Vertikales Leistungshalbleiterbauteil mit einem Halbleiter¬ chip und Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein vertikales Leistungshalbleiterbau¬ teil mit einem Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung desselben. Vertikale Leistungshalbleiterbauteile weisen Halb¬ leiterchips auf, deren Halbleiterelemente, wie Dioden und Transistoren, vertikal strukturiert sind, wobei die Rückseite des Halbleiterchips eine großflächige Elektrode der vertika¬ len Struktur bildet. Derartige vertikale Leistungshalbleiter¬ bauteile mit entsprechender Halbleiterchipstruktur sind auch als "COOL-MOS"-Halbleiterelemente bekannt.

Ein weiteres Leistungshalbleiterbauteil ist aus der Druck¬ schrift PCT/US 99/12411 mit Figur 3 bekannt, bei dem ein Halbleiterchip 202 über Lotbälle an Flachleitern 206 und 208 befestigt ist. Bei diesem Design ist von Nachteil, dass die Kontaktierungen über Lotbälle nicht besonders zuverlässig sind. Insbesondere bei höheren Temperaturen und längerer Be¬ triebsdauer besteht die Gefahr von Ausfällen dieser Leis¬ tungshalbleiterbauteile aufgrund erhöhter thermischer Span¬ nungen zwischen Lotbällen und Flachleitern.

Aus der Druckschrift DE 101 34 943 ist ein vertikales Leis¬ tungshalbleiterbauteil bekannt, bei dem keine Lotbälle zwi¬ schen Halbleiterchip und Flachleitern eingesetzt werden, son¬ dern eine Vielzahl parallel geschalteter Bondanschlüsse, in Form von Thermokompressionsköpfen auf der Oberseite eines Leistungshalbleiterchips, angeordnet sind. Diese technische Lösung ist jedoch nur dann einsetzbar, wenn eine ausreichend große Halbleiterchipoberseite für das Anbringen der Vielzahl von Bondanschlüssen zur Verfügung steht und die Größe der Kontaktflächen ausreichend ist, um darauf Bondanschlüsse auf- zubonden.

Bei ständig kleiner werdenden Strukturen und gleichzeitig größer werdenden Stromdichten der Leistungshalbleiterchips reicht die Oberseite des Halbleiterchips nicht aus, um eine ausreichende Anzahl von Bondanschlüssen aufzubringen. Ferner hat das aus DE 101 34 943 bekannte Leistungshalbleiterbauteil den Nachteil, dass die Stromeinspeisung nicht gleichmäßig auf die aktive Oberseite des Halbleiterchips verteilt werden kann, sodass es zu lokaler Überhitzung kommen kann. Schlie߬ lich hat die bekannte Struktur den Nachteil, dass bei der Herstellung der Vielzahl von Bondanschlüssen der Halbleiter- chip mehrfach lokal mechanisch hoch belastet wird, was zu Mikrorissen und damit zum Ausfall des Leistungshalbleiterbau- teils führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein vertikales Leistungshalbleiter¬ bauteil, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, sodass die mechanische Belastung bei der Herstellung redu¬ ziert ist. Ferner soll die Anzahl paralleler Bondanschlüsse unabhängig von der Größe der Oberfläche des Halbleiterchips ermöglicht werden. Schließlich sollen lokale Überhitzungen der aktiven Oberseite des Halbleiterchips beim Betrieb des Leistungshalbleiterbauteils verhindert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß wird ein vertikales Leistungshalbleiterbau¬ teil mit einem Halbleiterchip und einem Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen. Der Halbleiterchip weist auf seiner Oberseite eine Vielzahl verteilter Kontaktflächen einer ge- meinsamen Oberseitenelektrode auf. Eine Gegenelektrode ist auf der Rückseite angeordnet und mit einem ersten Außenan- schluss des Leistungshalbleiterbauteils verbunden. Die Ober¬ seite des Halbleiterchips weist eine Metallplatte auf, deren Rückseite mit der Vielzahl von Kontaktflächen der Oberseiten- elektrode Stoffschlüssig verbunden ist. Eine, der Rückseite gegenüber liegenden Oberseite der Metallplatte weist Bondver¬ bindungen zu Kontaktanschlussflächen auf, die mit mindestens einem gemeinsamen zweiten Außenanschluss des Leistungshalb¬ leiterbauteils elektrisch in Verbindung steht.

Ein derartiges Leistungshalbleiterbauteil hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von wenigen quadratmikrometergroßen Kon¬ taktflächen auf der Oberseite des Halbleiterbauteils durch die Metallplatte zu einer gemeinsamen Oberseitenelektrode pa- rallel geschaltet werden können. Diese Metallplatte ist selbsttragend, sodass die Größe ihrer Oberseite unabhängig von der Größe der Oberseite des Halbleiterchips ist. Die An¬ zahl der Bondanschlüsse und damit der Bondverbindungen auf der Oberseite der Metallplatte kann beliebig erhöht werden, sodass die maximal zulässige Stromdichte pro Borverbindung nicht überschritten wird und ein vorzeitiges Versagen des Leistungshalbleiterbauteils durch Überlastung eines dieser Bondverbindungen somit verhindert wird.

Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist es, dass die gemeinsa¬ me Oberseitenelektrode in Form einer Metallplatte die Strom¬ dichten auf die Vielzahl der nur wenige Quadratmikrometer großen Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips gleichmäßig verteilt und somit lokale Stromdichtespitzen und damit lokale Überhitzungen der Leistungshalbleiterelemente des Leistungshalbleiterchips verhindert. Somit vergleichmä¬ ßigt die Metallplatte in vorteilhafter Weise die Wärmevertei- lung auf der Oberseite des Halbleiterchips und sorgt zusätz¬ lich für eine gleichmäßige Stromverteilung.

Das Material dieser Metallplatte weist vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung auf, zumal sich dieses Material durch seine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit ge¬ genüber anderen Metallen auszeichnet. Um eine genügende An¬ zahl an Bondanschlüssen an der Oberseite der Metallplatte an¬ zubringen, ist die flächige Erstreckung dieser Metallplatte größer als die flächige Erstreckung des Halbleiterchips. Die von der Oberseite der Metallplatte ausgehenden Bondverbindun¬ gen stehen mit Kontaktanschlussflächen in Verbindung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der¬ artige Kontaktanschlussflächen auf kammförmigen Flachleitern angeordnet. Diese kammförmigen Flachleiter weisen als Kamm¬ zinken Innenflachleiter mit den Kontaktanschlussflächen für die Bondverbindungen auf. Der Kammrücken schließt diese In¬ nenflachleiter zusammen und geht in einen Außenflachleiter als zweiter Außenanschluss über. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die empfindlichen Bondverbin¬ dungen und der Übergang zu Innenflachleitern noch innerhalb eines Kunststoffgehäuses angeordnet sind, während nach außen lediglich ein einzelner zweiter Außenanschluss durch entspre¬ chende Ausbildung des Kammrückens geführt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Leistungshalbleiterbauteil eine vertikal strukturier¬ te Leistungsdiode. Dabei ist der erste Außenanschluss die Ka- thode der Leistungsdiode und der zweite Außenanschluss bildet die Anode der Leistungsdiode. Die Anode eines derartigen Leistungshalbleiterbauteils weist eine Vielzahl von wenigen quadratmikrometergroßen Kontaktflächen auf, die durch die Me- tallplatte des erfindungsgemäßen Bauteils zu einer gemeinsa¬ men Oberseitenelektrode zusammengeschlossen werden und dann über entsprechend viele Bondverbindungen zu dem zweiten Au¬ ßenanschluss geführt werden. Durch die Metallplatte als ge¬ meinsame Anode einer Vielzahl von Anodenelektroden des HaIb- leiterchips werden lokale Durchlassstromspitzen verhindert, zumal die Metallplatte die Stromzuführung über die Bondver¬ bindungen gleichmäßig auf die Vielzahl von wenigen quadrat¬ mikrometergroßen Anodenelektroden verteilt. Durch das Vermei¬ den von lokalen Stromspitzen wird gleichzeitig eine lokale Überhitzung der Leistungshalbleiterdiode vermieden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der ers¬ te Außenanschluss, der mit der Rückseite des Halbleiterchips verbunden ist, ein Drainaußenanschluss eines Halbleiterchips mit vertikal strukturierten MOS-Elementen. Der zweite Außen¬ anschluss ist ein Sourceaußenanschluss, der über mehrere Bondverbindungen und über die Metallplatte mit einer Vielzahl von auf der Oberseite des Halbleiterchips verteilten Source- kontaktflachen des Halbleiterchips elektrisch in Verbindung steht. Darüber hinaus weist diese Ausführungsform der Erfin¬ dung mindestens einen weiteren Außenanschluss als Gateauße- nanschluss auf, der über mindestens eine Bondverbindung mit einer Gatekontaktfläche auf der Oberseite des Halbleiterchips elektrisch in Verbindung steht. Diese Gatekontaktfläche steht ihrerseits mit einer Vielzahl von Gateelektroden auf dem Halbleiterchip über eine strukturierte Leiterbahnschicht in Verbindung. Da die Gateelektroden eines derartigen Leistungshalbleiter- bauteils nur einen vernachlässigbaren kleinen Schaltstrom be¬ nötigen, können sämtliche Gateelektroden des Halbleiterchips zu einem Gatekontakt an der Oberseite des Halbleiterchips zu- sammengefasst werden und über einen einzelnen Bonddraht zu einem Gateaußenanschluss geführt werden. Diese geringe Strom¬ aufnahme liegt daran, dass die Gateelektroden des Halbleiter¬ chips potenzialgesteuert werden und folglich äußerst geringe Ströme erforderlich sind, um das elektronische Leistungshalb- leiterbauteil über die Gateelektroden durchzusehalten. Ent¬ sprechend ist in der Metallplatte auf der Oberseite des Halb¬ leiterchips eine Aussparung vorgesehen, welche die Gatekon¬ taktfläche für ein Anbringen eines einzelnen Bonddrahts zur Versorgung der Gateelektroden freilässt.

Die Rückseite des Halbleiterchips, die als Kathode oder als Drainelektrode des Leistungshalbleiterbauteils geschaltet ist, kann vorzugsweise eine lötbare Metallisierung aufweisen, sodass eine Lötung auf einer Chipinsel einer Platine oder ei- ner Flachleiterstruktur möglich ist. Außerdem kann die Chip¬ insel als ein Wärmeleitungsblock ausgebildet sein, der gleichzeitig den ersten Außenanschluss des Leistungshalblei- terbauteils bildet.

Eine derartige Struktur des Leistungshalbleiterbauteils hat den Vorteil, dass zur Vergleichmäßigung der Strom- und Wärme¬ verteilung auf der Oberseite des Halbleiterchips durch die Metallplatte nun eine weitere Ableitung von Verlustwärme durch den Wärmeleitungsblock möglich wird. Durch die massive Wärmevergleichmäßigung und Wärmeableitung ist es möglich, ei¬ ne höhere Stromdichte im Halbleiterchip und damit kleinere Strukturen im Halbleiterchip zuzulassen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Metallplatte auf der Oberseite des Halblei¬ terchips und den Bondverbindungen auf der Oberseite der Me¬ tallplatte eine metalldiffusionshemmende mehrlagige Beschich- tung angeordnet. Diese metalldiffusionshemmende mehrlagige Beschichtung sorgt dafür, dass Metallatome nicht in die Grenzschicht zur Bondverbindung der Bonddrähte diffundieren und die Bondanschlüsse verspröden. Ferner verbessert eine derartige metalldiffusionshemmende mehrlagige Beschichtung die Haftung der Bonddrähte auf der Metallplatte. Schließlich sorgen die Metalllagen der mehrlagigen Beschichtung für ein Verbessern des Bondvorgangs beim Verbinden der Bonddrähte mit der Metallplatte. Mit einer derartigen diffusionshemmenden Beschichtung wird eine so genannte "Purpurpest" , nämlich ein Effekt, bei dem eine Diffusion von Kupferionen aus der Me¬ tallplatte in die Oberfläche des Bondanschlusses stattfindet. Es können andererseits auch Goldionen von dem Bondanschluss in die Oberfläche der Metallplatte hinein diffundieren.

Innerhalb der metalldiffusionshemmenden mehrlagigen Beschich¬ tung wird bspw. durch eine Nickelschicht oder eine Titan¬ bzw. Wolframschicht eine derartige Diffusion verhindert. Die für die Diffusionssperre vorzusehenden zusätzlichen Arbeits¬ schritte auf der Metallplatte sind nicht besonders aufwendig. Solche Diffusionssperren können bspw. aufgesputtert, chemisch oder elektrochemisch durch Abscheidung aufgebracht werden. Mit einer derartigen Gestaltung der Oberseite der Metallplat¬ te lässt sich auf besonders einfache Weise ein elektrisches Bauteil herstellen, das auch bei hohen Temperaturen über lan- ge Zeit zuverlässig betrieben werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die metalldiffusionshemmende Beschichtung als untere Lage eine Schicht aus Titan oder aus einer Titanlegierung auf. Diese Titanschicht dient hauptsächlich der Haftverbesserung der me- talldiffusionshemmenden Beschichtung. Eine mittlere Schicht stellt die eigentliche metalldiffusionshemmende Metallisie- rung dar, während eine obere Schicht die Bondfähigkeit der gesamten metalldiffusionshemmenden Beschichtung verbessert.

Als mittlere Schicht und damit als metalldiffusionshemmende Schicht wird ein Material, das aus Titan, Nickel, Vanadium oder Legierungen derselben besteht, eingesetzt. Diese Materi¬ alien verhindern als geschlossene Schicht das Eindringen von Kupferatomen in die Bondanschlüsse, bspw. aus Gold. In einer weitern Ausführungsform der Erfindung weist die obere Lage der diffusionshemmenden Beschichtung eine Schicht aus Gold, Silber, Aluminium, Palladium oder Legierungen derselben auf. Diese Schichten zeichnen sich dadurch aus, dass sie bondbar sind und intermetallische oder eutektische Verbindungen mit dem Material der Bonddrähte eingehen.

Die Bonddrähte selbst weisen Gold, Aluminium, Palladium oder Legierungen derselben auf. Diese Materialien haben den Vor¬ teil, dass sie elektrisch gut leitend sind und einen niedri¬ gen Kontaktwiderstand aufweisen. Die Bonddrähte werden von der Metallplatte zu entsprechenden Kontaktanschlussflächen geführt. Diese Kontaktanschlussflächen sind auf Innenflach- leitern oder auf einer Verdrahtungsstruktur einer Platine an¬ geordnet. Die Kontaktanschlussflächen weisen vorzugsweise ei¬ ne Beschichtung aus Gold, Silber, Aluminium, Ni, NiP, Palla¬ dium oder Legierungen derselben auf. Die Art der Beschichtung für die Kontaktanschlussflächen hängt von dem Material der Bonddrähte ab und wird entsprechend den Bonddrähten ange- passt. In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Stoffschlüssige Verbindung zwischen der Rückseite der Metall¬ platte und den Kontaktflächen einen leitenden Klebstoff auf¬ weist. Diese Lösung hat den Vorteil, dass der leitende Kleb- Stoff großflächig auf die Vielzahl der wenige Quadratmikrome¬ ter großen Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiter- chips aufgetragen werden kann, ohne bereits lokal einen Bond¬ kompressionsdruck auszuüben. Außerdem kann für diese stoff- schlüssige Verbindung zwischen der Rückseite der Metallplatte und der Vielzahl von Kontaktflächen auch eine eutektische Lotverbindung oder eine Diffusionslotverbindung vorgesehen werden. Dazu werden die entsprechenden Komponenten einer eu- tektischen Lotverbindung bzw. einer Diffusionslotverbindung, sowohl auf die Rückseite der Metallplatte als auch auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterchips unter Freilassung von Kontaktflächen, die nicht parallel zusammenzuschalten sind, aufgebracht. Hier besteht der Vorteil darin, dass sowohl die eutektische Lotverbindung als auch die Diffusionslotverbin- dung gleichzeitig für eine Vielzahl von Kontaktflächen durch- geführt werden kann.

Die Gestaltung der Außenanschlüsse ist relativ variabel. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragen die Au¬ ßenanschlüsse aus einer Kunststoffgehäusemasse auf dem Niveau der Unterseite des Leistungshalbleiterbauteils seitlich her¬ aus. Das hat den Vorteil, dass die Kunststoffgehäusemasse diese herausragenden Außenanschlüsse über entsprechende In- nenflachleiter im Kunststoffgehäuse mechanisch fixieren und verankern kann. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfin- düng sind die Außenanschlüsse auf der Unterseite, z.B. in Form von BGA-Anordnungen (Ball Grid Array) , angeordnet. Bei anderen Gehäuseformen ist es vorgesehen, dass Außenanschlüsse sowohl auf der Unterseite als auch auf den Randseiten ange¬ ordnet sind.

Vorzugsweise entspricht die Struktur des Leistungshalbleiter- bauteils einem "COOL-MOS"-Leistungshalbleiterelement. Derar¬ tige "COOL-MOS"-Leistungshalbleiterelemente zeichnen sich durch ihre hohe Spannungsfestigkeit bei gleichzeitig hoher zulässiger Stromdichte aus.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbau¬ teils aus mehreren Bauteilkomponenten weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Halbleiterchip her¬ gestellt. Dieser Halbleiterchip weist auf seiner Oberseite eine Vielzahl von Kontaktflächen auf, die zu einer gemeinsa- men Oberseitenelektrode gehören. Ferner weist der Halbleiter¬ chip eine Rückseite auf, auf der ein Rückseitenkontakt als Gegenelektrode angeordnet ist.

Zur Aufnahme des Halbleiterchips kann entweder ein Flachlei- terrahmen oder eine Platine hergestellt werden. Diese weisen mindestens eine Chipinsel auf, welche mit einem ersten Außen- anschluss verbunden ist. Ferner weisen sie Kontaktanschluss¬ flächen für Bondverbindungen auf, welche mit mindestens einem zweiten Außenanschluss elektrisch in Verbindung stehen. Nach dem Herstellen des Flachleiterrahmens bzw. einer Platine kann der Halbleiterchip mit seiner Rückseite auf der Chipinsel fi¬ xiert werden und wird somit mit dem ersten Außenanschluss des Leistungshalbleiterbauteils verbunden.

Anschließend wird ein Stoffschlüssiges Verbinden einer Me¬ tallplatte als gemeinsame Oberseitenelektrode mit der Viel¬ zahl der Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips Stoffschlüssig verbunden. Mit dieser Stoffschlüssigen Verbin- dung wird aus einer Vielzahl von Kontaktflächen durch die Me¬ tallplatte eine gemeinsame Oberseitenelektrode für den Halb¬ leiterchip geschaffen, die in ihrer flächigen Erstreckung un¬ abhängig von dem Halbleiterchip ist. Auf der Oberseite dieser Metallplatte werden nun mehrere Bondverbindungen angebracht, welche die Metallplatte mit Kontaktanschlussflachen des zwei¬ ten Außenanschlusses verbinden. Abschließend werden die Bau- teilkomponenten in einer Kunststoffgehäusemasse unter Frei¬ lassen der Außenanschlüsse verbunden.

Mit einem derartigen Verfahren kann vorzugsweise eine Leis- tungshalbleiterdiode mit einer Kathode als ersten Außenan- schluss und einer Anode als zweiten Außenanschluss herge¬ stellt werden. Während die Kathode über die Rückseite des Halbleiterchips mit dem ersten Außenanschluss verbunden ist, steht die Anode mit der Metallplatte in Verbindung und ist über eine Mehrzahl von Bonddrähten mit dem entsprechenden Au¬ ßenanschluss verbunden. Die Oberfläche der Metallplatte ist für eine sichere Bondverbindung entscheidend. Dazu ist die Metallplatte eine frei tragende Platte, sodass auch Bondver¬ bindungen außerhalb der flächigen Erstreckung des Halbleiter¬ chips möglich werden. Somit kann eine erhöhte Stromdichte, wie sie in einem verkleinerten Halbleiterchip auftritt den¬ noch mit entsprechend vielen Bondverbindungen dem zweiten Au- ßenanschluss hergestellt werden.

Die Zuverlässigkeit der Bondverbindung kann weiter dadurch erhöht werden, dass in einem Verfahrensbeispiel die Metall¬ platte selektiv oder insgesamt mit einer mehrlagigen metall- diffusionshemmenden Beschichtung für Bondverbindungen mit den nachfolgenden Verfahrensschritten beschichtet wird. Zunächst wird die Oberseite der Metallplatte mittels Rücksputtern oder Trockenätzen gereinigt. Anschließend wird eine erste untere Lage aus Titan oder einer Titanlegierung auf die Metallplatte zur Verbesserung der Haftvermittlung aufgebracht. Danach wird die eigentliche metalldiffusionshemmende Lage als zweite mittlere Lage aus Nickel, Vanadium oder Legierungen derselben auf die Haftvermittlungslage aufgebracht. Schließlich wird eine dritte obere Lage aus Gold, Silber, Aluminium, Palladium oder Legierungen derselben als Haftvermittler und/oder als Metallverbinder für entsprechende Bonddrähte aufgebracht.

Dieses Aufbringen der ersten bis dritten Lage kann auch se¬ lektiv erfolgen, indem nur an den Positionen die drei Metall¬ lagen aufgebracht werden an denen anschließend Bonddrähte mit der Metallplatte verbunden werden. Ein selektives Aufbringen der Lagen kann mittels Photolithographie erfolgen. Ein derar- tiges selektives Aufbringen der Lagen kann auch mittels Drucktechnik erfolgen, wobei eine Siebdrucktechnik und/oder eine Schablonendrucktechnik bevorzugt werden. Doch lässt sich auch selektiv durch eine Strahldrucktechnik das Aufbringen der Lagen verwirklichen. Wenn kein selektives Aufbringen er- folgt, können die Bondverbindungen auf der Metallplatte be¬ liebig verteilt werden.

Die Kontaktanschlussflächen auf entsprechenden Innenflachlei- tern oder auf einer entsprechenden Verdrahtungsstruktur einer Leiterplatte können zur Verbesserung der Bondmöglichkeit mit einer Gold- und/oder Aluminiumlegierung beschichtet werden. Das hat den Vorteil, dass die aufgebondeten Drähte aus einer Aluminium- bzw. Goldlegierung eine eutektische Verbindung eingehen können, deren Schmelzpunkt niedriger als die Schmelzpunkte von Gold bzw. Aluminium sind.

Noch vor einem Verpacken der Leistungshalbleiterbauteilkompo- nenten in eine Kunststoffgehäusemasse kann auf die Rückseite der Chipinsel ein Wärmeleitungsblock aufgebracht werden, der gleichzeitig auch den ersten Außenanschluss bildet. Das hat den Vorteil, dass die Ableitung von Wärme von der Rückseite des Halbleiterchips für das Leistungshalbleiterbauteil ver- bessert wird. Die Lebensdauer des Leistungshalbleiterbauteils kann somit erheblich verlängert werden bzw. spezifische Wer¬ te, wie bspw. die Verlustleistung können entsprechend erhöht werden, ohne das Bauteil zu schädigen und ohne die Lebensdau¬ er des Leistungshalbleiterbauteils zu vermindern.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert .

Figur 1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht von Komponenten eines Leistungshalbleiterbauteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung vor einem Verpa¬ cken in eine Kunststoffgehäusemasse;

Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leis- tungshalbleiterbauteil der ersten Ausführung gemäß Figur 1;

Figur 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht von Komponenten eines Leistungshalbleiterbauteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung vor einem Ver¬ packen in eine Kunststoffgehäusemasse;

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leis¬ tungshalbleiterbauteil der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 3 ;

Figuren 5 bis 8 zeigen schematische, perspektivische Ansich¬ ten vom Zusammenbau der Komponenten eines Leistungs- halbleiterbauteils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Wärmeleitungsblocks mit Chipinsel und aufgebrach¬ tem Halbleiterchip;

Figur 6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ge¬ mäß Figur 5 nach Aufbringen eines Stoffschlüssigen Materials auf die aktive Oberseite des Halbleiter¬ chips;

Figur 7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ge¬ mäß Figur 6 nach Aufbringen einer Metallplatte als Oberseitenelektrode auf die aktive Oberseite des Halbleiterchips;

Figur 8 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ge¬ mäß Figur 7 nach Aufbringen von Bondanschlüssen auf die Metallplatte entsprechend der Ausführungsform nach Figur 1.

Figur 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht von Komponenten eines Leistungshalbleiterbauteils einer ersten Ausführungsform der Erfindung vor einem Verpacken der Kompo¬ nenten in einer Kunststoffgehäusemasse. Die Komponenten sind in dieser Ausführungsform der Erfindung auf einem Wärmelei¬ tungsblock 20 aufgebaut, der gleichzeitig als Drainauße- nanschluss 19 ausgebildet ist und einen Teil der Unterseite 22 'des Leistungshalbleiterbauteils bildet. Dieser Wärmelei¬ tungsblock 20 ist über eine Chipinsel 9 mit der Rückseite 7 des Halbleiterchips 2 verbunden. Somit ist der Halbleiterchip 2 über einen Rückseitenkontakt 8 auf seiner Rückseite 7 und die Chipinsel 9 und den Wärmeleitungsblock 20 mit dem Drai- naußenanschluss 19 elektrisch verbunden.

Auf der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 ist eine Gatekon- taktfläche 6 angeordnet, die über eine Bondverbindung 26 zu einem Gateaußenanschluss geführt wird. Diese Gatekontaktflä¬ che 6 steht über nicht gezeigte Leiterbahnen auf der Obersei¬ te 3 des Halbleiterchips 2 mit einer Vielzahl von Gatee¬ lektroden des vertikalen Leistungshalbleiterbauteils in Ver- bindung. Da das Gate eines derartigen Leistungshalbleiterbau¬ teils potenzialgesteuert ist, sind die Schaltströme relativ gering, sodass eine einzelne Bondverbindung 26 die Versorgung der Gateelektroden sicherstellen kann.

Im Gegensatz dazu ist der über die Sourceelektroden zu schal¬ tende Gesamtstrom zwischen Source und Drain wesentlich grö¬ ßer, sodass eine Vielzahl von Bondverbindungen 14 erforder¬ lich ist, um den Source-Drain-Strom zu führen. Die wenige quadratmikrometergroßen Sourceelektroden auf der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 werden durch eine Metallplatte 10 zu einer gemeinsamen Oberseitenelektrode 30 parallel geschaltet. Diese Metallplatte 10 ist in dieser Ausführungsform in ihrer flächigen Erstreckung größer als die aktive Oberseite 3 des Halbleiterchips 2. Im Prinzip kann somit eine Oberseiten- elektrode 30 geschaffen werden, deren flächige Erstreckung unabhängig von der flächigen Erstreckung der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 ist.

Während die Rückseite 12 der Metallplatte 10 mit der Vielzahl der Sourceelektroden verbunden ist, sind auf der Oberseite 11 der Metallplatte 10 mehrere Bondanschlüsse 36 angeordnet, die in Bondverbindungen 14 übergehen und die als Oberseitenelekt¬ rode 30 ausgebildete Metallplatte 10 mit Strom versorgen. Durch diese Metallplatte 10 wird einerseits eine gleichmäßige Verteilung der Stromdichte von den diskreten Bondverbindungen 14 zu der Vielzahl von Sourceelektroden geschaffen, sodass Stromspitzen, die zu thermischer Überhitzung führen könnten, vermieden werden. Somit sorgt die Metallplatte 10 für eine thermische und auch für eine elektrische Gleichverteilung der Energieströme in den Halbleiterchip hinein.

Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leis- tungshalbleiterbauteil 1 der ersten Ausführungsform der Er¬ findung gemäß Figur 1. Dieser Querschnitt verdeutlicht, dass die in Figur 1 gezeigten Komponenten nun in einer Kunststoff- gehäusemasse 21 verpackt sind. Ferner wird der Aufbau des er¬ findungsgemäßen Leistungshalbleiterbauteils 1 im Detail ge- zeigt.

Der Wärmeleitungsblock 20 bildet den Drainaußenanschluss 19 und gleichzeitig einen Teil der Unterseite 22 des Leistungs- halbleiterbauteils 1. Auf gleichem Niveau werden seitlich aus dem Halbleiterbauteil 1 ein Gateaußenanschluss 18 und ein Sourceaußenanschluss 15 herausgeführt, die ihrerseits mit entsprechenden Innenflachleitern 16 in Verbindung stehen. Auf den Innenflachleitern 16 sind Beschichtungen 24 als Kontakt¬ anschlussflächen 13 angeordnet, wobei diese Beschichtungen 24 aus einem bondbaren Material, vorzugsweise aus einer Silber¬ legierung, bestehen. Im Falle des Gateaußenanschlusses 18 ist dieser über den Innenflachleiter 16, die Beschichtung 24 und die Bondverbindung 26 mit der Gatekontaktfläche 6 auf der ak¬ tiven Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 verbunden.

Im Falle des Sourceaußenkontaktanschlusses 15 ist dieser über einen Innenflachleiter 16, eine Beschichtung 24 und eine Kon¬ taktanschlussfläche 13 über eine Mehrzahl von Bondverbindun- gen 14 mit der Metallplatte 10 verbunden, wobei diese Metall¬ platte 10 eine mehrlagige nicht gezeigte metalldiffusionshem- mende Beschichtung aufweist, die dafür sorgt, dass das Me¬ tallmaterial der Bondverbindungen 14 nicht durch Diffusions- Vorgänge des Metallmaterials der Metallplatte 10 versprödet. Außerdem fördert die mehrlagige Beschichtung der Metallplatte 10 den Bondvorgang. Die Metallplatte 10 ist über eine Stoff- schlüssige Verbindung 25 mit der Vielzahl von Sourcekon- taktflächen 5 auf der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 ver- bunden. Außerdem ist die Rückseite 7 des Halbleiterchips 2 über eine Beschichtung 23 mit der Oberseite 34 des Wärmelei¬ tungsblocks 20 und damit mit dem Drainaußenanschluss 19 e- lektrisch verbunden.

Figur 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht von Komponenten eines Leistungshalbleiterbauteils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung vor einem Verpacken der Kompo¬ nenten in einer Kunststoffgehäusemasse. Komponenten mit glei¬ chen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren, werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bilden die Komponen¬ ten eine vertikale Leistungshalbleiterdiode. Der gemeinsame Oberseitenkontakt 30 in Form einer Metallplatte 10 bildet die Anode 27, die sich auf der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 aus einer Vielzahl von Anodenelektroden zusammensetzt. Diese Anodenelektroden von wenigen Quadratmikrometern Größe werden über die gemeinsame Oberseitenelektrode 30 in Form der Me- tallplatte 10 parallel geschlossen, sodass eine Mehrzahl von Bondverbindungen 14 den Diodenstrom führen kann. Die Bondver¬ bindungen 14 stehen über Bondanschlüsse 36 mit der Metall¬ platte 10 in elektrischem Kontakt. Die Kathode 28 dieser Leistungshalbleiterdiode wird von der Rückseite 7 des Halb¬ leiterchips 2 gebildet und steht über einen Rückseitenkontakt 8 mit einer Chipinsel 9 elektrisch in Verbindung, die in ei¬ nen Wärmeleitungsblock 20 übergeht. Der Wärmeleitungsblock 20 ist seinerseits mit einem Außenflachleiter 17 als Kathodenan- schluss 37 verbunden und bildet eine Gegenelektrode 29 zu der Oberseitenelektrode 30.

Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das ver- tikale Leistungshalbleiterbauteil 40 der zweiten Ausführungs¬ form der Erfindung gemäß Figur 3. Die Vielzahl von Anoden¬ elektroden 38 bilden Kontaktflächen 4 auf der Oberseite des Halbleiterchips 2 und werden zu einer gemeinsamen Oberseiten¬ elektrode 30 durch die Metallplatte 10 zusammengeschaltet . Dazu weist die Unterseite 12 der Metallplatte 10 eine stoff¬ schlüssige Verbindung 25 mit den Kontaktflächen 4 auf. Diese stoffschlüssige Verbindung 25 kann ein leitender Klebstoff sein oder eine eutektische Lotverbindung oder auch eine Dif¬ fusionslotverbindung.

Die Metallplatte 10 kann als gemeinsame Oberseitenelektrode 30 über die stoffschlüssige Verbindung 25 mit der Vielzahl von Anodenelektroden 38 verbunden werden. Auf der Oberseite 11 der Metallplatte 10 sind eine Mehrzahl von Bondanschlüssen 36 angeordnet, die über Bonddrähte 33 und entsprechende Kon¬ taktanschlussflächen 13 mit einem Innenflachleiter 16 verbun¬ den sind, der zu einem Außenflachleiter 17 übergeht und einen zweiten Außenanschluss 32 bildet, der mit der Anode 27 des vertikalen Leistungshalbleiterbauteils 40 verbunden ist. Der Wärmeleitungsblock 20 geht unmittelbar in einen ersten Außen¬ anschluss 31 über, der als Außenflachleiter 17 ausgebildet ist und eine Bohrung 39 aufweist, mit dem die Kathode 28 der vertikalen Leistungshalbleiterdiode, bspw. mit einem Massepo¬ tenzial, verbunden werden kann.

Die Figuren 5 bis 8 zeigen schematische, perspektivische An- sichten vom Zusammenbau der Komponenten eines vertikalen Leistungshalbleiterbauteils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Wärmeleitungsblocks 20 mit Chipinsel 9 und aufgebrachtem Halbleiterchip 2. Dieser Halbleiterchip 2 ist mit seiner Rückseite 7 über einen Rückseitenkontakt 8 mit der Chipinsel 9 verbunden. Auf seiner Oberseite 3 weist der Halbleiterchip 2 eine Vielzahl von Sourceelektroden auf, die wenige Quadrat- mikrometer groß sind. Ferner weist die Oberseite 3 eine ein¬ zelne Gatekontaktfläche 6 auf, über die eine Vielzahl von Ga¬ teelektroden auf der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 er¬ reichbar sind.

Figur 6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ge¬ mäß Figur 5 nach Aufbringen eines Stoffschlüssigen Materials 35 auf die aktive Oberseite 3 des Halbleiterchips 2. Dieses Stoffschlüssige Material 35 wird nur auf den Bereich der O- berseite 3 des Halbleiterchips 2 aufgebracht, der die Source- kontaktflächen 5, wie sie in Figur 2 gezeigt werden, auf¬ weist. Dieses Stoffschlüssige Material 35 kann ein Leitkleber oder ein Lotmaterial sein.

Figur 7 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ge- maß Figur 6 nach Aufbringen einer Metallplatte 10 als Ober¬ seitenelektrode 30 auf die aktive Oberseite 3 des Halbleiter¬ chips 2. Die Metallplatte 10 bedeckt fast vollständig die O- berseite 3 des Halbleiterchips 2 und lässt lediglich in einer Aussparung 41 einen Zugriff auf die Gatekontaktfläche 6 zu. Die selbsttragende Metallplatte 10 ist größer als die Ober¬ seite 3 des Halbleiterchips 2 und kann somit eine Mehrzahl von Bondanschlüssen aufnehmen.

Figur 8 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ge¬ mäß Figur 7 nach Aufbringen von Bondanschlüssen 36 auf die Metallplatte 10 entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren, werden mit gleichen Be¬ zugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Eine de¬ taillierte Beschreibung der Figur 8 erübrigt sich, da diese Ausführungsform der Erfindung exakt der Darstellung der Figur 1 entspricht.