功率半导体芯片以及用于制造功率半导体芯片的方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体芯片，其具有半导体部件主体(2)并且具有多层金属化部(10)，所述金属化部(10)布置在半导体部件主体(2)上并且具有布置在半导体部件主体(2)上方的镍层(6)。本发明专利技术还涉及用于制造功率半导体芯片(1)的方法。本发明专利技术还涉及功率半导体器件。本发明专利技术提供功率半导体芯片(1)，其具有金属化部(10)，在键合期间不设置有厚金属覆盖层的铜线(11)能够可靠地键合到所述金属化部(10)，而不损坏功率半导体芯片(1)。

Power semiconductor chip and method for manufacturing power semiconductor chip

The present invention relates to a power semiconductor chip, which has a semiconductor component main body (2) and has a multi-layer metal part (10), the metallization (10) arranged in the semiconductor component main body (2) and has a main body disposed on a semiconductor device (2) nickel layer (6). The invention also relates to a method for manufacturing a power semiconductor chip (1). The invention also relates to a power semiconductor device. The present invention provides a power semiconductor chip (1), which has a metallization (10), the bond period is not provided with thick metal clad copper wire (11) can be reliably bonded to the metal part (10), without damaging the power semiconductor chip (1).

【技术实现步骤摘要】
功率半导体芯片以及用于制造功率半导体芯片的方法
本专利技术涉及功率半导体芯片、用于制造功率半导体芯片的方法以及功率半导体器件。
技术介绍
在本领域中通常通过超声键合来实现功率半导体芯片到外界的电连接，其中铝线被键合到功率半导体芯片的铝金属化部。通过超声键合，铝线受到压力和振动而与功率半导体芯片的铝金属化部熔接结合。在该过程中，在铝线和功率半导体芯片的铝金属化部之间形成摩擦焊接连接。鉴于铜相对于铝的更大导电性和伴随的更低电损耗，在技术上有利的是使用铜线而不是铝线，因此要使用铜线用于超声键合。考虑到铜线具有比功率半导体芯片的铝金属化部更大的硬度，并且考虑到在键合过程中铜线需要在功率半导体芯片的铝金属化方向上接受压力，可能对设置在铝金属化部下方的功率半导体芯片的半导体区域造成损坏。为了避免这种情况，DE102006023167B3提出使用设有厚金属覆盖层(例如铝)的铜线进行键合，金属覆盖层具有比铜线低的硬度。在键合连接中，铜线通过铜线的厚金属覆盖层熔合地结合到功率半导体芯片的铝金属化部，该金属覆盖层设置在铜线和功率半导体芯片的铝金属化部之间。金属的厚金属覆盖层相对于铜线是软的，其在键合期间用作弹性机械缓冲器，减小在铜线键合期间在功率半导体芯片上产生的局部高压力负载。在此其缺点是生产具有这种厚金属覆盖层的铜线在技术上是昂贵的和不方便的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有金属化部的功率半导体芯片，其中不具有厚金属覆盖层的铜线可以可靠地键合到所述金属化部，而不会在键合过程中损坏功率半导体芯片。该目的通过一种功率半导体芯片来实现，所述功率半导体芯片具有半导体部件主体并且具有多层金属化部，该多层金属化部布置在半导体部件主体上并且具有布置在半导体部件主体上方的镍层。此外，该目的通过一种用于制造功率半导体芯片的方法来实现，该方法包括以下方法步骤：a)提供半导体部件主体；b)将含铝的第一金属层施加到所述半导体部件主体；c)将为铬层、铌层或钒层形式的第二金属层施加到所述第一金属层，以及将为铜层、银层、钯层、铁层或锌层形式的第三金属层施加到第二金属层，并且通过基于电流的电镀将镍层施加到第三金属层，或者将为铬层、铌层或钒层形式的第二金属层施加到第一金属层，以及将由镍、钛、氮化钛、钨或氮化钨构成的中间层施加到第二金属层，以及将为铜层、银层、钯层、铁层或锌层形式的第三金属层施加到中间层，并且通过基于电流的电镀将镍层施加到第三金属层；或者d)通过基于电流的电镀将镍层施加到所述第一金属层。更具体地，本专利技术的目的在于提供一种包括功率半导体芯片和铜线的功率半导体器件，其中铜线被键合(更具体地被超声键合)到功率半导体芯片的金属化部，铜线与功率半导体芯片的金属化部的键合连接具有高机械强度。本专利技术的有利改进将从从属权利要求变得明晰。类似于功率半导体芯片的有利改进，该方法的有利改进将变得明晰，反之亦然。如果金属化部具有布置在半导体部件主体上的含铝的第一金属层，镍层布置在第一金属层上，则被证实是有利的。第一金属层可更具体地布置在半导体部件主体的半导体材料上并且因此可与半导体部件主体的半导体材料机械接触。如果金属化部具有为铬层、铌层或钒层形式的第二金属层，以及布置在第二金属层上且为铜层、银层、钯层、铁层或锌层形式的第三金属层，所述镍层布置在所述第三金属层上，则被进一步证实是有利的。通过这种方式，提供高度机械稳固的层序列。下述被进一步证实是有利的，即金属化部具有第二金属层、中间层以及第三金属层，所述第二金属层为铬层、铌层或钒层的形式，所述中间层布置在第二金属层上并且由镍、钛、氮化钛、钨或氮化钨构成，所述第三金属层布置在所述中间层上并且为铜层、银层、钯层、铁层或锌层的形式，所述镍层布置在第三金属层上。通过这种方式，提供非常高机械强度的层序列。如果第二金属层采取铬层的形式以及第三金属层采取银层的形式，并且如果中间层由镍构成，则提供极其高度机械稳固的层序列。在本文中，如果中间层具有200nm至3000nm的厚度，则被证实是有利的，因为该厚度代表中间层的技术上特别有效的厚度。如果金属化部具有布置在半导体部件主体上的含铝的第一金属层，第二金属层设置在第一金属层上，则被进一步证实是有利的。由第二金属层和第三金属层构成或由第二金属层、中间层和第三金属层构成的中间层序列给予镍层到第一金属层的机械上非常稳定的间接接合。第一金属层可更具体地布置在半导体部件主体的半导体材料上，并且因此可与半导体部件主体的半导体材料机械接触。如果金属化部具有布置在镍层上的钯层，则被进一步证实是有利的，因为在这种情况下镍层被很好地受到保护防止氧化。对此，如果金属化部具有布置在钯层上的金层，则被进一步证实是有利的。金层可靠地防止碳在钯上的催化积聚。如果金属化部具有布置在镍层上的金层，则被进一步证实是有利的，因为在这种情况下镍层被很好地受到保护防止氧化。如果镍层具有至少5μm的厚度并且更具体地具有至少10μm的厚度，则被进一步证实是有利的，因为在这种情况下镍层具有特别高的机械强度。镍层例如可具有5μm至50μm的厚度。此外，如果第二金属层具有10nm至100nm的厚度，则被证实是有利的，因为该厚度代表第二金属层的技术上特别有效的厚度。此外，如果第三金属层具有100nm至2000nm的厚度，则被证实是有利的，因为该厚度代表第三金属层的技术上特别有效的厚度。下述被进一步证实是对功率半导体器件有利的，即其具有本专利技术的功率半导体芯片和铜线，铜线被键合到金属化部的镍层、更具体地被超声键合到金属化部的镍层，铜线的铜与镍层的镍接触，因为铜线通过键合连接、更具体地通过超声键合连接非常可靠地结合到镍层。如果将钯层施加到镍层，则被进一步证实是有利的，因为在这种情况下镍层被很好地受到保护防止氧化。对此，如果将金层施加到钯层，则被进一步证实是有利的。金层可靠地防止碳在钯上的催化积聚。如果将金层施加到镍层，则进一步证实是有利的，因为在这种情况下镍层被良好地受到保护防止氧化。此外，对于用于制造功率半导体器件的方法而言有利的是，所述方法包括本专利技术的用于制造功率半导体芯片的方法，其包括以下进一步的方法步骤，其在用于制造功率半导体芯片的方法之后进行，在用于制造功率半导体芯片的方法期间施加的层，更具体地金属层，一起形成金属化部：h)将铜线键合到金属化部的镍层，更具体地超声键合到金属化部的镍层，铜线的铜与镍层的镍接触。铜线通过键合连接，更具体地通过超声键合连接，非常可靠地结合到镍层。附图说明本专利技术的示例性实施例在附图中示出并且在下面更详细地阐述。在附图中：图1示出了本专利技术的功率半导体芯片的截面图；图2示出了具有本专利技术功率半导体芯片的功率半导体器件的截面图，其中铜线键合到其金属化部。具体实施方式图1示出本专利技术的功率半导体芯片1的截面图。该功率半导体芯片1具有半导体部件主体2，多层金属化部10布置在其上。金属化部10具有布置在半导体部件主体2上方的镍层6。在半导体部件主体2和镍层6之间，金属化部10可具有任意数量的导电层，更具体地是金属层。金属化部10的目的是将功率半导体芯片1电连接到外界。半导体部件主体2例如可采取二极管、晶体管或晶闸管的形式。半导体部件主体2例如包括诸如硅或碳化硅的半导体材料。半导体部件主体2例如优选至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体芯片，其特征在于，所述功率半导体芯片具有半导体部件主体(2)并且具有多层金属化部(10)，所述多层金属化部(10)布置在半导体部件主体(2)上并且具有布置在半导体部件主体(2)上方的镍层(6)。

【技术特征摘要】
2015.11.20 DE 102015120161.5;2016.09.15 DE 10201611.一种功率半导体芯片，其特征在于，所述功率半导体芯片具有半导体部件主体(2)并且具有多层金属化部(10)，所述多层金属化部(10)布置在半导体部件主体(2)上并且具有布置在半导体部件主体(2)上方的镍层(6)。2.根据权利要求1所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述金属化部(10)具有布置在所述半导体部件主体(2)上的含铝的第一金属层(3)，所述镍层(6)布置在第一金属层(3)上。3.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述金属化部(10)具有第二金属层(4)以及第三金属层(5)，所述第二金属层(4)为铬层、铌层或钒层的形式，所述第三金属层(5)布置在所述第二金属层(4)上并且为铜层、银层、钯层、铁层或锌层的形式，所述镍层(6)布置在所述第三金属层(5)上。4.根据权利要求1或2所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述金属化部(10)具有第二金属层(4)、中间层以及第三金属层(5)，所述第二金属层(4)为铬层、铌层或钒层的形式，所述中间层布置在所述第二金属层(4)上并且由镍、钛、氮化钛、钨或氮化钨构成，所述第三金属层(5)布置在所述中间层(13)上并且为铜层、银层、钯层、铁层或锌层的形式，所述镍层(6)布置在所述第三金属层(5)上。5.根据权利要求4所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述中间层(13)具有200nm至3000nm的厚度。6.根据权利要求3至5中任一项所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述第二金属层(4)具有10nm至100nm的厚度。7.根据权利要求3至6中任一项所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述第三金属层(5)具有100nm至2000nm的厚度。8.根据权利要求3至7中任一项所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述金属化部(10)具有布置在所述半导体部件主体(2)上的含铝的第一金属层(3)以及所述第二金属层(4)布置在所述第一金属层(3)上。9.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述金属化部(10)具有布置在所述镍层(6)上的钯层(7)。10.根据权利要求9所述的功率半导体芯片，其特征在于，所述金属化部(10)具有布置在所述钯层(7)上的金层(8)。11.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·M·舒尔茨，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE