Aluminium-Scandium als Bondpad-Chipmetallisierung für den Kupferdrahtbondprozess

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Ute Geißler
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252741903

Es soll ein Verfahren für eine neue, zum Drahtbonden von Kupfer geeignete hochfeste Aluminium-Scandium-Schicht als Bondpad-Halbleitermetallisierung entwickelt, erforscht und durch Drahtbonden erprobt werden. Legierungen von Aluminium mit 0,1 bis 0,3 wt% Scandium bieten die Möglichkeit bei Raumtemperatur die Fließspannung auf 140-200 MPa gegenüber 20 MPa für reines Al zu erhöhen. Scandium stellt ein Legierungselement dar, dessen thermisch sehr stabile sphärische Al3Sc-Ausscheidungen mit Teilchengrößen < 10 nm günstig auf die Kornstruktur und die Festigkeitseigenschaften wirken. Die intensive Teilchenhärtung dieser feindispersen, kohärenten Ausscheidungen resultiert aus dem relativ großen Gittermisfit von 1,9% zwischen der Aluminiummatrix und der Ausscheidung, die zu hohen Kohärenzspannungen führt. Bekannt ist, dass reines Aluminium bzw. die aktuell verwendeten AlSi1 und AlSi1Cu0,5-Legierungen beim Drahtbonden unter Einwirkung der Ultraschallenergie und der Bondkraft besonders zur Entfestigung durch dynamische Erholung/Rekristallisation neigen. Ursache dafür ist die hohe Stapelfehlerenergie des Aluminiums. Die feindispersen und kohärenten Al3Sc-Teilchen der Legierung können jedoch die Entfestigungsmechanismen hemmen. In 1 µm bis maximal 3 µm dünnen AlSc-Schichten soll daher das Verformungsverhalten/Entfestigungsverhalten beim Bonden von Kupferdrähten unter Einwirkung von Ultraschallenergie und Bondkraft untersucht werden. Durch die auf dem Halbleiter aufgebrachte AlSc-Metallisierung soll das Al-Splashing, insbesondere beim Bonden von Cu-Drähten und damit das Cratering des Halbleiters reduziert werden. Gelänge dieses, so würde es möglicherweise dem Cu-Bonden zu weiterem Durchbruch verhelfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen