本實用新型涉及功率半導(dǎo)體芯片以及功率半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

在本領(lǐng)域中通常通過超聲鍵合來實現(xiàn)功率半導(dǎo)體芯片到外界的電連接，其中鋁線被鍵合到功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化部。通過超聲鍵合，鋁線受到壓力和振動而與功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化部熔接結(jié)合。在該過程中，在鋁線和功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化部之間形成摩擦焊接連接。

鑒于銅相對于鋁的更大導(dǎo)電性和伴隨的更低電損耗，在技術(shù)上有利的是使用銅線而不是鋁線，因此要使用銅線用于超聲鍵合?？紤]到銅線具有比功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化部更大的硬度，并且考慮到在鍵合過程中銅線需要在功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化方向上接受壓力，可能對設(shè)置在鋁金屬化部下方的功率半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體區(qū)域造成損壞。

為了避免這種情況，DE 10 2006 023 167 B3提出使用設(shè)有厚金屬覆蓋層(例如鋁)的銅線進行鍵合，金屬覆蓋層具有比銅線低的硬度。在鍵合連接中，銅線通過銅線的厚金屬覆蓋層熔合地結(jié)合到功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化部，該金屬覆蓋層設(shè)置在銅線和功率半導(dǎo)體芯片的鋁金屬化部之間。金屬的厚金屬覆蓋層相對于銅線是軟的，其在鍵合期間用作彈性機械緩沖器，減小在銅線鍵合期間在功率半導(dǎo)體芯片上產(chǎn)生的局部高壓力負載。在此其缺點是生產(chǎn)具有這種厚金屬覆蓋層的銅線在技術(shù)上是昂貴的和不方便的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種具有金屬化部的功率半導(dǎo)體芯片，其中不具有厚金屬覆蓋層的銅線可以可靠地鍵合到所述金屬化部，而不會在鍵合過程中損壞功率半導(dǎo)體芯片。

該目的通過一種功率半導(dǎo)體芯片來實現(xiàn)，所述功率半導(dǎo)體芯片具有半導(dǎo)體部件主體并且具有多層金屬化部，該多層金屬化部布置在半導(dǎo)體部件主體上并且具有布置在半導(dǎo)體部件主體上方的鎳層。

此外，該目的通過一種用于制造功率半導(dǎo)體芯片的方法來實現(xiàn)，該方法包括以下方法步驟：

a)提供半導(dǎo)體部件主體；

b)將含鋁的第一金屬層施加到所述半導(dǎo)體部件主體；

c)將為鉻層、鈮層或釩層形式的第二金屬層施加到所述第一金屬層，以及將為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層形式的第三金屬層施加到第二金屬層，并且通過基于電流的電鍍將鎳層施加到第三金屬層，或者將為鉻層、鈮層或釩層形式的第二金屬層施加到第一金屬層，以及將由鎳、鈦、氮化鈦、鎢或氮化鎢構(gòu)成的中間層施加到第二金屬層，以及將為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層形式的第三金屬層施加到中間層，并且通過基于電流的電鍍將鎳層施加到第三金屬層；或者

d)通過基于電流的電鍍將鎳層施加到所述第一金屬層。

更具體地，本實用新型的目的在于提供一種包括功率半導(dǎo)體芯片和銅線的功率半導(dǎo)體器件，其中銅線被鍵合(更具體地被超聲鍵合)到功率半導(dǎo)體芯片的金屬化部，銅線與功率半導(dǎo)體芯片的金屬化部的鍵合連接具有高機械強度。

本實用新型的有利改進將從從屬權(quán)利要求變得明晰。

類似于功率半導(dǎo)體芯片的有利改進，該方法的有利改進將變得明晰，反之亦然。

如果金屬化部具有布置在半導(dǎo)體部件主體上的含鋁的第一金屬層，鎳層布置在第一金屬層上，則被證實是有利的。第一金屬層可更具體地布置在半導(dǎo)體部件主體的半導(dǎo)體材料上并且因此可與半導(dǎo)體部件主體的半導(dǎo)體材料機械接觸。

如果金屬化部具有為鉻層、鈮層或釩層形式的第二金屬層，以及布置在第二金屬層上且為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層形式的第三金屬層，所述鎳層布置在所述第三金屬層上，則被進一步證實是有利的。通過這種方式，提供高度機械穩(wěn)固的層序列。

下述被進一步證實是有利的，即金屬化部具有第二金屬層、中間層以及第三金屬層，所述第二金屬層為鉻層、鈮層或釩層的形式，所述中間層布置在第二金屬層上并且由鎳、鈦、氮化鈦、鎢或氮化鎢構(gòu)成，所述第三金屬層布置在所述中間層上并且為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層的形式，所述鎳層布置在第三金屬層上。通過這種方式，提供非常高機械強度的層序列。如果第二金屬層采取鉻層的形式以及第三金屬層采取銀層的形式，并且如果中間層由鎳構(gòu)成，則提供極其高度機械穩(wěn)固的層序列。

在本文中，如果中間層具有200nm至3000nm的厚度，則被證實是有利的，因為該厚度代表中間層的技術(shù)上特別有效的厚度。

如果金屬化部具有布置在半導(dǎo)體部件主體上的含鋁的第一金屬層，第二金屬層設(shè)置在第一金屬層上，則被進一步證實是有利的。由第二金屬層和第三金屬層構(gòu)成或由第二金屬層、中間層和第三金屬層構(gòu)成的中間層序列給予鎳層到第一金屬層的機械上非常穩(wěn)定的間接接合。第一金屬層可更具體地布置在半導(dǎo)體部件主體的半導(dǎo)體材料上，并且因此可與半導(dǎo)體部件主體的半導(dǎo)體材料機械接觸。

如果金屬化部具有布置在鎳層上的鈀層，則被進一步證實是有利的，因為在這種情況下鎳層被很好地受到保護防止氧化。

對此，如果金屬化部具有布置在鈀層上的金層，則被進一步證實是有利的。金層可靠地防止碳在鈀上的催化積聚。

如果金屬化部具有布置在鎳層上的金層，則被進一步證實是有利的，因為在這種情況下鎳層被很好地受到保護防止氧化。

如果鎳層具有至少5μm的厚度并且更具體地具有至少10μm的厚度，則被進一步證實是有利的，因為在這種情況下鎳層具有特別高的機械強度。鎳層例如可具有5μm至50μm的厚度。

此外，如果第二金屬層具有10nm至100nm的厚度，則被證實是有利的，因為該厚度代表第二金屬層的技術(shù)上特別有效的厚度。

此外，如果第三金屬層具有100nm至2000nm的厚度，則被證實是有利的，因為該厚度代表第三金屬層的技術(shù)上特別有效的厚度。

下述被進一步證實是對功率半導(dǎo)體器件有利的，即其具有本實用新型的功率半導(dǎo)體芯片和銅線，銅線被鍵合到金屬化部的鎳層、更具體地被超聲鍵合到金屬化部的鎳層，銅線的銅與鎳層的鎳接觸，因為銅線通過鍵合連接、更具體地通過超聲鍵合連接非?？煽康亟Y(jié)合到鎳層。

如果將鈀層施加到鎳層，則被進一步證實是有利的，因為在這種情況下鎳層被很好地受到保護防止氧化。

對此，如果將金層施加到鈀層，則被進一步證實是有利的。金層可靠地防止碳在鈀上的催化積聚。

如果將金層施加到鎳層，則進一步證實是有利的，因為在這種情況下鎳層被良好地受到保護防止氧化。

此外，對于用于制造功率半導(dǎo)體器件的方法而言有利的是，所述方法包括本實用新型的用于制造功率半導(dǎo)體芯片的方法，其包括以下進一步的方法步驟，其在用于制造功率半導(dǎo)體芯片的方法之后進行，在用于制造功率半導(dǎo)體芯片的方法期間施加的層，更具體地金屬層，一起形成金屬化部：

h)將銅線鍵合到金屬化部的鎳層，更具體地超聲鍵合到金屬化部的鎳層，銅線的銅與鎳層的鎳接觸。

銅線通過鍵合連接，更具體地通過超聲鍵合連接，非?？煽康亟Y(jié)合到鎳層。

附圖說明

本實用新型的示例性實施例在附圖中示出并且在下面更詳細地闡述。在附圖中：

圖1示出了本實用新型的功率半導(dǎo)體芯片的截面圖；

圖2示出了具有本實用新型功率半導(dǎo)體芯片的功率半導(dǎo)體器件的截面圖，其中銅線鍵合到其金屬化部。

具體實施方式

圖1示出本實用新型的功率半導(dǎo)體芯片1的截面圖。該功率半導(dǎo)體芯片1具有半導(dǎo)體部件主體2，多層金屬化部10布置在其上。金屬化部10具有布置在半導(dǎo)體部件主體2上方的鎳層6。在半導(dǎo)體部件主體2和鎳層6之間，金屬化部10可具有任意數(shù)量的導(dǎo)電層，更具體地是金屬層。金屬化部10的目的是將功率半導(dǎo)體芯片1電連接到外界。

半導(dǎo)體部件主體2例如可采取二極管、晶體管或晶閘管的形式。半導(dǎo)體部件主體2例如包括諸如硅或碳化硅的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體部件主體2例如優(yōu)選至少基本上由諸如硅或碳化硅的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。例如可有一個或多個電絕緣層，諸如氧化物層或聚酰亞胺層，作為半導(dǎo)體部件主體2的組成部分布置在半導(dǎo)體材料上。此外，還可有至少一個金屬層，例如更具體地由鎢、鈦或鈦-鎢合金組成的至少一個金屬層，作為半導(dǎo)體部件主體2的組成部分布置在半導(dǎo)體材料上或布置在電絕緣層上。然而，對此而言，應(yīng)當(dāng)明確指出的是，不管怎樣可選地與此不同，若將鎳層6布置在導(dǎo)電層上并且因此與該層機械接觸，該導(dǎo)電層例如可為金屬層的形式，對于本實用新型的目的而言，該層始終是金屬化部10的組成部分，而不是半導(dǎo)體部件主體2的組成部分；對于本實用新型目的而言，在這種情況下半導(dǎo)體部件主體2的半導(dǎo)體材料不被認為是層。半導(dǎo)體部件主體2的厚度優(yōu)選為30μm至700μm，更優(yōu)選為60μm至300μm。

金屬化部10可具體布置在半導(dǎo)體部件主體2的半導(dǎo)體材料上并且因此可與半導(dǎo)體部件主體2的半導(dǎo)體材料機械接觸。

金屬化部10具有布置在半導(dǎo)體部件主體2上的含鋁的第一金屬層3，鎳層6布置在第一金屬層3上。金屬化部10可在第一金屬層3和鎳層6之間具有任意數(shù)量的導(dǎo)電層，更具體地是金屬層。

金屬化部10可具有為鉻、鈮或釩層形式的第二金屬層4和布置在第二金屬層4上并且為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層形式的第三金屬層5，鎳層6布置在第三金屬層5上。第三金屬層5與第二金屬層4機械接觸。

作為對此的替代方案，金屬化部10可具有第二金屬層4、中間層13以及第三金屬層5，第二金屬層4為鉻、鈮或釩層的形式，中間層13布置在第二金屬層4上并且由鎳、鈦、氮化鈦、鎢或氮化鎢構(gòu)成，第三金屬層5布置在中間層13上并且為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層的形式，鎳層6布置在第三金屬層5上。中間層13與第二金屬層4并與第三金屬層5機械接觸。中間層13優(yōu)選具有200nm至3000nm的厚度，更具體是1500nm的厚度。

金屬化部10可在半導(dǎo)體部件主體2和第二金屬層4之間具有任意數(shù)量的導(dǎo)電層，更具體是金屬層。金屬化部10例如可具有布置在半導(dǎo)體部件主體2上的含鋁的第一金屬層3，第二金屬層4布置在第一金屬層3上。第一金屬層3可具體地布置在半導(dǎo)體部件主體2的半導(dǎo)體材料上。

金屬化部10可具有布置在鎳層6上的鈀層7。金屬化部10可具有布置在鈀層7上的金層8。

或者，金屬化部10可具有布置在鎳層6上的金層。

應(yīng)當(dāng)指出的是，總體而言，金屬化部10的所有層，特別包括鎳層6的所有層，可例如通過本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的方法制造，并且該常規(guī)的方法通常已知用于層的生產(chǎn)，例如諸如氣相沉積或濺射。

下面具體描述金屬化部10的一個有利實施例的金屬層的有利的形成。

在用于制造功率半導(dǎo)體芯片1的第一方法步驟中，提供半導(dǎo)體部件主體2。在隨后的另一方法步驟中，將含鋁的第一金屬層3施加到半導(dǎo)體部件主體2，更具體地施加到半導(dǎo)體部件主體2的半導(dǎo)體材料。第一金屬層3由鋁或鋁合金(例如AlSi)構(gòu)成?？衫缤ㄟ^電子束氣相沉積過程施加第一金屬層3。第一金屬層3優(yōu)選具有100nm至8000nm的厚度，更具體地具有1000nm至5000nm的厚度。第一金屬層3與半導(dǎo)體部件主體2機械接觸。

在隨后的另一方法步驟中，例如通過電子束氣相沉積過程，將為鉻、鈮或釩層形式的第二金屬層4施加到第一金屬層3。在這一點上應(yīng)當(dāng)指出，對于本實用新型的目的而言，鉻、鈮或釩層不僅指由所提及的化學(xué)元素構(gòu)成的層，而且還指由所述化學(xué)元素與一種或多種其它化學(xué)元素的合金構(gòu)成的層。第二金屬層4優(yōu)選具有10nm至100nm的厚度，更具體地具有50nm的厚度。第二金屬層4與第一金屬層3機械接觸。

隨后例如通過電子束氣相沉積過程，將為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層形式的第三金屬層5施加到第二金屬層4。在這一點上可指出對于本實用新型的目的而言，銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層不僅指由所提及的化學(xué)元素構(gòu)成的層，而且還指由所述化學(xué)元素與一種或多種其它化學(xué)元素的合金構(gòu)成的層。第三金屬層5優(yōu)選具有100nm至2000nm的厚度，更具體地具有600nm至1500nm的厚度。第三金屬層5與第二金屬層4接觸。

作為對此的替代方案，在隨后的進一步的方法步驟中，例如通過電子束氣相沉積過程，將為鉻、鈮或釩層形式的第二金屬層4施加到第一金屬層3，以及將由鎳、鈦、氮化鈦、鎢或氮化鎢構(gòu)成的中間層13施加到第二金屬層4，并且將為銅層、銀層、鈀層、鐵層或鋅層形式的第三金屬層5施加到中間層13。

隨后通過基于電流的電鍍將鎳層6施加到第三金屬層5。為此目的，除了第三金屬層5之外，到目前為止存在的功率半導(dǎo)體芯片的元件優(yōu)選地用電絕緣防護漆覆蓋。在電鍍中形成陰極的第三金屬層5隨后被放置成與電壓源的負電端子導(dǎo)電地連接。至此存在的功率半導(dǎo)體芯片的元件隨后被浸入到電解液中。

用于基于電流的電鍍來施加鎳層6的合適的電解液例如是氯化鎳(II)六水合物NiCl₂*6H₂O、七水合硫酸鎳(II)NiSO₄*7H₂O和硼酸(H₃BO₃)的混合物。連接到電壓源的正電端子的陽極可例如采取可溶性陽極的形式并且由鎳構(gòu)成，鎳例如可以散裝材料的顆粒形式存在。

鎳層6與第三金屬層5機械接觸。

由第二金屬層4和第三金屬層5構(gòu)成的中間層序列給予鎳層6到第一金屬層3的非常良好的間接連接。經(jīng)由第二金屬層4和第三金屬層5，鎳層6以機械上非常穩(wěn)定的方式連接到第一金屬層3。由第二金屬層4和第三金屬層5以及鎳層6構(gòu)成的本實用新型的層序列因此具有極強的機械強度，因此甚至允許銅線11(參見圖2)以特別可靠的方式鍵合到金屬化部10的鎳層6，例如通過超聲鍵合過程、具體是通過超聲楔焊鍵合到金屬化部10的鎳層6，該銅線11沒有厚的、特別是軟的金屬覆蓋層。

由第二金屬層4和第三金屬層5以及中間層13構(gòu)成的替代中間層序列允許鎳層6到第一金屬層3的非常好的間接連接。經(jīng)由第二金屬層4、經(jīng)由中間層13且經(jīng)由第三金屬層5，鎳層6以機械上非常穩(wěn)定的方式連接到第一金屬層3。由第二金屬層4和第三金屬層5以及中間層13以及鎳層6構(gòu)成的本實用新型的替代方案層序列因此具有極強的機械強度，甚至允許銅線11(參見圖2)以特別可靠的方式鍵合到金屬化部10的鎳層6，例如通過超聲鍵合過程、具體是通過超聲楔焊鍵合到金屬化部10的鎳層6，該銅線11沒有厚的、特別是軟的金屬覆蓋層。

作為對此的替代方案，也可以不施加第二金屬層4和第三金屬層5，并且在將含鋁的第一金屬層3施加到半導(dǎo)體部件主體2之后，可通過基于電流的電鍍將鎳層6施加到第一金屬層3。在這種情況下，鎳層6的厚度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地比當(dāng)存在第二金屬層4和第三金屬層5以及可選地存在中間層13時更厚，并且因此應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地通過基于電流的電鍍比當(dāng)存在第二金屬層4和第三金屬層5時更厚地施加。在該替代方案的情況下，鎳層6與第一金屬層3機械接觸。

鎳層6優(yōu)選具有至少5μm的厚度，更具體地具有至少10μm的厚度。鎳層6例如可具有5μm至50μm的厚度。在示例性實施例中，鎳層6的厚度為20μm。根據(jù)本實用新型，通過基于電流的電鍍施加鎳層6，相對于本領(lǐng)域內(nèi)用于施加金屬層的常規(guī)過程(濺射等)，該層可特別厚地、經(jīng)濟地且對半導(dǎo)體部件主體2無應(yīng)力地(不暴露于熱、輻射、壓力和/或溫度)施加，因此鎳層6具有特別的機械穩(wěn)定性。

在隨后的另一方法步驟中，為了防止鎳層6的氧化的目的，例如可將鈀層7施加到鎳層6，隨后在另一方法步驟中，金層8可施加到鈀層7。例如可通過標(biāo)準ENIPIG(Electroless Nickel Immersion Palladium Immersion Gold，化學(xué)鍍鎳浸鈀浸金)過程進行鈀層7和金層8的施加。金防止碳在鈀上的催化積聚。鈀層7與鎳層6機械接觸。金層8與鈀層7接觸。鈀層7優(yōu)選具有5nm至100nm的厚度，更具體地10nm至60nm的厚度。金層8的厚度優(yōu)選為10nm至200nm，更優(yōu)選為20nm至120nm。

作為對此的替代方案，在隨后的另一方法步驟中，也可將金層8直接施加到鎳層6(圖中未示出)。這例如可通過標(biāo)準ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold，化學(xué)鍍鎳浸金)過程進行。在這種情況下，金層8與鎳層6機械接觸。在這種情況下，布置在第四金屬層6上的金層8優(yōu)選具有20nm至150nm的厚度，更具體地50nm至100nm的厚度。

鈀層7由鈀構(gòu)成，且金層8由金構(gòu)成。

圖2示出包括本實用新型的功率半導(dǎo)體芯片1的功率半導(dǎo)體器件9的截面圖，其中銅線7被鍵合到所述芯片1上的金屬化部10的鎳層6、更具體地被超聲鍵合到所述芯片1上的金屬化部10的鎳層6。

在這一點上應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本實用新型的目的而言，銅線是由銅構(gòu)成的或由主要成分是銅的銅合金構(gòu)成的線。該銅線可選地被包覆以受到保護防止氧化，例如由至少一個薄的覆蓋層包覆，在銅線11鍵合到功率半導(dǎo)體芯片1的金屬化部10時，該覆蓋層在銅線11與功率半導(dǎo)體芯片1的金屬化部10接觸的區(qū)域中被銅線11的快速振動運動磨掉。銅線優(yōu)選具有100μm至500μm的直徑。在示例性實施例中，銅線的直徑為300μm。

以下描述功率半導(dǎo)體器件9的制造方法，其中用于制造功率半導(dǎo)體器件9的方法包括以上描述的用于制造功率半導(dǎo)體芯片1的方法，并且在制造功率半導(dǎo)體芯片1的方法之后，存在將銅線11鍵合到金屬化部10，更具體地超聲鍵合、更具體地超聲楔焊鍵合到金屬化部10，并且在鍵合發(fā)生之后，銅線11的銅與銅線11的金屬化部10的接觸。在示例性實施例中，在將銅線11鍵合到功率半導(dǎo)體芯片1的金屬化部10的過程中，存在的金層8和存在的鈀層7被銅線11的快速振動運動磨掉，因此發(fā)生銅線11到金屬化部10的鎳層6的鍵合、更特別是超聲鍵合。銅線11的銅在此與鎳層6的鎳接觸。銅線11的銅與鎳層6的鎳的接觸在此通常以由銅線11的銅和由鎳層6的鎳形成的金屬間相12或合金12的形式存在。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言令人吃驚的是，在此產(chǎn)生的效果是，銅線11到鎳層6的鍵合，更具體地超聲鍵合，產(chǎn)生強度非常高的鍵合的銅-鎳連接。銅線11到鎳層6的這種鍵合，更具體地超聲鍵合，可以在接受相對低的銅線11的壓力下進行，并且因此在鍵合、更具體地超聲鍵合期間，避免對功率半導(dǎo)體芯片1的損壞，特別是避免對半導(dǎo)體部件主體2的損壞。此外，相對于作為金屬化部的鍵合連接層的銅層，鎳層具有更大機械穩(wěn)定性的優(yōu)點，這允許采取相同層厚度的鎳層比銅層在鍵合時接受更大的壓力。

然而，非常普遍地，在這一點上可再次明確指出的是，在本實用新型的上下文中，金屬化部10的所有層，特別是包括鎳層6的所有層，可通過本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的方法制造，并且該常規(guī)的方法通常已知用于生產(chǎn)層，例如諸如氣相沉積或濺射。對于本實用新型而言的要點在于，金屬化部10包括鎳層6，從而產(chǎn)生銅線11可鍵合、更具體地超聲鍵合到的鎳層。銅線11的銅在此與鎳層6的鎳接觸。銅線11的銅與鎳層6的鎳的接觸在此通常以由銅線11的銅和由鎳層6的鎳形成的金屬間相12或者合金12的形式存在。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言令人吃驚的是，在此產(chǎn)生的效果是，銅線11到鎳層6的鍵合，更具體地超聲鍵合，產(chǎn)生強度非常高的鍵合的銅-鎳連接。在本實用新型的上下文中，金屬化部10的所有其它層可以任何方式形成，而其余的所述層和所述層序列在這種情況下特別有利。此外，所述的金屬化部10的層的產(chǎn)生也是特別有利的。

在這一點上應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)然本實用新型的不同示例性實施例的特征可以彼此任意地組合，只要特征不是相互排斥的即可。

應(yīng)當(dāng)指出的是，鎳層至少基本上由鎳構(gòu)成。還應(yīng)當(dāng)指出的是，鎳層優(yōu)選由鎳構(gòu)成，并且如果它由鎳構(gòu)成，則更具體地具有大于99.9重量％鎳的鎳含量。