Beschreibung
Beschichtung einer integrierten Halbleiterschaltung und Verfahren zum Herstellen der Beschichtung
Die Erfindung betrifft eine Beschichtung einer integrierten Halbleiterschaltung, wobei die Beschichtung eine Matrix mit mindestens einem Reaktionsprodukt mindestens einer Keramikvorstufe aufweist. Daneben wird ein Verfahren zum Herstellen der Beschichtung angegeben.
Eine integrierte Halbleiterschaltung (Integrated Circuit, Chip) ist eine elektrische Schaltung, die auf einem Substrat aus einem Halbleiterwerkstoff (Halbleiter, Verbindungshalbleiter) angeordnet ist. Der Chip wird beispielsweise in einer sogenannten Chipkarte eingesetzt. Zum Schutz vor einer mechanischen Beschädigung und/oder zur elektrischen Isolierung weist der Chip beispielsweise eine Beschichtung (Schutzschicht) aus einem organischen Polymer auf. Das organische Polymer ist beispielsweise ein Polyacrylat .
Mit den Chips der Chipkarten wird oft Missbrauch betrieben. Beispielsweise werden die Chips aus den Chipkarten ausgebaut und danach weiterverkauft oder nachgebaut (Re-Engineering) .
Denkbar ist auch, dass die im Chip gespeicherte Information ausgelesen wird.
Zum Ausbau des Chips aus einer Chipkarte oder zum Auslesen der auf dem Chip gespeicherten Information wird die Chipkarte zerstört und/oder die Schutzschicht des Chips entfernt. Dies gelingt beispielsweise durch Ätzen mit Hilfe einer Säure oder einer Lauge. Denkbar ist auch ein Ätzen mit Hilfe von Sauerstoff-Plasma . Alternativ zum Ätzen wird die Schutzschicht des Chips und/oder die Chipkarte durch eine
Temperaturbehandlung bei 250°C bis 400°C thermisch zersetzt.
Eine Beschichtung einer integrierten Halbleiterschaltung der eingangs genannten Art ist aus der US 5 883 219 bekannt. Die Beschichtung besteht aus einer Matrix mit einem hochporösen Copolymerisat aus Polysiloxan und Polyamid (Polysiloxan- Polyamid-Copolymerisat) .
Polysiloxan (Polyorganosiloxan, Silicon) ist eine Keramikvorstufe. Dies bedeutet, dass Polysiloxan durch eine Temperaturbehandlung in einen keramischen Werkstoff überführt werden kann. Durch die Temperaturbehandlung kommt es zu einer Keramisierung des Polysiloxans . Dies geht beispielsweise aus der WO 01/85634 AI hervor. Durch eine Temperaturbehandlung des Polysiloxans in sauerstoffhaltiger Atmosphäre (Ausbrand) oder in nahezu sauerstofffreier Atmosphäre (Pyrolyse) wird als Reaktionsprodukt ein keramischer Werkstoff erhalten. Der keramische Werkstoff ist beispielsweise Siliziumdioxid (Si02) und/oder Siliziumoxicarbid (SiOxCy) . Durch die Temperaturbehandlung entsteht jeweils eine Matrix aus diesen keramischen Werkstoffen (keramische Matrix) .
Zum Herstellen der aus der US 5 883 219 bekannten Beschichtung auf der integrierten Halbleiterschaltung wird Polysiloxan nicht pyrolysiert bzw. nicht keramisiert. Zum Herstellen der Beschichtung mit dem Polysiloxan-Polyamid- Copolymerisat wird Polysiloxan zusammen mit einem
Polyamidester und einem bei höherer Temperatur zersetzbaren Polymer, beispielsweise Polyether, auf der
Halbleiterschaltung aufgetragen. Die Halbleiterschaltung wird auf 350°C bis 400°C erhitzt. Dabei wird als Reaktionsprodukt das Polysiloxan-Polyamid-Copolymerisat erhalten. Das Copolymerisat bildet sich in Form einer organo- metallorganischen Matrix mit Polymerstruktur aus. Die Matrix ist ein relativ starres Gerüst beziehungsweise Netzwerk aus dem Copolymerisat, wobei Polyether in das Netzwerk eingebaut ist. Im Weiteren wird die Temperatur auf über 400°C erhöht. Bei dieser Temperatur kommt es nur zum Ausbrand des Polyethers. Polysiloxan bzw. das Copolymerisat mit dem
Polysiloxan wird thermisch nicht umgesetzt. Die Polymerstruktur der Matrix bleibt erhalten. Es resultiert eine Beschichtung der integrierten Halbleiterschaltung aus einer Matrix mit dem Polysiloxan-Polyamid-Copolymerisat . Diese Beschichtung zeichnet sich durch sehr gute mechanische Eigenschaft aus. Beispielsweise ist die Beschichtung bruchstabil. Die Beschichtung ist aber chemisch bearbeitbar und daher gegen einen Angriff einer Chemikalie nicht resistent. Der Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung kann relativ leicht gelöst werden. Einem Missbrauch der Halbleiterschaltung sind Tür und Tor geöffnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beschichtung einer integrierten Halbleiterschaltung anzugeben, die den Missbrauch der integrierten Halbleiterschaltung im Vergleich zum Stand der Technik erschwert.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Beschichtung einer integrierten Halbleiterschaltung angegeben, wobei die Beschichtung eine Matrix mit mindestens einem
Reaktionsprodukt mindestens einer Keramikvorstufe aufweist. Die Beschichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt einen keramischen Werkstoff aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Herstellen der Beschichtung der integrierten Halbleiterschaltung angegeben, wobei eine Keramikvorstufe und die integrierte Halbleiterschaltung zusammengebracht werden und nach dem Zusammenbringen die Keramikvorstufe in den keramischen Werkstoff der Beschichtung überführt wird.
Die Beschichtung der integrierten Halbleiterschaltung weist eine Matrix mit einem keramischen Werkstoff auf. Der keramische Werkstoff zeichnet sich unter anderem durch eine chemische Zusammensetzung und durch eine Morphologie aus. Zum Herstellen der Beschichtung wird eine Keramisierung der Keramikvorstufe durchgeführt, wobei sich die Matrix mit dem
keramischen Werkstoff bildet. Die erhaltene Matrix kann aus einem einzigen keramischen Werkstoff bestehen. Denkbar ist aber auch, dass die Matrix aus mehreren keramischen Werkstoffen gebildet ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass keramische und nicht-keramische Werkstoffe eine gemeinsame Matrix bilden. Beispielsweise besteht die Matrix aus der Keramikvorstufe und dem aus der Keramikvorstufe hergestellten keramischen Werkstoff. Eine solche Matrix kann dann vorliegen, wenn die Keramikvorst fe nur teilweise zum keramische Werkstoff umgesetzt wird. Es resultiert ein Verbundwerkstoff aus Keramikvorstufe und keramischem Werkstoff .
Die Umsetzung der Keramikvorstufe in den keramischen Werkstoff erfolgt durch Keramisierung. Insbesondere weisen dazu die Keramikvorstufe und/oder der keramische Werkstoff der Beschichtung eine Keramisierungstemperatur von unter 500°C auf. Die Keramisierung erfolgt unter 500°C.
Die Keramisierung beinhaltet beispielsweise, wie eingangs am Beispiel des Polysiloxans beschreiben, eine Temperaturbehandlung einer metallorganischen Verbindung. Dabei kommt es zu einer chemischen Reaktion, in deren Verlauf die metallorganische Verbindung in den keramischen Werkstoff umgesetzt wird. Die Keramisierung kann auch eine chemische
Reaktion einer anorganischen Verbindung zum keramischen Werkstoff umfassen. Beispielsweise liegt die Keramikvorstufe als anorganisches Metallsalz vor, das gegebenenfalls mit weiteren Reaktionspartnern durch eine Temperaturbehandlung in den keramischen Werkstoff überführt wird. Das anorganische
Metallsalz ist beispielsweise ein Carbonat oder Nitrat. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Keramisierung lediglich eine weitere Verdichtung eines bereits vorhandenen keramischen Werkstoffs bewirkt. Der keramische Werkstoff selbst fungiert als (anorganische) Keramikvorstufe.
Die Beschichtung mit der keramischen Matrix kann mittelbar mit der Halbleiterschaltung verbunden sein. Beispielsweise ist zwischen der Halbleiterschaltung und der Beschichtung eine Zwischenschicht angeordnet. Vorzugsweise ist die Beschichtung direkt mit der integrierten Halbleiterschaltung verbunden. Durch die Keramisierung der Keramikvorstufe entsteht ein fester Verbund aus der Beschichtung und der Halbleiterschaltung. Vorteilhaft ist die komplette Halbleiterschaltung mit Hilfe der Beschichtung abgedeckt.
Die Beschichtung mit der Matrix mit dem keramischen Werkstoff ist gegen einen Angriff verschiedenster Chemikalien resistent und schützt so die integrierte Halbleiterschaltung. Insbesondere ist die Beschichtung gegen den Angriff einer Säure, beispielsweise konzentrierter Salzsäure (HCl) oder konzentrierter Schwefelsäure (H2S0 ) beständig. Die Beschichtung ist auch bei einer über einen längeren Zeitraum andauernden Exposition in einer Sauerstoffatmosphäre bei 300°C bis 500°C (Sauerstoff-Plasma) stabil. Dies bedeutet, dass trotz Einwirken dieser Chemikalien eine Schutzfunktion der Beschichtung erhalten bleibt. Der feste Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung bleibt erhalten. Die Beschichtung kann durch einen Angriff solcher Chemikalien nicht entfernt und somit der Chip nicht freigelegt werden.
Es gibt aber auch Chemikalien, gegenüber denen die Beschichtung nicht resistent ist. Die Beschichtung und damit der Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung kann zerstört werden. In einer besonderen Ausgestaltung weist die Beschichtung und/oder die Matrix mit dem keramischen
Werksstoff ein im Wesentlichen gleiches Verhalten gegenüber einer Chemikalie auf wie die Halbleiterschaltung. Dies bedeutet, dass durch den Angriff einer solchen Chemikalie nicht nur die Beschichtung, sondern auch die Halbleiterschaltung beschädigt wird. Eine derartige
Chemikalie ist insbesondere Flusssäure (HF) . Ein Angriff von Flusssäure führt nicht nur zur Zerstörung der Beschichtung,
sondern auch zur Zerstörung der integrierten Halbleiterschaltung. Die Halbleiterschaltung kann in der Folge eines Versuchs, die Beschichtung mit der Flusssäure zu entfernen, nicht missbraucht werden.
Neben dem vorteilhaften Verhalten der Beschichtung gegenüber dem Angriff verschiedenster Chemikalien zeichnet sich die Beschichtung und/oder der Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung auch durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Darüber hinaus ist die Beschichtung und die Halbleiterschaltung derart fest miteinander verbunden, dass die Beschichtung von der Halbleiterschaltung mechanisch durch Abkratzen oder ähnliches nicht entfernt werden kann, ohne die Halbleiterschaltung zu schädigen.
Darüber hinaus ist die Beschichtung und/oder der Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung über thermisch stabil. Dies bedeutet, dass die Beschichtung durch eine Temperaturbehandlung von der Halbleiterschaltung nicht entfernt werden kann, ohne dass die Halbleiterschaltung zerstört wird. Die Beschichtung ist beispielsweise bis über 1000°C thermisch stabil. Dadurch, dass die Beschichtung einen keramischen Werkstoff aufweist, der durch eine Temperaturbehandlung verdichten (keramisieren) kann, verfestigt sich der Verbund aus Beschichtung und
Halbleiterschaltung durch eine Temperaturbehandlung unterhalb einer Degradationstemperatur der Halbleiterschaltung. Dieser Effekt wird durch die Anwesenheit einer keramisierbaren Keramikvorstufe verstärkt. Bei einer Temperaturbehandlung über der Degradationstemperatur der Halbleiterschaltung wird die Halbleiterschaltung zerstört.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Matrix eine nanokristalline Struktur mit einer Abmessung aus dem Bereich von einschließlich 0,1 nm bis einschließlich 500 nκι auf. Beispielsweise sind kristalline Bereiche mit diesen Abmessungen in einer amorphen Matrix eingebettet. Durch die
Keramisierung der Keramikvorstufe wird eine amorphe Matrix aus dem keramischen Werkstoff erhalten, die zumindest teilweise nanokristalline Strukturen aufweist.
Vorteilhaft weist die Beschichtung eine aus dem Bereich von einschließlich 0,1 μm bis einschließlich 200 μm ausgewählte Schichtdicke auf. Insbesondere ist die Schichtdicke aus dem Bereich von einschließlich 1 μm bis einschließlich 100 μm ausgewählt. Es hat sich gezeigt, dass eine Beschichtung mit einer Schichtdicke aus diesem Bereich eine gute Schutzwirkung erzielt. Je größer die Schichtdicke, desto größer ist die Schutzwirkung der Beschichtung. Um zu einer ausreichenden Schichtdicke zu kommen ist es vorteilhaft, wenn das Zusammenbringen der Keramikvorstufe und der Halbleiterschaltung und/oder das Überführen der
Keramikvorstufe in den keramischen Werkstoff der Beschichtung wiederholt durchgeführt wird.
In einer besonderen Ausgestaltung ist die Beschichtung opak. Dies bedeutet insbesondere, dass die Beschichtung für elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich undurchlässig ist. Ebenso ist die Beschichtung für elektromagnetische Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich undurchlässig. Dies beruht beispielsweise auf einer hohen Absorption und damit geringen Transmission der Beschichtung für die elektromagnetische Strahlung. Die hohe Absorption wird durch einen hohen Absorptionskoeffizienten zumindest eines Bestandteils der Beschichtung und/oder durch eine große Schichtdicke der Beschichtung bewirkt. Alternativ dazu kann sich die Beschichtung durch eine starke Streuung der elektromagnetischen Strahlung auszeichnen. Dies wird insbesondere durch eine Matrix mit nanokristallinen Partikeln bewirkt. Als Ergebnis der geringen Transmission beziehungsweise der starken Streuung gelangt die elektromagnetische Strahlung durch die Beschichtung nicht bis zur integrierten Halbleiterschaltung. Damit kann Information aus der integrierten Halbleiterschaltung durch die
Beschichtung hindurch nicht ausgelesen werden. Ebenso kann die Struktur der Halbleiterschaltung durch die Beschichtung hindurch nicht ermittelt werden. Die Beschichtung müsste entfernt werden. Dies gelingt aber, wie oben gezeigt, nicht, ohne dass die Halbleiterschaltung zerstört wird.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Matrix mindestens einen keramischen Füllstoff auf. In dem Gerüst aus dem keramischen Werkstoff ist zusätzlich ein keramischer Füllstoff enthalten. Der keramische Füllstoff ist als keramisches Pulver in der Beschichtung verteilt. Der keramische Füllstoff trägt zur Verbesserung der chemischen und mechanischen Resistenz der Beschichtung bei. Zudem wird durch den Füllstoff die Durchlässigkeit der Beschichtung für die elektromagnetischen Strahlung verringert. Der keramische Füllstoff kann eine gleiche Zusammensetzung aufweisen wie der keramische Werkstoff. Insbesondere weist der keramische Füllstoff eine im Vergleich zum keramischen Werkstoff verschiedene keramische Zusammensetzung auf. Mit Hilfe des keramischen Füllstoffs kann der thermische
Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der integrierten Halbleiterschaltung beziehungsweise des Halbleiterwerkstoffs der integrierten Halbleiterschaltung angepasst werden. Beschichtung und integrierter Halbleiterschaltung zeigen eine ähnliches
Temperaturausdehnungsverhalten. Der Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung ist somit auch über einen weiten Temperaturbereich fest und damit thermisch stabil. Zum Anpassen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten werden die Zusammensetzung und die Struktur des Füllstoffs sowie der
Mengenanteil des Füllstoffs an der Beschichtung variiert. Als Füllstoffe kommen beispielsweise Aluminiumoxid (Al203) , Magnesiumoxid (MgO) , Siliziumcarbid (SiC) , Siliziumnitrid (Si3N ) und Zirkoniumoxid (Zr02) in Frage.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Keramikvorstufe und/oder der keramische Werkstoff und/oder der keramische
Füllstoff der Beschichtung mindestens ein aus der Gruppe AI, B, Bi, C, H, N, 0, S, Si, Ti und/oder Zr ausgewähltes Element auf. Daneben können beliebige Alkali-, Erdalkali, Übergangsoder Seltenerdmetalle enthalten sein. Die Keramikvorstufe, der keramische Werkstoff oder der keramische Füllstoff können oxidische oder nicht-oxidische keramische Zusammensetzung aufweisen. Die nicht-oxidischen keramischen Zusammensetzungen umfassen beispielsweise Boride, Hydride, Nitride oder Sulfide und Mischungen davon.
In einer besonderen Ausgestaltung weist die Keramikvorstufe mindestens einen aus der Gruppe Glas, keramischer Werkstoff, Metallsalz und/oder metallorganische Verbindung ausgewählten Stoff auf. Insbesondere sind auch Mischungen der Keramikvorstufen denkbar. Beispielsweise wird auf diese Weise eine Beschichtung mit mehreren keramischen Matrizen bzw. eine Matrix mit mehreren keramischen Werkstoffen gebildet.
Die metallorganische Verbindung (Organometallverbindung) ist eine Verbindung, bei der ein Metallatom direkt mit einem
Kohlenstoffatom und/oder einem Heteroatom eines organischen Rests verbunden ist. Dazu zählen Verbindungen mit überwiegend kovalentem und ionischem Bindungscharakter. Ebenso sind Koordinationsverbindungen (metallorganische Komplexe) denkbar. Unter metallorganischen Verbindungen sind auch
Metallsalze organischer Anionen wie Alkoholate, Carboxylate und chelatbildende organische Anionen wie Acetylacetonate zu verstehen .
In einer besonderen Ausgestaltung wird als Keramikvorstufe eine metallorganische Verbindung verwendet, die nach dem Zusammenbringen der Keramikvorstufe und der Halbleiterschaltung durch eine Temperaturbehandlung in den keramischen Werkstoff der Beschichtung überführt wird. Durch die Temperaturbehandlung kommt es zur Keramisierung.
Vorzugsweise weist die metallorganische Verbindung eine siliziumorganische Verbindung auf. Die siliziumorganische
Verbindung weist insbesondere mindestens einen aus der Gruppe Carbosilan, Carbosilazan, Borosilazan, Silan, Silazan und/oder Siloxan ausgewählten Stoff auf. Die metallorganischen Verbindungen können jeweils als Monomer eingesetzt sein. Insbesondere weist die metallorganische
Verbindung mindestens ein Oligomer und/oder ein Polymer auf. Die Keramikvorstufe ist beispielsweise ein metallorganisches Oligomer oder Polymer. Beispielsweise wird die metallorganische Verbindung auf der Oberfläche der Halbleiterschaltung als Monomer aufgetragen. Durch thermisch, katalytisch und/oder oder photophysikalisch induzierte Polymerisation entsteht aus dem Monomer das entsprechende Polymer, das als eigentliche Keramikvorstufe fungiert. Denkbar ist auch, dass unterschiedliche Monomere zu einem Copolymerisat oder zu einer Mischung verschiedener Oligomere oder/oder Polymere umgesetzt werden. Das Copolymerisat oder die Oligomere und Polymere der Mischung dienen als Keramikvorstufe. Alternativ dazu können direkt die Polymere oder Copolymerisate und deren Mischungen auf der Oberfläche der Halbleiterschaltung aufgetragen werden.
Die metallorganischen Polymere zeigen den Vorteil, dass sie organische und anorganische Strukturen miteinander vereinen. Die organische Struktur, die meist als Seitenkette an eine Hauptkette (Backbone) gebunden ist, steuert eine
Funktionalität des Polymers in Bezug auf Vernetzungsverhalten und Vernetzungsdichte. Diese metallorganischen Polymere können wie herkömmliche organische Polymere verarbeitet werden. Die Hauptkette, die unter anderem von den Metallen der metallorganischen Verbindungen gebildet wird, gibt aufgrund ihrer molekularen Struktur die daraus erhaltene Matrix mit dem keramischem Werkstoff vor.
Nach dem Auftragen und gegebenenfalls Vernetzen der metallorganischen Verbindung wird die metallorganische Verbindung bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C temperaturbehandelt. Dabei wird ein Teil der organischen
Struktur in der metallorganischen Verbindung ausgetrieben (ausgebrannt) und ein Teil direkt in den keramischen Werkstoff umgesetzt. Nach der Temperaturbehandlung liegt eine amorphe Matrix mit nanokristallinen keramischen Bereichen vor.
Als Metallsalz kommt ein anorganisches Metallsalz, beispielsweise ein Metallcarbonat oder -nitrat in Frage. Denkbar sind insbesondere auch Metallsalze metallorganischer Verbindungen, wie die bereits oben erwähnten Carboxylate oder Alkoholate. Entsprechende Derivate mit Heteroatomen wie Schwefel oder Stickstoff sind ebenfalls einsetzbar. Denkbar sind insbesondere auch organische Derivate der Kieselsäure. Darüber hinaus sind auch organische Ammoniumderivate möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als Keramikvorstufe ein Metallsalz verwendet wird, das nach dem Zusammenbringen der Keramikvorstufe und der Halbleiterschaltung durch Temperaturbehandlung in den keramischen Werkstoff der Beschichtung überführt wird. Das Zusammenbringen der Keramikvorstufe und der Halbleiterschaltung erfolgt beispielsweise durch Lösungsbeschichtung wie Tauch- oder Tropfverfahren. Die Keramikvorstufe wird dabei insbesondere in Form eines Sols bzw. Gels auf der Oberfläche der Halbleiterschaltung aufgetragen. Die Keramikvorstufe wird dazu in einem Sol-Gel-Verfahren aufbereitet, bei dem die Keramikvorstu e in einer Lösung fein verteilt oder gelöst wird. Denkbar ist auch, dass die Keramikvorstufe in Form einer Emulsion auf der Oberfläche der Halbleiterschaltung aufgetragen wird. Nach dem Aufragen der Lösung mit der feinverteilten Keramikvorstufe wird eine Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 200°C bis 300°C durchgeführt. Es bildet sich die Beschichtung mit der Matrix mit dem keramischen Material aus. Die resultierende Beschichtung besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid. Da mit diesen Verfahren nur kleine Schichtdicken von unter 1 μm erzielbar sind, ist es hier besonders vorteilhaft, das
Auftragen der Keramikvorstufe und das Überführen der Keramikvorstufe in den keramischen Werkstoff mehrmals durchzuführen, um eine entsprechende Schichtdicke der Beschichtung zu erhalten.
Der keramische Werkstoff der Keramikvorstufe kann eine gleiche oder unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen wie der hergestellte keramische Werksstoff der Beschichtung. In einer besonderen Ausgestaltung weist der keramische Werkstoff der Beschichtung und/oder der keramische Werkstoff der
Keramikvorstufe mindestens eine Mikrowellenkeramik auf. Die Mikrowellenkeramik ist eine Keramik, die sich zum Einsatz in der Hochfrequenztechnik eignet. Es wird insbesondere als Keramikvorstufe ein keramischer Werkstoff mit einer Mikrowellenkeramik verwendet, die als Grünkeramik mit der
Halbleiterschaltung zusammengebracht und die durch Bestrahlen des Grünkörpers mit elektromagnetischen Mikrowellen in den keramischen Werkstoff der Beschichtung überführt wird. Es kommt lediglich zu einer Verdichtung des keramischen Werkstoffs der Keramikvorstufe. Die Verdichtung kann mit
Hilfe elektromagnetischer Mikrowellen (Wellenlängen zwischen 1 mm und 1 m) , beispielsweise in einem Mikrowellenofen iniziiert werden.
Zum Herstellen der Beschichtung wird in einer besonderen
Ausgestaltung als Keramikvorstufe Glas in Form eines Glaslots (Lötglas) verwendet, das nach dem Zusammenbringen der Keramikvorstufe und der Halbleiterschaltung durch Kristallisation in den keramischen Werkstoff der Beschichtung überführt wird. Bei der Kristallisation kommt es zu einer Entglasung des Glaslots. Aus dem Glas entsteht ein keramischer Werkstoff in Form einer Glaskeramik. Vorteilhaft wird dazu ein Glaslot verwendet, das thermisch entglasbar ist .
Zum Herstellen der Beschichtung wird das Glaslot beispielsweise als Glaspulver oder Mischung mehrerer
pulverförmiger Glasbestandteile auf einer Oberfläche der integrierten Halbleiterschaltung aufgetragen. Das Glaspulver wird durch Temperaturerhöhung geschmolzen. Durch Temperaturerhöhung wird zudem die Kristallisation des Glaslots iniziiert. Es kommt zur Keramisierung durch Kristallisation des keramischen Werkstoffs aus der Glasschmelze. Zum Herstellen der Beschichtung der Halbleiterschaltung ist insbesondere ein Glaslot geeignet, das bei einer relativ niedrigen Schmelztemperatur von unter 500°C schmilzt und bei einer Temperatur von unter 500°C thermisch entglasbar ist. Die Schmelztemperatur liegt vorteilhaft zwischen 200°C und 400°C. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zum Glaslot ein pulverförmiger, keramischer Füllstoff mit aufgetragen wird. Mit Hilfe des keramischen Füllstoff kann die Kristallisation des Glaslots gesteuert werden. Zudem ist auch denkbar, dass die Kristallisation einen an sich nicht oder nur schlecht thermisch entglasbaren Glaslots iniziiert werden kann. Die Partikel des keramischen Füllstoffs fungieren als Kristallisationskeime. Beispielsweise bestehen zum Herstellen der Beschichtung 70 vol% bis 80 vol% aus dem pulverförmigen Glaslot und 30 vol% bis 20 vol% aus pulverförmigen, keramischen Füllstoff. Der Füllstoffanteil kann auch bis 60 vol% und mehr betragen.
Alternativ zum Auftragen des Glaslots als Pulver wird das Glaslot als Glasschmelze auf der Oberfläche der Halbleiterschaltung aufgetragen. Vorteilhaft ist der Füllstoff bereits vor dem Auftragen mit der Glasschmelze vermengt. Nach dem Auftragen des Glaslots erfolgt die
Kristallisation des Glaslots. Die Kristallisation und damit die Keramisierung erfolgt durch Temperaturerhöhung.
Im Zusammenhang mit den vorangegangene Ausgestaltungen wird zum Zusammenbringen der Keramikvorstufe und der
Halbleiterschaltung mindestens ein aus der Gruppe Au schleuderverfahren , Schlickergussverfahren ,
Siebdruckverfahren, Tauchverfahren und/oder Tropfverfahren durchgeführt. Mit Hilfe der Verfahren wird die Keramikvorstufe auf der integrierten Halbleiterschaltung bzw. der zu schützenden Oberfläche der integrierten Halbleiterschaltung aufgetragen. Das Aufschleuderverfahren (Spin-Coating) , Tauchverfahren (Dip-Coating) und Tropfverfahren (Dispense-Verfahren) eignen sich insbesondere für das Auftragen einer Metallsalzlösung und einer Lösung einer monomeren metallorganischen Verbindung in Form eines Sols, eines Gels oder einer Emulsionen. Auch Oligomere und flüssige Polymere der metallorganischen Verbindungen können auf diese Weise aufgetragen werden. Das Siebdruckverfahren eignet sich insbesondere in Kombination mit dem Herstellen einer hochviskosen, druckbaren Paste für das Aufragen eine pulverförmigen Glaslots. Ein keramischer Werkstoff als Keramikvorstufe wird insbesondere in einem
Schlickergussverfahren aufgetragen. Denkbar ist auch, dass der keramische Werkstoff in einem Vakuumabscheideverfahren (Chemical Vapour Deposition, CVD oder Physical Vapour Deposition, PVD) auf der Halbleiterschaltung aufgetragen wird.
Zusammenfassen ergeben sich mit der vorliegenden Erfindung folgende wichtigen Vorteile:
• Mit Hilfe der Beschichtung mit der Matrix mit dem keramischen Werkstoff kann eine integrierte Halbleiterschaltung effizient vor Missbrauch geschützt werden. Die Halbleiterschaltung kann weder ausgebaut und kopiert werden noch kann Information der
Halbleiterschaltung ausgelesen werden.
• Die Beschichtung ist gegenüber verschiedensten Chemikalien resistent.
Chemikalien, gegen die die Beschichtung nicht resistent ist, führen bei Exposition des Verbunds aus
Halbleiterschaltung und Beschichtung automatisch zur Zerstörung der Halbleiterschaltung.
• Die Beschichtung ist thermisch stabil. Der Versuch, die Beschichtung thermisch zu zerstören führt zu einer weiteren Umsetzung der Keramikvorstufe oder zur weiteren Verdichtung des keramischen Werkstoffs. Der Verbund aus Beschichtung und Halbleiterschaltung wird verfestigt.
• Die Beschichtung ist mechanisch stabil und fest mit der Halbleiterschaltung verbunden. Die Beschichtung kann mechanisch von der Halbleiterschaltung nicht entfernt werden, ohne dass die Halbleiterschaltung zerstört wird.
• Die Beschichtung kann durch einfache, etablierte Beschichtungsverfahren herstellt werden.
• Durch die Zugabe eines keramischen Füllstoffs können sowohl die chemische und mechanische Stabilität als auch eine Opazität (Absorptions- und/oder Streuvermögen) der Beschichtung erhöht werden. Über den Füllstoff kann der Temperaturausdehnungskoeffizient der Beschichtung an den der Halbleiterschaltung angepasst werden.
• Die Beschichtung ist elektrisch isolierend und kann zur elektrischen Isolation der integrierten Halbleiterschaltung verwendet werden.
Anhand mehrere Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
Figur 1 zeigt eine Integrierte Halbleiterschaltung mit einer Beschichtung im seitlichen Querschnitt.
Figur 2 zeigt ein Verfahren zum Herstellen der Beschichtung der integrierten Halbleiterschaltung.
Die integrierte Halbleiterschaltung 1 ist eine elektrische Schaltung 2, die auf einem Halbleitersubstrat 3 aus Silizium aufgebracht ist (Figur 1) . Zum Schutz der integrierten Halbleiterschaltung 1 ist auf der Oberfläche 4 der integrierten Halbleiterschaltung 1 eine Beschichtung 5 aufgebracht und fest mit der Halbleiterschaltung 1 verbunden. Die Beschichtung 5 besteht aus einer Matrix mit einem keramischen Werkstoff, der aus einer Keramikvorstufe hergestellt wurde. Die Beschichtung 5 weist eine Schichtdicke 6 von etwa 50 μm auf.
Ausführungsbeispiel 1
Zum Herstellen der Beschichtung 5 der integrierten Halbleiterschaltung 1 werden 70 vol% einer siliziumorganischen Verbindung mit 30 vol% eines pulverförmigen keramischen Füllstoffs und unter Zugabe eines Katalysators vermengt und homogenisiert. Der Katalysator beschleunigt eine Vernetzung der siliziumorganischen Verbindung zum entsprechenden Polymer, das als Keramikvorstufe fungiert. Die Mischung mit der
Keramikvorstufe und die Halbleiterschaltung werden zusammengebracht. Dazu wird in einem Tropfverfahren die Mischung auf der Oberfläche der integrierten Halbleiterschaltung aufgebracht. Dies erfolgt mit Hilfe eines Dispensers, mit dem eine exakte Dosierung und damit eine bestimmte Ξchichtdicke der herzustellenden Beschichtung eingestellt werden kann. Nach erfolgtem Auftragen wird die Keramikvorstufe zum keramischen Werkstoff umgesetzt. Dies erfolgt durch Temperaturbehandlung bei einer Temperatur von 350°C bis 450°C. Es entsteht die Matrix mit dem keramischem Werkstoff .
Ausführungsbeispiel 2:
Zum Herstellen der Beschichtung 5 der integrierten Halbleiterschaltung 1 werden 80 vol% eines bei relativ niedriger Temperatur schmelzenden pulverförmigen Glaslots und 20 vol% eines pulverförmigen keramischen Füllstoffs vermengt. Aus einer Mischung aus Terpeniol, Dioctylphtalat und Ethylcellulose wird eine Basislösung für eine Paste hergestellt. Diese Basislösung wird mit der Mischung aus Glaslot und Füllstoff vermengt. Die daraus erhaltene Mischung wird in einem sogenannten Walzenstuhl homogenisiert. Das Zusammenbringen der Mischung mit der Keramikvorstufe und der Halbleiterschaltung erfolgt durch ein Siebdruckverfahren. Dabei wird eine Beschichtung mit einer Schichtdicke von etwa 50 μm aufgebracht. Nachfolgende Temperaturbehandlung zwischen 300°C und 400°C führt zum Ausbrand der Basislösung der Paste und zum Überführen des Glaslots in die Matrix mit dem keramischem Werkstoff mit dem keramischen Werkstoff. Der dabei gebildete keramische Werkstoff ist eine Glaskeramik.