. Die Klebetechnik hat den Vorteil, dass sie bei Raumtemperatur durchführbar ist, und höchstens zum Aushärten des elektrisch leitenden Klebstoffs eine etwas erhöhte Temperatur benötigt, der Nachteil ist aber wiederum eine geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit, so dass es von Vorteil ist, den Halbleiterchips mittels eines Lotmetalls auf die Chipinsel des Flachleiterrahmens aufzubringen.Around to accommodate the semiconductor chips on the chip islands of the lead frame, can be a soldering technique and / or an adhesive technique can be used. The adhesive technology has the advantage that it is feasible at room temperature, and at most to Harden of the electrically conductive adhesive a slightly elevated temperature needed the disadvantage is again a low electrical and thermal Conductivity, so that it is advantageous to the semiconductor chips by means of a Lotmetalls to apply to the chip island of the lead frame.

Das Aufbringen des Clips auf die Übergangsschicht des Halbleiterchips und auf die Clipanschlussfläche des Flachleiter rahmens kann durch Löten erfolgen. Dazu wird die Seite des Clips mit einer Lotschicht überzogen, die zu den Kontakthöckern bzw. zu der Clipanschlussfläche hin ausgerichtet sind. Ein geeignetes Lot wird bei einer Temperatur unter 150°C schmelzen, wobei vorzugsweise die Schmelztemperatur zwischen 0°C und 120°C liegt.The Apply the clip to the transition layer the semiconductor chip and the clip pad of the lead frame can by soldering respectively. For this, the side of the clip is covered with a layer of solder, to the contact bumps or to the clip interface are aligned. A suitable solder becomes at a temperature below Melt 150 ° C, wherein preferably the melting temperature is between 0 ° C and 120 ° C.

In einer weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zweiteiliges Gehäuse in den Bauteilpositionen in zwei Stufen montiert. In der ersten Stufe wird zunächst ein offenes Hohlgehäuse vor dem Aufbringen der Halbleiterchips in den Bauteilpositionen angeordnet und mit dem Flachleiterrahmen verbunden. Nach dem Aufbringen der Chips und der Clips wird das Hohlgehäuse mit einer zweiten Gehäusehälfte verschlossen. Dabei kann das Hohlgehäuse aus Keramik sein, wenn das Halbleiterbauteil für Hochfrequenzanwendungen oder für Hochtemperaturanwendungen bestimmt ist. Zum Schutz vor Streufeldern kann das Hohlgehäuse von Abdeckschichten und Abdeckwänden bedeckt sein, die ein Einkoppeln von Streufeldern dämpfen.In another implementation the method according to the invention becomes a two-part housing mounted in the component positions in two stages. In the first Stage will be first an open hollow housing before applying the semiconductor chips in the component positions arranged and connected to the leadframe. After applying the Chips and the clips, the hollow housing is closed with a second housing half. In this case, the hollow housing be made of ceramic, if the semiconductor device for high frequency applications or for high temperature applications is determined. To protect against stray fields, the hollow housing of Cover layers and cover walls be covered, which dampen a coupling of stray fields.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be described with reference to the accompanying figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Übergangs von einem Halbleiterchip zu einer großflächigen Metallelektrode, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic cross section through a section of a transition from a semiconductor chip to a large-area metal electrode, according to a first embodiment of the invention.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a schematic cross section through a semiconductor device, according to a second embodiment of the invention.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a schematic cross section through a semiconductor device according to a third embodiment of the invention.

4 zeigt eine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Halbleiterbauteils, gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a schematic perspective view of a section of a semiconductor device, according to a fourth embodiment of the invention.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Übergangs 4 von einem Halbleiterchip 3 zu einer großflächigen Metallelektrode 13, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Zur Verdeutlichung der Struktur ist der Aufbau der Elektroden und Verbindungsleitungen bis zur großflächigen Metallelektrode 13 stark vergrößert gegenüber der Struktur des Halbleiterchips 3 dargestellt. So weisen die Metall- und Isolationsschichten unmittelbar auf der aktiven Oberseite 8 des Halbleiterchips 3 nur eine geringe Dicke H von wenigen Mikrometern auf, während die Dicke h des Halbleiterchips 3 zwischen 50 und 120 μm liegt. 1 shows a schematic cross section through a section of a transition 4 from a semiconductor chip 3 to a large-area metal electrode 13 , According to a first embodiment of the invention. To clarify the structure is the structure of the electrodes and connecting lines to the large-area metal electrode 13 greatly enlarged compared to the structure of the semiconductor chip 3 shown. Thus, the metal and insulation layers are directly on the active top 8th of the semiconductor chip 3 only a small thickness H of a few microns, while the thickness h of the semiconductor chip 3 between 50 and 120 microns.

Entscheidend für den Durchlasswiderstand zwischen der Drainelektrode D auf der Rückseite 26 des Halbleiterchips 3 und der großflächigen Metallelektrode 13, die eine gemeinsame Sourceelektrode S bildet, ist der Durchgangswiderstand der Elektrodenkonstruktion auf der aktiven Oberseite 8 des Halbleiterchips 3. Im durchgeschalteten Zustand des in 1 dargestellten Niedervolt-Leistungsbauteils bildet der relativ dünne Halbleiterchip 3 mit 0–100 μm einen niedrigen Widerstand. Die Verlustwärme des dünnen Halbleiterchips 3 kann durch die metallische Drainelektrode D an die Umgebung abgegeben werden, während die Metallelektrode 13 von dem thermisch schlechter leitenden Kunststoff des Gehäuses 2 eingehüllt ist. Die Sperrspannung derartiger Halbleiterbauteile liegt im Niedervoltbereich zwischen 30 bis 100 V.Decisive for the on-resistance between the drain electrode D on the back 26 of the semiconductor chip 3 and the large-area metal electrode 13 , which forms a common source electrode S, is the volume resistance of the electrode construction on the active top 8th of the semiconductor chip 3 , In the switched state of in 1 shown low-voltage power component forms the relatively thin semiconductor chip 3 with 0-100 μm a low resistance. The heat loss of the thin semiconductor chip 3 can be discharged through the metallic drain D to the environment, while the metal electrode 13 from the thermally poorer conductive plastic of the housing 2 is shrouded. The reverse voltage of such semiconductor devices is in the low voltage range between 30 to 100 V.

Um die thermische und elektrische Leitfähigkeit des Übergangs von der Oberseite 8 des Halbleiterchips 3 zu der großflächigen Metallelektrode 13 zu verbessern, weist die Übergangsschicht 9 neben einem hochgefüllten, elektrisch leitenden adhäsivem Material 12, metallische Kontakthöcker 11 auf. Diese metallischen Kontakthöcker 11 sind in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung auf die Kontaktmetallisierungsfläche 5 gebondet und über eine Lotschicht 16 mit der Metallelektrode 13 verlötet.To the thermal and electrical conductivity of the transition from the top 8th of the semiconductor chip 3 to the large-area metal electrode 13 to improve, the transition layer indicates 9 in addition to a highly filled, electrically conductive adhesive material 12 , metallic contact bumps 11 on. These metallic contact bumps 11 are in this first embodiment of the invention on the Kontaktmetallisierungsfläche 5 bonded and over a layer of solder 16 with the metal electrode 13 soldered.

Das hochgefüllte, leitende und adhäsive Material 12 ist zwischen der Kontaktmetallisierungsfläche 5 und der Metallelektrode 13 angeordnet und bis zu einem Füllgrad von 98 Gew.% mit elektrisch leitenden Metallpartikeln 21 aufgefüllt. Um den hohen Füllgrad zu erreichen, umfassen die Metallpartikel 21 nicht nur Partikel mit einem mittleren Durchmesser von einigen μm, sondern auch Nanopartikel mit Durchmessern von einigen nm, welche die Zwischenräume zwischen den großvolumigen Partikeln 21 mit einem Durchmesser von einigen μm auffüllen. Darüber hinaus haben die Nanopartikel die Eigenschaft, jede Lücke zwischen den μm-Partikeln zu füllen und sich den Konturen der Kontakthöcker anzupassen. Somit entsteht eine kompakte Schicht aus Kontakthöckern 11 und dem elektrisch leitenden adhäsivem Material 12, welche den Übergangswiderstand der Elektrodenkonstruktion eines Niedervolt-Leistungsbauteils herabsetzt.The highly filled, conductive and adhesive material 12 is between the contact metallization area 5 and the metal electrode 13 arranged and up to a degree of filling of 98 wt.% With electrically conductive metal particles 21 refilled. To achieve the high degree of filling, the metal particles include 21 not only particles with a mean diameter of a few microns, but also nanoparticles with diameters of a few nm, which are the interstices between the large-volume particles 21 fill with a diameter of a few microns. In addition, the nanoparticles have the property to fill any gap between the μm particles and to adapt to the contours of the bumps. This creates a compact layer of bumps 11 and the electrically conductive adhesive material 12 which reduces the contact resistance of the electrode construction of a low-voltage power device.

Der hohe Füllstoffgrad von bis zu 98 Gew.% und die metallischen Kontakthöcker 11 ergeben eine Übergangsschicht 9, die gleichzeitig eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt, so dass diese Übergangsschicht 9 zur Abfuhr der Verlustwärme des Halbleiterchips 3 beitragen kann, obgleich großflächige Kontaktmetallisierungsflächen 5 nicht unmittelbar die Oberseite 8 des Halbleiterchips 3 berührt. Von der Kontaktmetallisierungsfläche 5 gehen vielmehr metallische Verbindungen zu einer Vielzahl von kleinflächigen Elektroden 7 auf der Oberseite 8 des Halbleiterchips 3 aus, welche die Vielzahl der Sourceanschlüsse s, an der Oberseite 8 des Halbleiterchips 3 bilden.The high degree of filler of up to 98% by weight and the metallic contact bumps 11 result in a transitional layer 9 , which at the same time has a high thermal conductivity, so that this transitional layer 9 for dissipating the heat loss of the semiconductor chip 3 although large area contact metallization surfaces 5 not immediately the top 8th of the semiconductor chip 3 touched. From the contact metallization area 5 rather metallic compounds go to a variety of small-area electrodes 7 on the top 8th of the semiconductor chip 3 from which the plurality of sources s, at the top 8th of the semiconductor chip 3 form.

Zwischen den Sourceanschlüssen s sind auf der Oberseite 8 des Halbleiterchips 3 Gateoxid 27 angeordnet, welche die Vielzahl der Gatemetallisierungen 28 der MOS-Transistoren von dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips 3 isolieren. Die Vielzahl der Gatemetallisierungen 28 werden über vergrabene Leiterbahnen 29 zu einer gemeinsamen, in 1 nicht gezeigten Gateelektrode, zusammengeführt und mit einem, hier nicht gezeigten Außenkontakt des Halbleiterbauteils 1 elektrisch verbunden.Between the source s are on the top 8th of the semiconductor chip 3 gate oxide 27 arranged, showing the variety of gate metallizations 28 the MOS transistors of the semiconductor material of the semiconductor chip 3 isolate. The variety of gate metallizations 28 Be over buried tracks 29 to a common, in 1 Not shown gate electrode, merged and with a, not shown external contact of the semiconductor device 1 electrically connected.

Auf die Funktion und Struktur des vertikalen MOS-Leistungstransistors mit einer Leistungskompensationsstruktur aus einer Vielzahl von Transistorzellen wird lediglich der Vollständigkeit halber kurz eingegangen. Der Halbleiterchip 3 ist auf einem hochdotierten n+-leitenden monokristallinem Siliciumsubstrat aufgebaut. Auf diesem hochdotierten und damit elektrisch leitenden Substratmaterial sind mehrere schwach dotierte n–-leitende Epitaxieschichten 31 bis 34 aufgewachsen, die zellenweise mit Donatoren dotiert wurden, so dass abwechselnd n–-leitende und p–-leitende Bereiche in dem Halbleiterchip 3 eine Ladungskompensationsstruktur aus einem Zellenfeld 22 bilden. Diese Ladungskompensationsstruktur kann durch Anlegen einer Spannung an die isolierte Gatemetallisierung 28 durchgeschaltet werden, so dass ein hoher Strom von der gemeinsamen großflächigen Sourceelektrode S zu der gemeinsamen großflächigen Drainelektrode D fließen kann und durch Ausschalten der Gatespannung unterbrochen werden kann.The function and structure of the vertical MOS power transistor having a power compensation structure of a plurality of transistor cells will be briefly discussed for the sake of completeness. The semiconductor chip 3 is built on a highly doped n + -type monocrystalline silicon substrate. On this highly doped and thus electrically conductive substrate material are a plurality of lightly doped n - -type epitaxial layers 31 to 34 grew up, which were doped with donors in cells, so that alternately n - conducting and p - conducting regions in the semiconductor chip 3 a charge compensation structure from a cell field 22 form. This charge compensation structure can be achieved by applying a voltage to the isolated gate metallization 28 be turned on, so that a high current from the common large-area source electrode S can flow to the common large-area drain electrode D and can be interrupted by turning off the gate voltage.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 10, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der innere Aufbau dieses Halbleiterbauteils 10 kann dem Halbleiterbauteil 1, wie es 1 zeigt, entsprechen, so dass Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in 1, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. 2 shows a schematic cross section through a semiconductor device 10 , According to a second embodiment of the invention. The internal structure of this semiconductor device 10 can the semiconductor device 1 , like it 1 shows, so that components with the same functions, as in 1 , are identified by the same reference numerals.

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung sind, sowohl die Drainelektrode D, als auch die großflächige Sourceelektrode S von einem Kunststoffgehäuse 2 umhüllt und auf einem Flachleiterrahmen montiert. Dabei weist der Flachleiterrahmen eine Chipinsel 18 auf, die gleichzeitig die Drainelektrode D bildet, und über einen hier nicht gezeigten, inneren Flachleiter mit einem Außenflachleiter als Außenkontakt 6 verbunden ist.In this second embodiment of the invention, both the drain electrode D and the large-area source electrode S are of a plastic housing 2 wrapped and mounted on a lead frame. In this case, the leadframe has a chip island 18 on, which simultaneously forms the drain electrode D, and via an inner flat conductor, not shown here, with an outer flat conductor as an external contact 6 connected is.

Die Sourceelektrode S stellt einen Clip 15 dar, der über einen inneren Flachleiterabschnitt 14 mit einem Innenflachleiter 24 des Flachleiterrahmens über eine Clipanschlußfläche 25 verbunden ist. Der Innenflachleiter 24 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und geht in einen Außenkontakt 6 über, der aus dem Gehäuse 2 herausragt. Der Clip 15 ist mit seiner großflächigen Metallelektrode 13 auf eine Vielzahl von Kontakthöckern 11 aufgelötet, die beispielsweise durch ein Thermokompressionsbonden auf der Kontaktmetallisierungsfläche 5 angeordnet sind. Zwischen den Thermokompressionsköpfen 23 ist ein mit Metallpartikeln hochgefülltes elektrisch leitendes adhäsives Material 12 angeordnet, das sowohl die thermische Leitung, als auch die elektrische Leitung des Übergangs 4 von der Kontaktmetallisierungsfläche 5 zu dem Clip 15 verbessert.The source electrode S represents a clip 15 which is via an inner flat conductor section 14 with an inner flat conductor 24 of the lead frame via a clip pad 25 connected is. The inner flat conductor 24 is inside the case 2 arranged and goes into an external contact 6 over, out of the case 2 protrudes. The clip 15 is with its large-area metal electrode 13 on a variety of contact bumps 11 soldered, for example, by a thermocompression bonding on the Kontaktmetallisierungsfläche 5 are arranged. Between the thermo-compression heads 23 is a highly filled with metal particles electrically conductive ad adhesive material 12 arranged, which is both the thermal line, as well as the electrical line of the transition 4 from the contact metallization area 5 to the clip 15 improved.

Auf der linken Seite dieser Darstellung ist eine Gateelektrode G auf dem Halbleiterchip 3 angeordnet. Die Gateelektrode G ist über vergrabene Leiterbahnen mit einer Vielzahl von Gateanschlüssen des Halbleiterchips 3 verbunden. Über einen Bonddraht 35 ist die Gateelektrode G mit einem weiteren Innenflachleiter 24 verbunden, der seinerseits in einen aus dem Gehäuse 2 herausragenden Außenkontakt 6 übergeht. Die Flachleiter 19, die sowohl die Innenflachleiter 24 als auch die Außenkontakte 6 und die Chipinsel 18 bilden, gehören zu einem Flachleiterrahmen, auf dem mehrere Bauteilpositionen angeordnet sind, so dass aus dem Flachleiterrahmen die hier gezeigten Flachleiter 19 und die Chipinsel 18 abgetrennt werden können.On the left side of this illustration is a gate electrode G on the semiconductor chip 3 arranged. The gate electrode G is via buried tracks having a plurality of gate terminals of the semiconductor chip 3 connected. About a bonding wire 35 is the gate electrode G with another inner flat conductor 24 connected, in turn, in one of the housing 2 outstanding external contact 6 passes. The flat conductor 19 covering both the inner flat conductor 24 as well as the external contacts 6 and the chip island 18 form, belong to a lead frame, on which a plurality of component positions are arranged, so that from the lead frame the flat conductor shown here 19 and the chip island 18 can be separated.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauteil 20, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorgehenden Figuren, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 3 shows a schematic cross section through a semiconductor device 20 , According to a third embodiment of the invention. Components having the same functions as in the previous figures are denoted by the same reference numerals and will not be discussed separately.

Der Unterschied dieses Halbleiterbauteils 20 gegenüber der zweiten Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt wird, besteht darin, dass die Außenkontakte 6 nicht aus dem Gehäuse 2 herausragen, sondern mit der Außenkontur des Gehäuses 2 abschließen. Auch die Chipinsel 18 und damit die Drainelektrode D ist nicht in eine Kunststoffmasse eingehüllt, sondern bildet einen Teil der Unterseite 36 des Gehäuses 2 und ist über einen elektrisch leitenden Klebstoff 39 mit der Rückseite 26 des Halbleiterchips 3 verbunden. Sowohl die Außenkontakte 6, die mit der Sourceelektrode S zusammenwirken, als auch der Außenkontakt 6, der mit der Gateelektrode G verbunden ist, weisen Außenkontaktflächen 38 auf der Unterseite 36 des Gehäuses 2 auf.The difference of this semiconductor device 20 compared to the second embodiment as shown in FIG 2 is shown is that the external contacts 6 not out of the case 2 protrude, but with the outer contour of the housing 2 to lock. Also the chip island 18 and thus the drain electrode D is not wrapped in a plastic compound, but forms part of the bottom 36 of the housing 2 and is over an electrically conductive adhesive 39 with the back 26 of the semiconductor chip 3 connected. Both the external contacts 6 , which interact with the source electrode S, as well as the external contact 6 , which is connected to the gate electrode G, have external contact surfaces 38 on the bottom 36 of the housing 2 on.

Somit kann auf alle Elektroden S, D und G des MOS-Leistungstransistors des Halbleiterchips 3 von der Unterseite 36 des Gehäuses 2 des Halbleiterbauteils 20 aus zugegriffen werden. Gleichzeitig wird durch das Herausführen der Chipinsel 18 bis an die Außenkontur des Gehäuses 2 auf der Unterseite 36 eine verbesserte Wärmeabfuhr dieses Leistungsbauteils gewährleistet.Thus, all electrodes S, D and G of the MOS power transistor of the semiconductor chip 3 from the bottom 36 of the housing 2 of the semiconductor device 20 be accessed from. At the same time, by removing the chip island 18 to the outer contour of the housing 2 on the bottom 36 ensures improved heat dissipation of this power device.

4 zeigt eine prinzipielle perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Halbleiterbauteils 30, gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Für die perspektivische Darstellung ist zur Verdeutlichung der Erfindung, das in den 1–3 gezeigte Gehäuse 2, weggelassen. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. 4 shows a schematic perspective view of a section of a semiconductor device 30 , According to a fourth embodiment of the invention. For the perspective view is to illustrate the invention, in the 1 - 3 shown housing 2 , omitted. Components having the same functions as in the previous figures are identified by the same reference numerals and will not be discussed separately.

Die Drainelektrode D wird bei dieser vierten Ausführungsform der Erfindung von einer Wärmesenke 37 gekühlt, auf welche die Drainelektrode D gelötet oder geklebt ist. Die großflächige Sourceelektrode S ist über eine dichte Matrix von Thermokompressionsköpfen 23 oder sogenannten "Stud-Bumps" mit der großflächigen Kontaktmetallisierungsfläche 5 verbunden, welche die hier nicht gezeigte Vielzahl von kleinflächigen Sourceanschlüssen s des Halbleiterchips 3 kurzschließt.The drain electrode D is in this fourth embodiment of the invention of a heat sink 37 cooled, to which the drain electrode D is soldered or glued. The large-area source electrode S is over a dense matrix of thermo-compression heads 23 or so-called "stud bumps" with the large-area contact metallization area 5 connected, which is not shown here, the plurality of small-area sources s of the semiconductor chip 3 shorts.

Die großflächige Sourceelektrode S kann in mehrere Flachleiterabschnitte 14 innerhalb des Gehäuses 2 übergehen, wobei diese Flachleiterabschnitte 14 in Richtung auf innere Flach leiter hin abgebogen werden und mit diesen verbunden werden, während gleichzeitig die Matrix der Thermokompressionsköpfe 23 mit der gemeinsamen Sourceelektrode S verbunden wird. Die Gateelektrode G ist über vergrabene Leiterbahnen mit einer Vielzahl von Gateanschlüssen verbunden, so dass über die hier gezeigte Gateelektrode G ein Außenkontakt als Gatekontakt für alle Gateanschlüsse gebildet werden kann.The large-area source electrode S can be divided into several flat conductor sections 14 inside the case 2 go over, these flat conductor sections 14 towards the inner flat conductor are bent down and connected to this, while at the same time the matrix of thermocompression heads 23 is connected to the common source electrode S. The gate electrode G is connected via buried interconnects to a plurality of gate terminals, so that via the gate electrode G shown here, an external contact can be formed as a gate contact for all gate terminals.

11
HalbleiterbauteilSemiconductor device
22
Gehäusecasing
33
HalbleiterchipSemiconductor chip
44
Übergang (elektrisch)crossing (Electric)
55
KontaktmetallisierungsflächeKontaktmetallisierungsfläche
66
Außenkontaktoutside Contact
77
kleinflächige Elektrodesmall-area electrode
88th
aktive Oberseiteactive top
99
ÜbergangsschichtTransition layer
1010
HalbleiterbauteilSemiconductor device
1111
Kontakthöckerbumps
1212
adhäsives leitendes Materialadhesive conductive material
1313
Metallelektrodemetal electrode
1414
FlachleiterabschnittFlat conductor section
1515
Clipclip
1616
Lotschichtsolder layer
1818
Chipinselchip island
1919
Flachleiterflat Head
2020
HalbleiterbauteilSemiconductor device
2121
Metallpartikelmetal particles
2222
Zellenfeldcell array
2323
ThermokompressionskopfThermo-compression head
2424
InnenflachleiterInternal leads
2525
ClipanschlussflächeClip pad
2626
Rückseite des Halbleiterchipsback of the semiconductor chip
2727
GateoiydGateoiyd
2828
Gatemetallisierunggate metallization
2929
Leiterbahnenconductor tracks
3030
HalbleiterbauteilSemiconductor device
31–3431-34
EpitaxischichtenEpitaxischichten
3535
Bonddrahtbonding wire
3636
Unterseite des Gehäusesbottom of the housing
3737
Wärmesenkeheat sink
3838
AußenkontaktflächeExternal contact area
3939
elektrisch leitender Klebstoffelectrical conductive adhesive
DD
Drainelektrodedrain
GG
Gatelektrodegate electrode
hH
Dicke des Halbleiterchipsthickness of the semiconductor chip
HH
Dicke der Elektrodenstrukturthickness the electrode structure
SS
Sourceelektrodesource electrode
ss
Sourceanschlusssource terminal

Claims (20)

Halbleiterbauteil mit einem Gehäuse (2) und mit einem Halbleiterchip (3), der einen großflächigen elektrischen Übergang (4) von einer Kontaktmetallisierungsfläche (5) auf dem Halbleiterchip (3) zu Außenkontakten (6) außerhalb des Gehäuses (2) aufweist, wobei der Halbleiterchip (3) eine Vielzahl von kleinflächigen Elektroden (7) an seiner aktiven Oberseite (8) aufweist, wobei die Vielzahl der Elektroden (7) über die Kontaktmetallisierungsfläche (5) elektrisch kurzgeschlossen sind und mit mindestens einem der Außenkontakte (6) elektrisch in Verbindung stehen, und wobei der Halbleiterchip (3) als großflächiger elektrischer Übergang (4) eine Übergangsschicht (9) aufweist, die auf der Kontaktmetallisierungsfläche (5) verteilt angeordnete flache Kontakthöcker (11) aufweist, welche von einem athesiven, elektrisch leitenden Material (12) umgeben sind, welches den Rest der Kontaktmetallisierungsfläche (5) abdeckt und die Kontakthöcker (11) einhüllt.Semiconductor component with a housing ( 2 ) and with a semiconductor chip ( 3 ), which has a large electrical transition ( 4 ) of a contact metallization area ( 5 ) on the semiconductor chip ( 3 ) to external contacts ( 6 ) outside the housing ( 2 ), wherein the semiconductor chip ( 3 ) a plurality of small area electrodes ( 7 ) on its active upper side ( 8th ), wherein the plurality of electrodes ( 7 ) over the contact metallization area ( 5 ) are electrically short-circuited and with at least one of the external contacts ( 6 ), and wherein the semiconductor chip ( 3 ) as a large-area electrical transition ( 4 ) a transition layer ( 9 ) on the contact metallization surface ( 5 ) arranged flat contact bumps ( 11 ), which consists of an athesive, electrically conductive material ( 12 ) surrounding the remainder of the contact metallization area ( 5 ) and the contact bumps ( 11 ). Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Übergangsschicht (9) mit Kontakthöckern (11) und adhäsivem elektrisch leitendem Material (12) eine Metallelektrode (13) angeordnet ist, die über einen Flachleiterabschnitt (14) innerhalb des Gehäuses (2) mit dem Außenkontakt (6) außerhalb des Gehäuses (2) verbunden ist, wobei Metallelektrode (13) und Flachleiterabschnitt (14) einen Chip (15) bilden.Semiconductor component according to claim 1, characterized in that on the transition layer ( 9 ) with contact bumps ( 11 ) and adhesive electrically conductive material ( 12 ) a metal electrode ( 13 ) is arranged, which via a flat conductor section ( 14 ) within the housing ( 2 ) with the external contact ( 6 ) outside the housing ( 2 ), wherein metal electrode ( 13 ) and flat conductor section ( 14 ) a chip ( 15 ) form. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Clip (15) in dem Bereich der Metallelektrode (13) eine großflächige Lotschicht (16) aufweist, die auf die Kontakthöcker (11) ausgerichtet ist und mit den Kontakthöckern (11) verlötet ist.Semiconductor component according to claim 2, characterized in that the clip ( 15 ) in the region of the metal electrode ( 13 ) a large-scale solder layer ( 16 ) on the bumps ( 11 ) and with the bumps ( 11 ) is soldered. Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Clip (15) in dem Bereich der Metallelektrode (13) über das adhäsive elektrisch leitende Material (12) der großflächigen Übergangsschicht (9) mit der Kontaktmetallisierungsfläche (5) auf dem Halbleiterchip (3) verklebt ist.Semiconductor component according to claim 2, characterized in that the clip ( 15 ) in the region of the metal electrode ( 13 ) via the adhesive electrically conductive material ( 12 ) of the large-area transition layer ( 9 ) with the contact metallization surface ( 5 ) on the semiconductor chip ( 3 ) is glued. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmetallisierungsfläche (5) eine Aluminiumlegierung mit den Legierungskomponenten Silicium und/oder Kupfer aufweist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the contact metallization surface ( 5 ) comprises an aluminum alloy with the alloying components silicon and / or copper. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (26) des Halbleiterchips (3) auf einer metallischen Chipinsel (18) eines Flachleiters (19) angeordnet ist, der außerhalb des Gehäuses einen Außenkontakt (6) bildet.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the rear side ( 26 ) of the semiconductor chip ( 3 ) on a metallic chip island ( 18 ) of a flat conductor ( 19 ) is arranged outside of the housing an external contact ( 6 ). Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das adhäsive elektrisch leitende Material (12) ein isotrop leitender Klebstoff ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive electrically conductive material ( 12 ) is an isotropically conductive adhesive. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das adhäsive elektrisch leitende Material (12) einen Polymerkunststoff mit einem Metallpartikel (21) Füllstoffgrad zwischen 80 und 98 Gew.%, vorzugsweise mit einem Füllstoffgrad zwischen 90 und 95 Gew.% aufweist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive electrically conductive material ( 12 ) a polymer plastic with a metal particle ( 21 ) Filler degree between 80 and 98 wt.%, Preferably having a filler degree between 90 and 95 wt.% Has. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel (21) des adhäsiven elektrisch leitenden Materials (12) Nanopartikel sind.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the metal particles ( 21 ) of the adhesive electrically conductive material ( 12 ) Are nanoparticles. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakthöcker (11) gebondete Thermokompressionsköpfe (23) mit einer Gold oder eine Goldlegierung aufweisen.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the bumps ( 11 ) bonded thermocompression heads ( 23 ) with a gold or a gold alloy. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil (1) ein Niedervolt-Leistungsverstärker und/oder ein Leistungsschalter ist, wobei die Vielzahl der kleinflächigen Elektroden (7) die Sourceelektroden (S) von Zellenfelder (22) sind, die mittels der großflächigen Kontaktmetallisierungsfläche (5), der Übergangsschicht (9) und der Metallelektrode (13) eine großflächige gemeinsame Sourceelektrode (S) bildet, während mittels der Chipinsel (18) eines Flachleiterrahmens die Drainelektrode (D) gebildet ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor component ( 1 ) is a low-voltage power amplifier and / or a power switch, wherein the plurality of small-area electrodes ( 7 ) the source electrodes (S) of cell fields ( 22 ) which, by means of the large-area contact metallization surface ( 5 ), the transitional layer ( 9 ) and the metal electrode ( 13 ) forms a large-area common source electrode (S), while by means of the chip island ( 18 ) of a lead frame, the drain electrode (D) is formed. Verfahren zur Herstellung einer Übergangsschicht (9) auf einer Kontaktmetallisierungsfläche (5) eines Halbleiterchips (3), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Halbleiterwafers mit in Zeilen und Spalten angeordneten Halbleiterchippositionen, in denen Halbleiterchips (3) mit einer Vielzahl von kleinflächigen Elektroden (7) auf aktiven Oberseiten (8) der Halbleiterchips (3) angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Elektroden (7) von einer Kontaktmetallisierungsfläche (5) kurzgeschlossen werden, – Herstellen einer Matrix von Kontakthöckern (11) durch Aufbonden einer Matrix von Thermokompressionsköpfen (23) auf den Kontaktmetallisierungsflächen (5) der Halbleiterchips (3), – Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips (3).Process for producing a transition layer ( 9 ) on a contact metallization surface ( 5 ) of a semiconductor chip ( 3 ), wherein the method comprises the following method steps: - producing a semiconductor wafer with semiconductor chip positions arranged in rows and columns, in which semiconductor chips ( 3 ) with a plurality of small-area electrodes ( 7 ) on active topsides ( 8th ) of the semiconductor chips ( 3 ), wherein the plurality of electrodes ( 7 ) of a contact metallization area ( 5 ), - making a matrix of bumps ( 11 ) by bonding a matrix of thermo-compression heads ( 23 ) on the contact metallization surfaces ( 5 ) of the semiconductor chips ( 3 ), - separating the semiconductor wafer into individual semiconductor chips ( 3 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Kontakthöcker (11) auf die Halbleiterchips (3) ein adhäsives elektrisch leitendes Material (12) unter Umhüllen der Thermokompressionsköpfe (23) auf die Kontaktmetallisierungsflächen (5) aufgebracht wird.A method according to claim 12, characterized in that after application of the contact bumps ( 11 ) on the semiconductor chips ( 3 ) an adhesive electrically conductive material ( 12 ) while enveloping the thermocompression heads ( 23 ) on the contact metallization surfaces ( 5 ) is applied. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einem Halbleiterchip (3), der einen großflächigen elektrischen Übergang (4) von ei ner Kontaktmetallisierungsfläche (5) auf dem Halbleiterchip (3) zu Außenkontakten (6) außerhalb des Gehäuses (2) aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Flachleiterrahmens mit Halbleiterbauteilpositionen, welche eine Chipinsel (18), Innenflachleiter (24), Außenkontakte (6) und mindestens eine Clipanschlussfläche (25) bereitstellen, – Herstellen von Halbleiterchips (3), wobei die Halbleiterchips (3) eine Kontaktmetallisierungsfläche (5) unter Kurzschließen einer Vielzahl von kleinflächigen Elektroden (7) bereitstellen, – Herstellen einer Matrix von Kontakthöckern (11) durch Aufbonden einer Matrix von Thermokompressionsköpfen (23) auf den Kontaktmetallisierungsflächen (5) der Halbleiterchips (3), – selektives Aufbringen eines adhäsiven elektrisch leitenden Materials (12) unter Umhüllen der Thermokompressionsköpfe (23), – Aufbringen der Halbleiterchips (3) auf die Chipinseln (18) des Flachleiterrahmens in den Halbleiterbauteilpositionen, – Aufbringen des Clips (15) auf die Übergangsschicht (9) des Halbleiterchips (3) und die Clipanschlussfläche (25) des Flachleiterrahmens, – Aufbringen eines Gehäuses (2) in den Halbleiterbauteilpositionen, – Auftrennen des Flachleiterrahmens zu Halbleiterbauteilen (1).Method for producing a semiconductor component ( 1 ) with a housing ( 2 ) and with a semiconductor chip ( 3 ), which has a large electrical transition ( 4 ) of a contact metallization area ( 5 ) on the semiconductor chip ( 3 ) to external contacts ( 6 ) outside the housing ( 2 ), the method comprising the following method steps: - producing a leadframe with semiconductor device positions, which is a chip island ( 18 ), Inner flat conductor ( 24 ), External contacts ( 6 ) and at least one clip pad ( 25 ), - manufacture of semiconductor chips ( 3 ), wherein the semiconductor chips ( 3 ) a contact metallization area ( 5 ) with shorting a plurality of small-area electrodes ( 7 ), - producing a matrix of bumps ( 11 ) by bonding a matrix of thermocompression heads ( 23 ) on the contact metallization surfaces ( 5 ) of the semiconductor chips ( 3 ), - selective application of an adhesive electrically conductive material ( 12 ) while enveloping the thermocompression heads ( 23 ), - applying the semiconductor chips ( 3 ) on the chip islands ( 18 ) of the leadframe in the semiconductor device positions, - applying the clip ( 15 ) on the transition layer ( 9 ) of the semiconductor chip ( 3 ) and the clip interface ( 25 ) of the leadframe, - application of a housing ( 2 ) in the semiconductor component positions, - separation of the leadframe into semiconductor components ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmetallisierungsfläche (5) mittels Sputter technik, Aufdampftechnik, Abscheidung aus der Gasphase oder mittels Drucktechnik aufgebracht wird.Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the contact metallization surface ( 5 ) is applied by sputtering technique, vapor deposition, deposition from the gas phase or by printing technology. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen einer Matrix von Kontakthöckern (11) durch Aufdrucken und Sintern einer Metallpaste auf den Kontaktmetallisierungsflächen (5) der Halbleiterchips (3) erfolgt.Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the production of a matrix of bumps ( 11 ) by printing and sintering a metal paste on the contact metallization surfaces ( 5 ) of the semiconductor chips ( 3 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Aufbringen eines adhäsiven elektrisch leitenden Materials (12) unter Umhüllen der Kontakthöcker (11) durch Schablonendruck und/oder durch Dispensen erfolgt.Method according to one of claims 12 to 16, characterized in that the selective application of an adhesive electrically conductive material ( 12 ) while enveloping the contact bumps ( 11 ) by stencil printing and / or by dispensing. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Halbleiterchips (3) auf die Chipinseln (18) des Flachleiterrahmens in den Halbleiterbauteilpositionen durch Klebetechnik auf die Chipinseln (18) des Flachleiterrahmens erfolgt.Method according to one of claims 14 to 17, characterized in that the application of the semiconductor chips ( 3 ) on the chip islands ( 18 ) of the leadframe in the semiconductor device positions by gluing on the chip islands ( 18 ) of the lead frame. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Clips (15) auf die Übergangsschicht (9) des Halbleiterchips (3) und die Clipanschlussfläche (25) des Flachleiterrahmens durch Löten erfolgt.Method according to one of claims 14 to 17, characterized in that the application of the clip ( 15 ) on the transition layer ( 9 ) of the semiconductor chip ( 3 ) and the clip interface ( 25 ) of the lead frame by soldering. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen eines Gehäuses (2) in den Halbleiterbau teilpositionen in zwei Stufen erfolgt, indem zunächst noch vor dem Aufbringen der Halbleiterchips (3) eine erste Gehäusehälfte als offenes Hohlgehäuse in den Halbleiterbauteilpositionen des Flachleiterrahmens eingebracht wird, und nach dem Aufbringen der Clips (15) das Hohlgehäuse mit einer zweiten Gehäusehälfte verschlossen wird.Method according to one of claims 14 to 19, characterized in that the application of a housing ( 2 ) takes place in the semiconductor component parts in two stages, by first before the application of the semiconductor chips ( 3 ) a first housing half is introduced as an open hollow housing in the semiconductor device positions of the leadframe, and after the application of the clips ( 15 ), the hollow housing is closed with a second housing half.
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