Beim Diffusionslöten entstehen spröde intermetallische Pha- sen, die zwar eine hochtemperaturfeste Diffusionslotstelle gewährleisten, jedoch beim Verbinden von Teilen mit unter- schiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten Probleme in der Weise verursachen, daß Mikrorisse durch die Diffusions- lotstelle wandern. Im äußersten Fall kann es zu Delaminatio- nen der zu verbindenden Teile kommen. Somit wird der Vorteil der höheren Temperaturbeständigkeit von Diffusionslotstellen- verbindungen zwischen zwei Teilen durch erhöhte Empfindlich- keit gegenüber mechanischem Stress und insbesondere gegenüber Temperaturwechselbeanspruchungen teilweise kompensiert. Die- ses macht sich besonders dann nachteilig bemerkbar, wenn Steuerungs-und Leistungsmodule für die Automobiltechnik mit Diffusionslotstellen gefertigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Diffusionslotstelle anzu- geben, die Mikrorissbildungen unter thermomechanischer Bela- stung behindert und eine größere Zuverlässigkeit und Lebens- dauer der Diffusionslotstelle ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Diffusionslotstelle zwischen zwei über die Diffusionslotstelle verbundene Teile geschaffen, wo- bei die Diffusionslotstelle intermetallische Phasen von min- destens zwei Lotkomponenten aufweist. Die erste der beiden

Lotkomponenten weist einen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes der intermetallischen Phasen und die zweite der Lotkomponenten weist einen Schmelzpunkt oberhalb der in- termetallischen Phasen auf. Zusätzlich weist die Diffusions- lotstelle in ihrem Diffusionsbereich neben den intermetalli- schen Phasen Nanopartikel eines Zusatzwerkstoffes auf, der räumlich verteilt angeordnet ist.

Die Anwesenheit von Nanopartikeln in einem Diffusionsbereich der Diffusionslotstelle, d. h. in dem Bereich, in dem sich vorzugsweise intermetallische Phasen gebildet haben, hat den Vorteil, daß Mikrorisse, die von den intermetallischen Phasen bei thermischer Belastung der Diffusionslotstelle ausgehen, durch die Nanopartikel am Durchwandern der gesamten Lotstelle gehindert werden.

Somit wird eine Delamination zwischen den zwei Teilen unter- bunden und zusätzlich gewährleistet, daß die Diffusionslot- stelle eine größere Lebensdauer aufweist und eine höhere Stressbelastung übersteht. Somit werden die Auswirkungen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden zu verbindenden Teile und der metallischen Phasen ge- mildert und teilweise unterbunden.

In einer derartigen Diffusionslotstelle kann ein Bereich der Diffusionslotstelle außerhalb des Diffusionsbereichs mit Ma- terial der zweiten Lotkomponente frei von Nanopartikeln sein.

Da die zweite Lotkomponente einen Schmelzpunkt aufweist, der oberhalb der intermetallischen Phasen liegt, kann es beim Herstellen der Diffusionslotstelle dazu kommen, daß ein Teil der zweiten Lotkomponente weder angelöst noch erschmolzen wird. In diesem Bereich der Diffusionslotstelle findet dann auch keine Diffusion statt und ebenso keine Verteilung von Nanopartikeln, die sich nur im schmelzflüssigen Diffusionsbe- reich der Diffusionslotstelle während der Herstellung der Diffusionslotstelle verteilen können. Somit ergibt sich ein charakteristisches Merkmal für Lotverbindungen, die mit dem

erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, indem ein Schliffbild der Diffusionslotstelle einen von Nanopartikeln freien Bereich aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Diffusionslotstelle wird ein ther- mischer Spannungsausgleich zwischen dem ersten der Teile und dem zweiten der Teile bereitgestellt, wobei der erste der zwei Teile einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizi- ent als der zweite der zwei Teile aufweist. Dieser Spannungs- ausgleich erfolgt teilweise über die Nanopartikel, die eine negative Wirkung der intermetallischen Phase, nämlich das Verspröden der Diffusionslotstelle teilweise auffangen. Der thermische Spannungsausgleich basiert teilweise auch darauf, daß Nanopartikel eingesetzt werden, deren thermischer Ausdeh- nungskoeffizient zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten der ersten Lotkomponente und dem thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten der zweiten Lotkomponente liegt. Das be- deutet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Nano- partikel des Zusatzwerkstoffes größer als der thermische Aus- dehnungskoeffizient des ersten Teils und kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des zweiten Teils ist.

Eine derartige Diffusionslotstelle kann als ein erstes Teil einen Halbleiterchip aufweisen und als ein zweites Teil einen metallischen Systemträger mit einer Halbleiterchipinsel als Sourcekontakt für den Halbleiterchip und mit Flachleitern, welche die Chipinsel umgeben und als Drainkontakt und/oder als Gatekontakt für den Halbleiterchip dienen. Insbesondere bei diesen Halbleiterchips, die aufgrund ihrer hohen Verlust- wärmeentwicklung als Leistungsbauteile eine intensive Kühlung benötigen, ist es von Vorteil, daß ein großflächiger metalli- scher Kontakt über eine Diffusionslotstelle sowohl auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips mit seinem gemeinsamen Drainkontakt für mehrere 100.000 parallel geschaltete MOS- Transistoren, als auch eine großflächige Kontaktierung über eine Diffusionslotstelle zu der metallischen Halbleiterchi- pinsel eines Systemträgers. Sowohl der großflächige Drainkon-

takt als auch der großflächige Sourcekontakt zu der Halblei- terchipinsel sorgen für eine effektive Abfuhr der Verlustwär- me eines derartigen Leistungsbauteils.

Eine erste Lotkomponente mit geringerem Schmelzpunkt als die intermetallischen Phasen der Diffusionslotstelle kann Zinn oder eine Zinnlegierung aufweisen. Dieses Zinn neigt dazu, mit verschiedenen Edelmetallen wie Gold oder Silber und auch Kupfer intermetallische Phasen zu bilden, die eine hochtempe- raturfeste Diffusionslotstelle schaffen. Die zweite Lotkompo- nente kann somit Silber, Gold, Kupfer oder Legierungen der- selben aufweisen. Die Materialien der Lotkomponenten werden in Form von Beschichtungen auf die beiden zu verbindenden Teile aufgebracht und auf diesen Beschichtungen werden Nano- partikel der Diffusionslotstelle angeordnet. Somit weist min- destens eine der Lotkomponenten eine Beschichtung mit Nano- partikeln der Diffusionslotstelle auf.

Die Nanopartikel des Zusatzwerkstoffes können auf Beschich- tungen auf der Oberseite eines Halbleiterwafers angeordnet sein. Diese Anordnung auf einem Halbleiterwafer hat den Vor- teil, daß bereits bei einem Temperschritt für die metalli- schen Leiterbahnen und für die Kontaktflächen einer Halblei- terwaferoberfläche die auf die Oberseite aufgebrachten Nano- partikel in die Beschichtung eindringen können. Darüber hin- aus hat das Aufbringen der Nanopartikel auf einem Halbleiter- wafer den Vorteil, daß gleichzeitig für viele Halbleiterchips das Aufbringen der Nanopartikel mit einem einzigen Verfah- rensschritt erfolgen kann.

Anstelle des Halbleiterchips kann auch die zum Systemträger gehörende Chipinsel eine Beschichtung mit Nanopartikeln der Diffusionslotstelle aufweisen. Diese Nanopartikel werden be- reits bei der Herstellung eines Systemträgers schichtförmig beispielsweise auf der Chipinsel angeordnet und können dann beim Zusammenbringen einer entsprechenden Beschichtung auf

der Rückseite des Halbleiterchips mit der Chipinsel in dem Diffusionsbereich der Diffusionslotstelle verteilt werden.

Die Nanopartikel des Zusatzstoffes selbst können eine amorphe Substanz aufweisen. Amorphe Substanzen haben gegenüber den zu verbindenden Teilen wie beispielsweise einem Halbleiterchip und einem metallischen Systemträger den Vorteil, daß ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient je nach Zusammensetzung der amorphen Substanzen an die zu verbindenden Teile angepaßt werden kann.

Es können die Nanopartikel des Zusatzstoffes Silikate aufwei- sen. Derartige Silikate basieren auf Siliziumdioxyd in amor- pher Form und weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizien- ten auf, der etwas größer als der thermische Ausdehnungs- koeffizient von reinem Silizium, wie es für Halbleiterchips eingesetzt wird, aufweist.

Die Nanopartikel des Zusatzwerkstoffes können Borsilikate oder Phosphorsilikate aufweisen, die gegenüber reinem Silizi- umdioxyd als Silikat bzw. als amorphes Glas einen etwas grö- ßeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, so daß durch geeignete Mischungen ein optimal zugeschnittener ther- mischer Ausdehnungskoeffizient für die Nanopartikel des Zu- satzwerkstoffes erreicht werden kann.

Vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Diffusionslotstelle für elektrische Verbindungen von Komponenten eines Leistungs- moduls einzusetzen. Wie oben bereits erwähnt, sind bei Lei- stungsbauteilen und Leistungsmodulen erhebliche Verlustlei- stungen abzuführen. Durch die Diffusionslotstelle wird eine intensive thermische Ankopplung der Verlustwärme erzeugende Halbleiter des Leistungsmoduls an den entsprechenden Schal- tungsträger eines Leitungsmoduls hergestellt, insbesondere dann, wenn der Schaltungsträger aus einem Metall besteht.

Aufgrund der guten Wärmeleitungseigenschaften von Metall kann somit die Verlustleistung des Leistungshalbleiters über die

Diffusionslotstelle optimal abgeführt werden. Die Betrieb- stemperaturen für entsprechende Leistungsmodule können auf über 175°C bis zu 230°C gesteigert werden.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Diffusionslotstelle zwi- schen zwei über die Diffusionslotstelle verbundenen Teilen ist durch nachfolgende Verfahrensschritte gekennzeichnet. Zu- nächst wird ein erster der zwei zu verbindenden Teile mit der ersten Lotkomponente beschichtet. Anschließend wird ein zwei- ter der zwei Teile mit der zweiten Lotkomponente beschichtet, die einen höheren Schmelzpunkt aufweist als die erste Lotkom- ponente. Als nächstes werden Nanopartikel auf eine der beiden Beschichtungen aufgebracht. Anschließend werden die beiden Teile mit ihren Beschichtungen unter Erwärmung des zweiten Teils mit der Beschichtung der zweiten Lotkomponente auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der ersten Lotkompo- nente und unterhalb der Temperatur des Schmelzpunktes der zweiten Lotkomponente unter Bildung von intermetallischen Phasen zusammengefügt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das eine Teil die Lot- komponente mit dem niedrigen Schmelzpunkt trägt und das ande- re Teil die Lotkomponente mit dem hohen Schmelzpunkt auf- weist. Jedoch ist es auch möglich, daß beide Teile zunächst Beschichtungen mit der Lotkomponente mit hohem Schmelzpunkt aufweisen und mindestens eines der beiden Teile eine dünne Schicht der Lotkomponente mit dem niedrigen Schmelzpunkt auf- weist. Beim Zusammenfügen schmilzt aufgrund der oben erwähn- ten Temperaturverhältnisse die erste Lotkomponente mit ihrer niedrigen Temperatur auf und es können sich die Nanopartikel in dieser Schmelze verteilen. Gleichzeitig diffundieren Atome der Beschichtung mit der hochschmelzenden Komponente in den Diffusionsbereich und bilden bei geeigneter Zusammensetzung intermetallische Phasen. Somit liegen während dieses Auf- schmelzens in dem Diffusionsbereich der Diffusionslotstelle nebeneinander nicht aufgeschmolzene Nanopartikel und sich bildende intermetallische Phasen vor.

Beim Erkalten des Diffusionsbereich der Diffusionslotstelle wird das Fortschreiten oder Wandern von Mikrorissen, die von den intermetallischen Phasen ausgehen können, durch die Nano- partikel behindert. Auch wenn die Diffusionslotstelle auf- grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizi- enten der miteinander verbundenen Teile thermischen Spannun- gen ausgesetzt wird, können sich bildende Mikrorisse in der Umgebung der spröden intermetallischen Phase nicht durch die gesamte Diffusionsschicht ausbreiten und evtl. eine Delamina- tion verursachen, da die Nanopartikel des Zusatzwerkstoffes dieses verhindern.

Das Aufbringen von Nanopartikeln auf eine der beiden Be- schichtungen kann durch Zumischen von Nanopartikeln in einem Elektrolythbad zur galvanischen Abscheidung der Beschichtun- gen erfolgen. Bei einer derartigen Herstellung der Beschich- tungen werden die Nanopartikel bereits bei der Entstehung der Beschichtung relativ gleichmäßig in der Beschichtung ver- teilt.

Bei einem anderen Durchführungsbeispiel des Verfahrens kann das Aufbringen von Nanopartikeln auf eine der beiden Be- schichtungen durch Aufstäuben unter anschließendem Aufwalzen erfolgen, um die Nanopartikel mechanisch mit der Oberfläche der Beschichtung zu verankern. Dieses Verfahren ist relativ preiswert durchführbar und führt zu einem kostengünstigen Er- gebnis, in dem die Oberfläche der Beschichtung nun von Nano- partikeln belegt ist.

Das Aufbringen von Nanopartikeln kann auch auf eine der bei- den Beschichtungen dadurch erfolgen, daß zunächst die Nano- partikel aufgestäubt werden und anschließend bei einem Tem- perschritt, der eventuell für die Beschichtung erforderlich wird, ein Einschmelzen der Nanopartikel in die Oberfläche der Beschichtung erfolgt. Diese Technik ist dann vorteilhaft an- wendbar, wenn beispielsweise ein Halbleiterwafer mit mehreren

Halbleiterchips auf seiner aktiven Oberseite mit Nanoparti- keln in den Bereichen einer Diffusionslotstelle zu beschich- ten ist. Somit kann mit dieser Verfahrensvariante gleich eine hohe Anzahl an Halbleiterchips mit entsprechenden Nanoparti- keln für die Diffusionslotstellenverbindungen versehen wer- den.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß Verbindungen mit Dif- fusionslöten spröde sind und aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zu ihren Verbindungspartnern oder Verbindungsteilen nicht zuverlässig gegen thermomechanischen Stress geschützt sind. Dieser thermomechanische Stress führt zu großen Spannungen an den Grenzflächen. Dadurch können Mi- krorisse in Verbindungsmaterialien insbesondere in der Umge- bung von intermetallischen Phasen nach entsprechenden hohen Stressbelastungen oder bei der Herstellung der Diffusionslot- stellenverbindungen auftreten. Derartige Stressbelastungen insbesondere bei hohen Temperaturwechseln können sogar zur Delamination der Diffusionslotstelle führen.

Durch ein entsprechendes Vermischen der Diffusionsmaterialien und Lotkomponenten mit den Nanopartikeln bei dem Lötprozess werden diese Materialien ein Angleichen der Ausdehnungs- koeffizienten aufgrund ihrer räumlichen Beschaffenheit bewir- ken. Dies führt zum Minimieren des thermomechanischen Stres- ses. Weiterhin wird eine Wanderung und Verbreitung von Mikro- rissen durch die Nanopartikel unterdrückt.

Somit wird mit der Benutzung von Nanopartikeln im Diffusions- lötprozess ein Ausgleich der Ausdehnungskoeffizienten zwi- schen dem Diffusionslot aus den zwei Lotkomponenten und den Verbindungspartnern oder Teilen erreicht.

Das Einbringen der Nanopartikel in die Diffusionslötmateria- lien und die dort sich bildende Diffusionszone ist mit unter- schiedlichen Verfahren wie folgt möglich :

Wenn sich die Legierungssysteme bereits auf den Verbin- dungsteilen befinden (z. B. auf einem Wafer oder einem Systemträger) können die Nanopartikel flächig auf die Legierungssysteme aufgebracht werden. Anschließend wer- den die Verbindungsteile zusammengefügt. Bei diesem Zu- sammenfügen befinden sich die Nanopartikel direkt an der Grenzfläche zwischen beiden Lotkomponenten.

Wird als Legierungssystem eine Vorform verwendet, so können die Nanopartikel beim Herstellen der Vorform, z. B. beim Herstellen von Bändern, Drähten, Kugeln usw., mit in die Schmelze eingemischt werden und nach erfolg- tem Erstarren in die Legierung eingewalzt werden.

Auch können die Nanopartikel während eines galvanischen Abscheidens der Legierungsbeschichtung auf den jeweili- gen Verbindungsteilen eingebracht werden, indem diese dem Abscheideelektrolyten zugemischt werden. Während der Abscheidung der Legierungsbeschichtung bauen sich die Nanopartikel homogen in die Legierungsschicht ein.

Somit verteilen sich die Nanopartikel beim Verbinden der Fü- gepartner in der Schmelze zunächst homogen und können sich dann jedoch an der Grenzfläche zusätzlich anreichern durch entsprechende Konvektionsströmungen in der Schmelze, so daß die Nanopartikel in erhöhter Konzentration im Bereich der in- termetallischen Phasen im sogenannten Diffusionsbereich der Diffusionslotstelle angereichert sind.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein schematisches Schrägschliffbild durch ei- ne Diffusionsstelle einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 zeigt einen schematischen Schrägschliff durch Tei- le, die über eine Diffusionslotstelle zusammenge- fügt werden,

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektronisches Bauteil, das mehrere Diffusionslot- stellen aufweist.

Figuren 4 bis 8 zeigen schematische Querschnitte durch einen Halbleiterwafer zur Herstellung von mehreren elek- tronischen Bauteilen, die Diffusionslotstellen auf- weisen, Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer, Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer nach Aufbringen einer ersten Lot- komponente auf seiner Rückseite, Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer nach Aufbringen einer ersten Lot- komponente auf seiner aktiven Oberseite, Figur 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer nach Strukturieren der ersten Lot- komponente auf seiner aktiven Oberseite, Figur 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer nach Aufbringen von Nanopartikeln auf seiner strukturierten ersten Lotkomponente, Figur 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterchip für ein Halbleiterbauteil mit Diffu- sionslotstellen, Figuren 10 bis 12 zeigen schematische Querschnitte von Tei- len, die zu einem Bauteil mit Diffusionslotstellen miteinander verbunden sind, Figur 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Flachleiterrahmen mit Flachleiterenden, die mit ei- ner zweiten Lotkomponente 6 beschichtet sind, Figur 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterchip mit Beschichtungen einer ersten Lot- komponente 5 auf Ober und Rückseite, Figur 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Chipinsel eines Systemträgers mit einer Beschich- tung einer zweiten Lotkomponente,

Figur 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektronisches Bauteil mit Diffusionslotstellen vor einem Abbiegen der Flachleiter zu Außenanschlüssen.

Figur 1 zeigt ein schematisches Schrägschliffbild durch eine Diffusionslotstelle 2 einer ersten Ausführungsform der Erfin- dung.

Das Bezugszeichen 3 kennzeichnet ein erstes Teil, das über die Diffusionslotstelle 2 mit einem zweiten Teil 4 elektrisch und mechanisch verbunden ist. Das Bezugszeichen 5 kennzeich- net eine erste Lotkomponente, deren Schmelztemperatur niedri- ger ist, als die zweite Lotkomponente 6. Die zweite Lotkompo- nente 6 weist eine Schmelztemperatur auf, die höher liegt als die Schmelztemperatur der sich aus beiden Lotkomponenten 5 und 6 bildenden intermetallischen Phasen. Die Schmelztempera- tur der zweiten Lotkomponente 6 liegt auch über der Löttempe- ratur, bei der die beiden Teile 3 und 4 mit Hilfe der Diffu- sionslotstelle 2 zusammengefügt sind.

Von dem Material der zweiten Lotkomponente 6 mit hoher Tempe- ratur diffundiert lediglich ein Anteil, der dem Sättigungs- grad für die zweite Lotkomponente 6 in der Schmelze der er- sten Lotkomponente 5 entspricht, in den Diffusionsbereich 7 der Diffusionslotstelle 2 ein. Somit ist eine erfindungsgemä- ße Diffusionslotstelle 2 durch einen nicht angelösten Restbe- reich der zweiten Lotkomponente 6 im Schrägschliff gekenn- zeichnet. In dem schmelzflüssigen Bereich der ersten Lotkom- ponente 5 verteilen sich Nanopartikel 8 zunächst homogen in der Schmelze und können bei der zunehmenden Bildung von in- termetallischen Phasen in der Diffusionslotstelle 2, wie in Figur 1 gezeigt, inhomogen verteilt sein, das heißt, daß eine höhere Konzentration an Nanopartikeln 8 im Bereich der inter- metallischen Phasen auftreten kann. Diese Inhomogenität kann teilweise durch Konvexionsvorgänge in der aufgeschmolzenen ersten Lotkomponente 5 verursacht sein.

Eine Anreicherung der Nanopartikel 8 in der Nähe des Phasen- übergangs von der ersten Lotkomponente 5 zur nicht gelösten Anteil der zweiten Lotkomponente 6 ist ebenfalls ein charak- teristisches Merkmal für diese besondere Art der Diffusions- lotstelle 2.

In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Teil 3 ein Halbleiterchip 9 mit einem geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das zweite Teil 4, das in dieser Ausführungsform der Erfindung einen Teil eines metallischen Systemträgers 10 darstellt. Dieser Systemträger 10 ist groß- flächig über die Diffusionslotstelle 2 mit der Rückseite 22 des Halbleiterchips verbunden, wobei die beim Diffusionslöten entstehenden spröden intermetallischen Phasen an der Bildung und Ausbreitung von Mikrorissen innerhalb der Diffusionslöt- stelle 2 durch die Nanopartikel 8 behindert werden. Da das zweite Teil 4 in dieser Ausführungsform aus einem Systemträ- ger 10 besteht, der seinerseits eine Kupferlegierung aufweist und somit einen wesentlich höheren thermischen Ausdehnungs- koeffizienten aufweist als das erste Teil 3 aus einem Halb- leiterchip, wird der Ausdehnungskoeffizient der Nanopartikel in einem Bereich angesiedelt, der zwischen den Werten der Ausdehnungskoeffizienten des ersten Teils 3 und des zweiten Teils 4 liegt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Nanopartikel ist durch Einsatz geeigneter amorpher Silikate an die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Teils 3 und des zweiten Teils 4 anpaßbar. Derartige amorphe Silika- te können Borsilikate oder Phosphorsilikate sein. Bemerkens- wert ist, daß ein Teil der hochschmelzenden zweiten Lotkompo- nente 6 außerhalb des Diffusionsbereichs 7 frei von Nanopar- tikeln bleibt, da die zweite Lotkomponente 6 beim Anschmelzen und Diffundieren in die Schmelze der ersten Lotkomponente 5 nicht vollständig verbraucht wird.

Mit einer derartigen Diffusionslotstelle 2 wird ein thermi- scher Spannungsausgleich zwischen den ersten der zwei Teile und dem zweiten der zwei Teile 3 und 4 bereitgestellt. In

dieser ersten Ausführungsform der Erfindung kann wie oben er- wähnt die Diffusionslotstelle 2 als ersten Teil 3 einen Halb- leiterchip aufweisen und als zweiten Teil 4 einen metalli- schen Systemträger mit einer Halbleiterchipinsel 11, die als Sourcekontakt 12 für ein Leistungsbauteil dient, aufweisen.

Somit kann der gesamte Sourcestrom eines derartigen Lei- stungsbauteils über die Chipinsel 11 dem Halbleitermaterial 9 zugeführt werden.

Figur 2 zeigt einen schematischen Schrägschliff durch Teile 3 und 4, die über eine Diffusionslotstelle 2 miteinander ver- bunden werden sollen. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in der Figur 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeich- net und nicht extra erläutert.

Dazu ist das erste Teil 3, nämlich ein Halbleiterchip 9, auf seiner Rückseite 22 mit einer niedrigschmelzenden ersten Lot- komponente 5 beschichtet, auf die Nanopartikel 8 aufgebracht wurden. Ein derartiges Aufbringen kann durch Einwalzen oder Einprägen der Nanopartikel 8 auf die Oberseite der bei nied- riger Temperatur schmelzenden ersten Lotkomponente 5 erfol- gen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die erste Lotkom- ponente 5 galvanisch auf der Rückseite des Halbleiterchips in einem Elektrolytbad abzuscheiden, das gleichzeitig Nanoparti- kel 8 enthält. In diesem Fall werden die Nanopartikel 8 gleichmäßig und homogen in der Lotkomponente 5 verteilt ein- gebaut.

In dem unteren Bereich der Figur 2 ist der Schrägschliff ei- nes zweiten Teils 4 im Prinzip gezeigt, das auf seiner Ober- seite eine zweite Lotkomponente 6 trägt. Diese Lotkomponente 6 ist eine hochschmelzende Lotkomponente 6 und weist somit eine höhere Schmelztemperatur auf als die niedrigschmelzende Lotkomponente 5 auf dem ersten Teil 3. Diese hochschmelzende Lotkomponente kann auch eine mehrlagige Schicht aus Gold, Silber, Nickel und/oder Legierungen derselben aufweisen, wo- bei die oberste Schicht an der Diffusionslötung beteiligt ist

und mit der niedrigschmelzenden Lotkomponente 5 intermetalli- sche Phasen bildet.

Beim Zusammenfahren der beiden Teile 3 und 4 in Pfeilrichtung A bei einer Temperatur, bei der mindestens die niedrigschmel- zende Lotkomponente 5 aufgeschmolzen ist und die Nanopartikel 8 gleichmäßig in der Schmelze verteilt sind, wird die hoch- schmelzende Komponente 6 teilweise in die niedrigschmelzende Komponente 5 eindiffundieren und in dem Diffusionsbereich in- termetallische Phasen bilden. Beim Abkühlen der Diffusions- lotstelle 2 kann sich eine inhomogene Verteilung der Nanopar- tikel 8 im Diffusionsbereich einstellen. Diese Nanopartikel 8 verhindern im Diffusionsbereich einer Diffusionslotstelle ei- ne Ausbreitung von durch intermetallische Phasen verursachten Mikrorissen. Dazu kann die niedrigschmelzende Lotkomponente 5 Zinn oder eine Zinnlegierung aufweisen, während die zweite hochschmelzende Lotkomponente 6 Silber, Gold, Kupfer oder Le- gierungen derselben aufweist.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elek- tronisches Bauteil 30 für ein Leistungsmodul, das mehrere Diffusionslotstellen 2 aufweist. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit glei- chen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet einen Systemträger, das Be- zugszeichen 11 kennzeichnet eine Halbleiterchipinsel des Sy- stemträgers und das Bezugszeichen 12 kennzeichnet einen Sour- cekontakt des elektronischen Leistungsbauteils 30. Das Be- zugszeichen 13 kennzeichnet einen großflächigen Flachleiter, der die parallelgeschalteten Drainkontakte auf der Oberseite des Leistungsbauteils 30 kontaktiert. Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet einen Flachleiter, der einen Gatekontakt 16 zur Oberseite des Halbleiterchips herstellt.

Das elektronische Leistungsbauteil 30 besteht aus mehreren 100.000 parallel geschalteten MOS-Transistoren 21, die im Be-

reich der aktiven Oberseite 20 des Halbleiterchips angeordnet sind. Der aktive Bereich der Oberseite 20 ist durch eine ge- strichelte Linie 23 markiert. Während der gemeinsame Source- bereich durch die Rückseite 22 des Halbleiterchips 9 großflä- chig kontaktiert werden kann, indem mit Hilfe einer Diffusi- onslotstelle 2 die Chipinsel 11 elektrisch und mechanisch mit der Rückseite 22 des Halbleiterchips 9 verbunden wird, werden die mehreren 100.000 Gateelektroden zu einem Gatekontakt 16 zusammengeführt, der über den Flachleiter 14 mit einer über- geordneten Schaltung verbindbar ist.

Der Flachleiter 14 für den Gatekontakt 16 ist ebenfalls über eine Diffusionslotstelle 2 mit den parallel geschalteten Ga- teelektroden des elektronischen Leistungsbauteils 30 verbun- den. Eine dritte Diffusionslotstelle 2 weist die elektrische und mechanische Verbindung des Flachleiters 13 mit dem paral- lel geschalteten mehreren 100.000 Elektroden umfassenden Drainanschluß auf. Um die aus einem Metall bestehenden Flach- leiter 13 und 14 sowie die aus einer Metallplatte bestehende Chipinsel 11 des Systemträgers 10 mit Hilfe von Diffusions- lotstellen 2 mit den einzelnen Komponenten des Halbleiter- chips 9 zu verbinden, ist die erste niedrigschmelzende Lot- komponente 5 auf den Elektroden des Halbleitersteg 9 aufge- bracht, so daß der Halbleiter 9 das erste Teil 3 der Diffusi- onslotstelle darstellt, während die mit dem Halbleiter zu verbindenden metallischen Teile aus Flachleitern 13 und 15 und Chipinsel 11 auf ihren Oberflächen zunächst veredelt wer- den, um eine Diffusion des Flachleitermetalls bzw. des Me- talls der Halbleiterchipinsel 11 nicht zur Diffusionslotstel- le vordringen zu lassen.

Während das Metall der Flachleiter 13 und 14 und der Chipin- sel 11 im wesentlichen eine Kupferlegierung ist, kann die Diffusionsstellen-Beschichtung eine Nickellegierung sein und die zweite hochschmelzende Lotkomponente 6 eine Gold-oder Silberlegierung darstellen. Der Gesamtaufbau kann für einen Diffusionsofen bereitgestellt werden und die Diffusionslötung

kann in dem Diffusionsofen stattfinden. Dazu wird in dieser Ausführungsform der Erfindung die niedrigschmelzende Lotkom- ponente 5, die auf den Flächen des Halbleiterchips aufgetra- gen ist, mit Nanopartikeln aus Silikaten versetzt. Wird bei dem Diffusionslöten die zweite Lotkomponente 6 vollkommen im Diffusionsbereich verbraucht, so verbleibt zumindest eine diffusionshemmende Schicht 24 zwischen dem Diffusionsbereich 7 und den metallischen Komponenten wie Flachleitern 13 und 14 und Chipinsel 11 erhalten.

Die Figuren 4 bis 8 zeigen schematische Querschnitte durch einen Halbleiterwafer 19 zur Herstellung von mehreren elek- tronischen Leistungsbauteilen 30, die Diffusionslotstellen aufweisen. Komponenten mit gleichen Funktionen in den nach- folgenden Figuren 4 bis 8 wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 19. Dieser Halbleiterwafer weist an seiner aktiven Oberseite 18 in einem Bereich, der durch eine gestri- chelte Linie 23 begrenzt wird, MOS-Transistoren auf, die mit ihren mehreren 100.000 Gateanschlüssen parallelgeschaltet sind und ebenso mit ihren mehreren 100.000 Drainelektroden auf der Oberseite 18 des Halbleiterwafers 19 parallel ge- schaltet sind. Die Rückseite 22 dient für mehrere elektroni- sche Leistungsbauteile als Sourcegebiet.

Figur 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 19 nach Aufbringen einer ersten Lotkomponente 5 auf seiner Rückseite 22. Diese Lotkomponente 5 auf der Rückseite 22 ist eine metallische Verspiegelung der Rückseite mit einer ersten Lotkomponente 5, die einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als eine zweite Lotkomponente 6, die mit der ersten Lotkomponente 5 bei einem Diffusionslöten in- termetallische Phasen bilden kann. Diese erste Lotkomponente 5 kann Zinn oder eine Zinnlegierung sein. Sie kann durch Tau-

chen des Halbleiterwafers 19 in ein entsprechendes Zinnbad sowohl auf der Rückseite 22 des Halbleiterwafers 19 als auch auf der aktiven Oberseite 18 des Halbleiterwafers 19 aufge- bracht werden oder in zwei getrennten Schritten erst auf der Rückseite 22, wie es in Figur 5 gezeigt wird, aufgebracht werden und anschließend, wie es Figur 6 zeigt, auf der akti- ven Oberseite 18 aufgebracht sein.

Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 19 nach Aufbringen einer ersten Lotkomponente 5 auf seiner aktiven Oberseite 18. Auch diese Oberseite 18 wird mit einem Metallspiegel aus der niedrigschmelzenden Lot- komponente 5 bedeckt und erst in einem nächsten Schritt strukturiert.

Figur 7 zeigt einen schematische Querschnitt durch einen Halbleiterwafer 19 nach Strukturieren der ersten Lotkomponen- te 5 auf der aktiven Oberseite 18 des Halbleiterwafers 19.

Das Strukturieren der Lotkomponente 5 auf der aktiven Ober- seite 18 des Halbleiterwafers 19 ist erforderlich, um einen gemeinsamen parallel schaltenden Gateanschluß 16 für jeden Halbleiterchip des Halbleiterwafers 19 vorzubereiten und um einen großflächigen Kontakt für sämtliche parallel geschalte- ten Drainelektroden mit einem Drainkontakt 15 zu schaffen.

Nach diesem Schritt kann der gesamte Halbleiterwafer 19 mit Nanopartikeln 8 aus einem Silikat bestäubt werden, die an- schließend unter Druck in die Beschichtung durch die erste Lotkomponente 5 eingeprägt werden.

Alternativ kann die Lotkomponente 5 auf der aktiven Oberseite des Halbleiterwafers 19 durch eine Lotpaste, die die Nanopar- tikel 8 enthält, strukturiert aufgedruckt werden. Ein Metall- spiegel aus der ersten Lotkomponente 5 kann auch auf der ak- tiven Oberseite des Halbleiterchips 19 galvanisch abgeschie- den, wobei in dem Elektrolytbad Nanopartikel 8 verteilt sind, so daß diese homogen verteilt in die Lotkomponente 5 auf der aktiven Oberseite des Halbleiterwafers eingebaut werden. Da

die Nanopartikel 8 nicht-leitende Silikate sind, beispiels- weise Borsilikat oder Phosphorsilikat, kann die gesamte akti- ve Oberfläche 18 mit einer Schicht aus Nanopartikeln versehen werden, ohne Kurzschlüsse der elektronischen Strukturen auf der aktiven Oberseite 18 des Halbleiterwafers 19 zu verursa- chen.

Figur 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterchip 9 für ein Halbleiterbauteil mit Diffusionslot- stellen 2. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen ge- kennzeichnet und nicht extra erläutert.

Entlang der in den Figuren 4 bis 8 angedeuteten Trennlinien wurde der Halbleiterwafer 19 auseinandergesägt und ergibt so- mit den in Figur 9 abgebildeten Halbleiterchip im Quer- schnitt. Diese Querschnitte sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu. In Wirklichkeit ist die Dicke d eines derar- tigen Halbleiterchips 9 zwischen 50 pm und 750 um, während die Breite b eines derartigen Halbleiterchips 9 mehrere Zen- timeter betragen kann.

Um aus diesem Halbleiterchip 9 ein elektronisches Leistungs- bauteil herzustellen, werden in den Figuren 10 bis 12 schema- tische Querschnitte von Teilen 3 und 4 gezeigt, die zu einem Bauteil mit Diffusionslotstellen 2 miteinander verbunden wer- den. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorherge- henden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeich- net und für die Figuren 10 bis 12 nicht extra erläutert.

Figur 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Flachleiterrahmen 26, der Flachleiter 13 für einen gemeinsa- men Drainkontakt 15 und Flachleiter 14 für einen gemeinsamen Gatekontakt 16 trägt. Die jeweiligen Endbereiche 27 und 28 der Flachleiter 13 bzw. 14, die mit den Drainelektroden bzw. mit den parallel geführten Gateelektroden zu verbinden sind, werden mit einer zweiten Lötkomponente 6 beschichtet. Dabei

kann diese Lötkomponente 6 aus mehreren Metallschichten be- stehen, die einerseits eine Diffusion des Flachleitermateri- als in die Diffusionslotstelle 2 verhindern und andererseits ein Diffusionslotmaterial bereitstellen, das in das schmelz- flüssige Lot der ersten Lotkomponente 5 eindiffundieren kann.

Da diese Flachleiter 13 und 14 auf die aktive Oberseite des Halbleiterchips 9 aufgesetzt werden sollen, werden keine Nanopartikel 8 in die zweite Lotkomponente 6 eingebaut, zumal die erste Lotkomponente auf dem Halbleiterchip 9, wie er in Figur 11 gezeigt wird, bereits Nanopartikel aufweist.

Figur 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Halbleiterchip 9 mit Beschichtungen einer ersten Lotkomponen- te 5 auf der Oberseite 18 und auf der Rückseite 22, wobei der Querschnitt der Figur 11 dem Querschnitt der Figur 9 ent- spricht. Deshalb erübrigt sich eine Interpretation oder Er- läuterung der Figur 11.

Figur 12 zeigt einen weiteren Teil des Flachleiterrahmens 26, der eine Chipinsel 11 trägt, die ihrerseits mit einer zweiten Lotkomponente 6 beschichtet ist, und auf der eine Schicht aus Nanopartikeln 8 aufgebracht ist. Diese Schicht aus Nanoparti- keln kann beim galvanischen Abscheiden der Lotkomponente 6 bereits in die Lotkomponente 6 eingebaut werden.

Figur 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektronisches Bauteil mit Diffusionslotstellen 2 vor einem Abbiegen der Flachleiter 13 und 14 zu Außenanschlüssen. So- wohl die Chipinsel 11 als auch die Flachleiter 13 und 14 sind auf einem gemeinsamen Flachleiterrahmen miteinander verbun- den, wobei der Flachleiterrahmen zwei Niveaus aufweist, näm- lich eines für die Rückseite 22 des Halbleiterchips 9 mit ei- ner Halbleiterchipinsel 11 und ein weiteres Niveau für die aktive Oberseite 18 des Halbleiterchips 9 mit den entspre- chenden Flachleitern 13 und 14.

Nach Zusammenbringen dieser Komponenten, die in Figur 13 ge- zeigt werden, und einem Diffusionslöten ergibt sich der in Figur 13 gezeigte prinzipielle Querschnitt, das heißt, die Nanopartikel 8 sind im wesentlichen in der Lotkomponente 5 verteilt angeordnet, während ein Rest der Lotkomponente 6 un- versehrt erhalten geblieben ist, mindestens jedoch eine Schicht aus einer diffusionshemmenden Metalllegierung, die verhindern soll, daß das Material des Systemträgerrahmens in die Diffusionslotstelle 2 während des Diffusionslötens ein- diffundieren kann.

Nach der Fertigstellung des in Figur 13 gezeigten Rohbauteils mit diffusionsgelötetem gemeinsamen Gatekontakt 16 und ge- meinsamen Drainkontakt 15 sowie gemeinsamen Sourcekontakt 12 können zur Vervollständigung des elektronischen Leistungsbau- teils die Flachleiter 13 und 14 auf das Niveau der Chipinsel abgebogen werden und das ganze in einem nicht gezeigten Kunststoffgehäuse verpackt werden. Das Endergebnis ist in diesem Fall ein elektronisches Leistungsbauteil 30, wie es in Figur 3 gezeigt wird.