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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-306247
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.30624
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 11 August 2014 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Heiner Jakob Gores |
| Tag der Prüfung: | 22 Juli 2014 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Physikalische und Theoretische Chemie > Lehrstuhl für Chemie IV - Physikalische Chemie (Solution Chemistry) > PD Dr. Heiner Jakob Gores |
| Stichwörter / Keywords: | adhesion promoter, electrochemical deposition, electronic devices |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 670 Industrielle Fertigung |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 30624 |
Zusammenfassung (Englisch)
This work describes several approaches and two major advances obtained by numerous studies on the areas of semiconductor packaging technologies including adhesion promotion technology and copper surface design for interconnect techologies. This work was partially performed during the last decade in collaboration with the workgroup “Electrochemistry and Electrolytes” at the University of ...
Zusammenfassung (Englisch)
This work describes several approaches and two major advances obtained by numerous studies on the areas of semiconductor packaging technologies including adhesion promotion technology and copper surface design for interconnect techologies. This work was partially performed during the last decade in collaboration with the workgroup “Electrochemistry and Electrolytes” at the University of Regensburg, Institute of Physical and Theoretical Chemistry, chair Prof. Dr. W. Kunz. All analytical work and investigations on processes and manufacturing technologies was done at Infineon AG at different locations worldwide.
In the first main part both the design and development of adhesionpromoter technologies for semiconductor devices is reviewed. The focus is put on electrochemical deposition of nanostructured adhesion promoters.
The results of this work were the industrialization of the deposition of a Zn-Cr alloy as a nanoporous adhesion promoter after assembly of the semiconductor device right before encapsulation. As an important innovation, the deposition of the adhesion promoter was successfully performed on all metallic surfaces of the chip and the package including aluminium chip metallisation, leadframe, solder and interconnect wires. Particularly activation of aluminum for the subsequent electrochemical deposition of Zn-Cr alloy was a major resolved challenge besides various aspects of the deposition process itself.
Results are reported on deposition mechanisms for obtaining a nanoporous layer by electrochemical deposition.
In addition, respective process investigations are described to gain a best-in-class adhesion promoter technology for highly reliable power semiconductor devices including finally the integration of this technology into the manufacturing process flow.
As further major developments new electrolytes were obtained by these works enabling the withdrawal of unwanted and environmentally detrimental chromium-VI species in the process and improving plating homogeneity as well. These novel examples include electrolytes for Zn-Mo and Zn-V alloys.
In the second part presented as an addendum, the surface design of copper with organic molecules is reported. These organic coatings are preventing uncontrolled oxidation of copper and are therefore prerequisites for processing copper surfaces during soldering or during copper wirebonding. A short review of the copper oxidation kinetics is given as well. The efficiency of oxidation protection of copper coated with 1H-benzotrialzole, mercaptobenzimidazole, decanethiole, poly(1-vinylimidazole), poly(4-vinylimidazole) and poly(benzimidazole) is discussed. The application to either soldering processes or copper wirebonding was shown and an outlook is given for the usage of organic molecules as Cu passivations in these applications.
To sum up, various advances have been reached some have already been included in current production processes. Suffice it to mention that also several novel aspects were studied that may be useful for future progress.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Arbeit werden mehrere Ansätze beschrieben, um in Halbleiter Gehäusen Grenzflächen Haftung zwischen Polymeren und Metallen zu vergrößern und daraus eine Technologie identifiziert, die zu einer massiven Haftungsverbesserung führt und somit einen Durchbruch hinsichtlich Zuverlässigkeit in Halbleiter Gehäusen darstellt. Eine weitere Technologie wird beschrieben, die es ermöglicht, Kupfer ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In dieser Arbeit werden mehrere Ansätze beschrieben, um in Halbleiter Gehäusen Grenzflächen Haftung zwischen Polymeren und Metallen zu vergrößern und daraus eine Technologie identifiziert, die zu einer massiven Haftungsverbesserung führt und somit einen Durchbruch hinsichtlich Zuverlässigkeit in Halbleiter Gehäusen darstellt. Eine weitere Technologie wird beschrieben, die es ermöglicht, Kupfer Oberflächen speziell zu modifizieren um diese bei Verbindungstechniken innerhalb der Halbleiter Bauelemente Fertigung vor Korrosion und Oxidation zu schützen.
Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe „Elektrochemie und Elektrolyte“ der Universität Regensburg, Lehrstuhl „Physikalische und theoretische Chemie“, Prof. Dr. W. Kunz und im Rahmen von Entwicklungsprojekten bei der Infineon AG an weltweiten Standorten durchgeführt.
Im ersten Hauptteil wird zunächst ein Überblick über mögliche Ansätze zu Haftvermittler Technologien gegeben. Daraus wird ein Fokus auf elektrochemische Abscheidung von Nano-Strukturen als Haftvermittler abgeleitet.
Die Ergebnisse der Arbeit stellt die Industrialisierung einer Abscheidung einer Zink-Chrom Legierung als nanoporöse Schicht dar, und zwar direkt nach erfolgter Verbindungstechnik des Halbleiter Chips und vor dem hermetischen Vergießen des Bauelementes mit Harz. Die Schlüsselstelle dieser Technologie ist die Abscheidung des Haftvermittlers auf jeglichen metallischen Oberflächen des Bauelementes wie dem Halbleiterchip, dem Chipträger, den Verbindungsdrähten und dem Chip Lot. Speziell die Abscheidung der Zn-Cr Legierung auf Aluminium Oberflächen des Chips und der Verbindungsdrähte stellte hier eine große Herausforderung dar.
Es werden experimentelle Ergebnisse beschrieben, die auf den Abscheidemechanismus dieser nanoporösen Schicht hinweisen und entsprechende Modelle diskutiert und abgeleitet.
Weiterhin werden spezielle Untersuchung zum Abscheideprozess und der Prozessintegration in bestehende Prozessabläufe beschrieben, die zu einer Haftvermittler Technologie führt, die heute als Spitzentechnologie für hochzuverlässige Leistungshalbleiter Bauelementen gilt.
Zudem wurden neue Elektrolyte für diese Technologie entwickelt, die eine Substitution des Chrom-VI haltigen Elektrolyt ermöglicht und eine weitere prozesstechnische Optimierung bezüglich Schichthomogenität ermöglicht. Darunter befinden sich zum Beispiel Elektrolyte zur Abscheidung von Zink-Molybdän und Zink-Vanadium Legierungsschichten.
Im zweiten Teil der Arbeit werden organische Moleküle aufgezeigt und experimentell getestet, die eine Passivierung von Kupfer ermöglichen und somit ein gezieltes Oberflächen Design ermöglichen, angepasst an spezifische Verarbeitungsprozesse wie das Löten auf Kupferoberflächen oder das Drahtbonden auf Kupferoberflächen mit Kupferdrähten.
Es wird ein kurzer Überblick über die Oxidationskinetik von Kupfer gegeben. Kupferoberflächen wurden experimentell mit unterschiedlichen Substanzen wie 1H-Benzotriazol, Mercaptobenzimidazol, Decanthiol, Poly-1-vinylimidazol, Poly-4-vinylimidazol und Polybenzimidazol beschichtet und die Effektivität des Oxidationsschutzes bei Lötprozessen und bei Drahtbond Prozessen bewertet sowie ein Ausblick auf die Nutzbarkeit gegeben.
Zusammenfassend werden mehrere Oberflächen und Grenzflächen Designelemente für die Halbleiterindustrie beschrieben von denen bereits einige in neue Halbleiterprodukte eingeflossen sind.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 00:50
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