DE19942885A1 - Halbleiter-Bauelement - Google Patents

Halbleiter-Bauelement

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DE19942885A1
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electrode
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Tomoyuki Kawashima
Kenji Okamoto
Tadayoshi Ishii
Mitsuaki Kirisawa
Kazuhiko Imamura
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Bei einem Halbleiter-Bauelement mit einer laminierten Metallschicht, bei der eine Metallschicht, deren Hauptbestandteil Aluminium ist, und eine Metallschicht, deren Hauptbestandteil Nickel ist, aufeinandergeschichtet sind, wird das Verhältnis der Dicke der Aluminium als Hauptbestandteil enthaltenden Metallschicht zu derjenigen der Nickel als Hauptbestandteil enthaltenden Metallschicht auf 5 oder mehr eingestellt, so daß ein Teil der Aluminium als Hauptbestandteil enthaltenden Metallschicht selbst dann noch verbleibt, wenn eine intermetallische Al-Ni-Verbindung gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Bauelemente und insbesondere auf Metall­ schichten wie Elektroden und Drähte bzw. Verdrahtungsschichten, die auf den Halbleiter- Bauelementen ausgebildet sind.
In den vergangenen Jahren sind elektronische Geräte mit Halbleiter-Bauelementen in einem größeren Anwendungsbereich oder unter schwierigen Bedingungen oder Umgebungen wie Schwingungen, Temperaturzyklen, Spannungen und verschiedene Atmosphären eingesetzt worden, was eine hohe Zuverlässigkeit der elektronischen Geräte erfordert. Damit mit dem erweiterten Einsatz elektronischer Geräte Schritt gehalten werden kann, ist es besonders wichtig, Halbleiter-Bauelemente mit ausreichend hoher Zuverlässigkeit zu schaffen. Insbesondere bestand ein großer Bedarf an einer Verbesserung der Zuverlässigkeit von Verbindungs- oder Anschluß­ stellen, an denen die Halbleiter-Bauelemente mit externen Komponenten oder Bauelementen elektrisch verbunden sind. Bekannte Verfahren zur elektrischen Verbindung der Halbleiter- Bauelemente mit externen Komponenten schließen beispielsweise Drahtbonden, Löten und Druckverschweißen ein.
Von diesen Verbindungsverfahren wird in vielen Fällen das Löten ausgewählt, weil es erlaubt, eine große Anzahl von miteinander zu verbindenden Verbindungsteilen auf einmal bei einer relativ niedrigen Temperatur zu verbinden.
Fig. 5(a) ist eine Querschnittsansicht eines Elektrodenabschnitts eines Halbleiter-Bauelements vor dem Verlöten. Eine Elektrode besteht aus einer Legierungsschicht 2 (nachfolgend als Al-Schicht bezeichnet) mit einer Dicke von 0,5 µm und Aluminium als Hauptbestandteil, einer Nickelschicht 3 (Ni-Schicht) mit einer Dicke von 0,5 µm und einer Goldschicht 4 (Au-Schicht) mit einer Dicke von 0,2 µm, die auf einem Halbleitersubstrat 1 aus Silicium (Si) durch Elektronenstrahlabschei­ dung oder auf andere Weise ausgebildet wurden. Die Ni-Schicht 3 dient zum Verlöten, und die Au-Schicht 4 ist dazu vorgesehen, eine Oxidation der Elektrodenoberfläche zu verhindern und die Benetzbarkeit zu verbessern.
Fig. 5(b) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Elektrodenabschnitts nach dem Verlöten. Ein Anschluß 6 ist mit der Ni-Schicht 3 mittels eines dazwischen befindlichen Blei-Zinn-Lots 5 verbunden. Nach der praktischen Benutzung des auf diese Weise mittels Verlötens erhaltenen Halbleiter-Bauelements stellte sich heraus, daß ein Teil seiner Elektrode an einer erheblichen Verringerung der Verbindungsfestigkeit litt.
Fig. 5(c) zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des Elektrodenabschnitts, in welchem die beträchtliche Verminderung der Verbindungsfestigkeit beobachtet wurde.
Bei dem Elektrodenabschnitt von Fig. 5(c) bildete sich eine intermetallische Al-Ni-Verbindung 7 oder wuchs aus der Grenzschicht zwischen der Al-Schicht 2 und der Ni-Schicht 3 bis hinunter zur Grenzschicht zwischen der Al-Schicht 2 und dem Si-Substrat 1. Höhlen oder Lücken 8 bildeten sich zwischen der intermetallischen Al-Ni-Verbindung 7 und dem Si-Substrat 1. Bei genauerer Betrachtung des Elektrodenabschnitts von Fig. 5(b) zeigte sich ferner, daß eine intermetallische Al-Ni-Verbindung 7 zwischen der Al-Schicht 2 und der Ni-Schicht 3 gebildet wurde.
Da die Elektrode während des Aufeinanderschichtens der Schichten und während des Verlötens sowie auch unter Bedingungen ihrer Verwendung hohen Temperaturen im Bereich von 300 bis 500°C ausgesetzt ist, wächst die intermetallische Al-Ni-Verbindung 7 von der Grenzfläche zwischen der Al-Schicht 2 und der Ni-Schicht 3, und die Lücken 8 entstehen wahrscheinlich aufgrund von Volumenänderungen (Volumenabnahme) infolge der Phasenänderungen von der Al- Schicht 2 und der Ni-Schicht 3 zur intermetallischen Al-Ni-Verbindung 7. Als Folge davon wird die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Anschluß 6 und dem Si-Substrat 1 rapide verringert.
Zusätzlich zu den erwähnten hohen Temperaturen werden Elektroden von Halbleiter-Bauelemen­ ten im allgemeinen anderen thermischen Spannungen ausgesetzt, die beispielsweise vom Erhitzen des Si-Substrats bei der Ausbildung der Al-Schicht oder der Ni-Schicht, von einer Wärmebehand­ lung zur Entfernung von Defekten im Si-Substrat durch Elektronenbestrahlung, von einer Wärmebehandlung zur Entfernung von an der Oberfläche anhaftendem Wasserdampf, von anomal hohen Temperaturen infolge von Temperaturschwankungen innerhalb des Bauelements während der obigen Wärmebehandlungen, von anomalen hohen Temperaturen infolge von Temperatur­ schwankungen zwischen Chargen während der Wärmebehandlungsverfahren und von Wärme herrühren, die an lokalen Stellen des Halbleiter-Bauelements infolge einer Stromkonzentration bei der Benutzung des Bauelements erzeugt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiter-Bauelement mit einer laminierten Metallschicht zu schaffen, bei der eine als Hauptbestandteil Al enthaltende Metallschicht und eine als Hauptbestandteil Ni enthaltende Metallschicht im Kontakt miteinander aufeinandergeschichtet sind, wobei eine hohe Zuverlässigkeit des Bauelements für eine lange Dauer gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiter-Bauelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.
Wenn die Elektrode des Halbleiter-Bauelements in Form einer laminierten Metallschicht hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wächst eine intermetallische Al-Ni-Verbindung an der Grenze oder Grenzfläche zwischen der Metallschicht mit Al als Hauptkomponente und der Metallschicht mit Ni als Hauptkomponente, die zur Schaffung der Elektrode aufeinandergeschichtet sind. Die inter­ metallische Al-Ni-Verbindung umfaßt hauptsächlich NiAl3. Wenn das Verhältnis tAl/tNi der Dicken dieser Metallschichten auf 5 oder mehr eingestellt wird, erreicht die intermetallische Al-Ni- Verbindung nicht die Grenzfläche zwischen dem Substrat als einer Basis und der Al-Schicht. Probleme infolge der Bildung der intermetallischen Al-Ni-Verbindung entstehen, wo die Metall­ schichten Kristallgitter aus Al und Ni als Hauptgitter aufweisen, beispielsweise wo die Metall­ schichten wenigstens 50% Al-Atome bzw. Ni-Atome enthalten. Obwohl eine intermetallische Al- Ni-Verbindung sogar mit geringeren Gehalten gebildet werden kann, hat solch eine intermetalli­ sche Verbindung geringen Einfluß auf das sich ergebende Bauelement.
Wenn die Metallschicht, deren Hauptkomponente Ni ist, mit einer externen Komponente verlötet wird, werden die Metallschichten aus Ni und Al einer Wärmebehandlung ausgesetzt, und es besteht die Wahrscheinlichkeit der Bildung einer intermetallischen Al-Ni-Verbindung. Auch in diesem Fall kann das Problem einer verringerten Festigkeit dadurch vermieden werden, daß das Dickenverhältnis dieser Schichten in oben beschriebener Weise auf 5 oder mehr eingestellt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Elektrodenabschnitts eines Halbleiter-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Löttemperatur und der Zugfestigkeit, wie sie bei Experiment 1 beobachtet wurde,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Elektrodenabschnitts eines Halbleiter-Bauelements gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis der Dicke einer Al-Schicht zu derjenigen einer Ni-Schicht und der Zugfestigkeit, wie sie bei Expe­ riment 2 beobachtet wurde,
Fig. 5(a) eine Querschnittsansicht eines Elektrodenabschnitts eines herkömmlichen Halbleiter- Bauelements,
Fig. 5(b) eine Querschnittsansicht des Elektrodenabschnitts von Fig. 5(a) nach dem Verlöten, und
Fig. 5(c) eine Querschnittsansicht des Elektrodenabschnitts von Fig. 5(b) nach längerer Benutzung.
Die Verfahren und Ergebnisse von Experimenten, auf deren Basis die Erfindung entwickelt wurde, werden nachfolgend beschrieben.
Experiment 1
Fig. 1 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Elektrodenabschnitts eines Halbleiter- Bauelements, das in Experiment 1 verwendet wurde. Eine Al-Schicht 12 mit einer Dicke von 3 µm, eine Ni-Schicht 13 mit einer Dicke von 0,5 µm und eine Au-Schicht 14 mit einer Dicke von 0,2 µm sind in dieser Reihenfolge auf ein Si-Substrat 11 geschichtet. Nachdem alle diese Metallschichten nacheinander durch Elektrodenstrahlabscheidung ausgebildet wurden, wird die Au-Schicht 14 einem Naßätzvorgang mit einer wäßrigen Lösung einer Jodkomponente unterzo­ gen, und die Ni-Schicht 13 und die Al-Schicht 12 werden nacheinander einem Naßätzvorgang unter Verwendung einer wäßrigen Lösung einer Mischung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure unterzogen, um die Schichtstruktur in die Form einer Elektrode zu bringen.
Der Elektrodenabschnitt in Fig. 1 unterscheidet sich von demjenigen des bekannten Halbleiter- Bauelements gemäß Fig. 5(a) dadurch, daß die Dicke der Al-Schicht 12 auf 3 µm erhöht ist, was das Fünffache oder mehr der Dicke der Ni-Schicht 13 ist.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Löttemperatur und der Zugfestigkeit der so erhaltenen Elektrode des Halbleiter-Bauelements zeigt, wobei die Abszisse die maximale Temperatur eines Tunnelofens zeigt, in welchem das Löten ausgeführt wurde, während die Ordinate die Zugfestigkeit zeigt. Ein Lot mit 95% Blei, Zinn und Silber wurde für das Löten verwendet, und die Verbindungsfläche betrug etwa 1,3 mm2.
In Fig. 2 gibt die Kurve A die Ergebnisse wieder, die für die Elektrode des Halbleiter-Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, während die Kurve B die Ergebnisse wiedergibt, die für die Elektrode des bekannten Halbleiter-Bauelements gemäß Fig. 5(a) als Vergleichsbeispiel erhalten wurden. Wie sich aus der graphischen Darstellung ergibt, nimmt die Zugfestigkeit bei dem Vergleichsbeispiel (B) plötzlich ab, wenn die Löttemperatur 410°C übersteigt, während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (A) eine hohe Zugfestigkeit auch dann noch erhalten wird, wenn die Löttemperatur auf 450°C erhöht wird.
Experiment 2
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Elektrodenabschnitts eines Halbleiter- Bauelements, das in Experiment 2 verwendet wurde. Eine Al-Legierungsschicht 22a mit einer Dicke von 5 µm und 1% Si, eine Al-Schicht 22b mit einer Dicke von 2,8 µm und eine Ni-Schicht 23 mit einer Dicke von 0,4 µm sind in dieser Reihenfolge auf ein Si-Substrat 11 geschichtet.
Nachdem die Al-Legierungsschicht 22a durch Sputtern ausgebildet wurde, wird sie einem Naßätzvorgang unter Verwendung einer wäßrigen Lösung einer Mischung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure ausgesetzt, um eine Emitterelektrode 20 und eine Gateelektrode 30 zu bilden. Anschließend wird ein 1 µm dicker Nitridfilm 25 (Si3N4-Film) mittels eines CVD- Verfahrens unter Verwendung von Monosilangas (SiH4) und Ammoniakgas (NH3) ausgebildet und dann einem Trockenätzvorgang unter Verwendung eines Mischgases aus Kohlenstofftetrafluorid­ gas (CF4) und Sauerstoff (O2) ausgesetzt, um dadurch Öffnungen 21, 31 auszubilden, durch welche die Emitterelektrode 20 bzw. die Gateelektrode 30 nach außen freigelegt werden. Nach aufeinanderfolgender Ausbildung der Al-Schicht 22b mit einer Dicke von 2,8 µm, der Ni-Schicht 23 mit eine Dicke von 0,4 µm und der Au-Schicht 24 mit einer Dicke von 0,2 µm durch Elektro­ denstrahlabscheidung, wird die Au-Schicht 24 einem Naßätzvorgang mit einer wäßrigen Lösung einer Jodkomponente ausgesetzt, und die Ni-Schicht 23 und die Al-Schicht 22b werden nachein­ ander einem Naßätzvorgang unter Verwendung einer wäßrigen Lösung einer Mischung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure ausgesetzt, um den Schichtenaufbau in die Form der Elektroden zu bringen.
Der Emitterelektrodenabschnitt und der Gateelektrodenabschnitt, die einer Wärmebehandlung von 430°C unterzogen wurden, zeigten eine Zugfestigkeit von 1200 g, was ausreichend hoch ist. In ähnlicher Weise wurden einige Proben mit Al-Schichten 22b unterschiedlicher Dicke im Bereich von 0,4 bis 2,4 µm hergestellt und die Zugfestigkeit des Emitterelektrodenabschnitts und des Gateelektrodenabschnitts jeder Probe nach einem Wärmebehandlungsprozeß von 430°C gemessen.
Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis tAl/tNi der Al- Dicke tAl zur Ni-Dicke tNi und der Zugfestigkeit, nachdem ein Wärmebehandlungsprozeß bei 430°C ausgeführt wurde. In Fig. 4 bezeichnet die Abszisse das Verhältnis tAl/tNi, während die Ordinate die Zugfestigkeit wiedergibt, wobei die Verbindungsfläche etwa 1,3 mm2 betrug.
Aus Fig. 4 geht hervor, daß das Dickenverhältnis tAl/tNi außerordentlich wichtig ist und, wenn dieses Dickenverhältnis gleich oder größer als 5 ist, die resultierende Elektrode eine ausreichend hohe Zugfestigkeit auch noch nach einer Wärmebehandlung von 430°C aufweist.
Gemäß dem Phasendiagramm des Al-Ni-Systems ist NiAl3 als Art einer Al-reichen intermetalli­ schen Al-Ni-Verbindung bekannt. D. h., die Menge der Al-Atome, die zur Bildung dieser Verbin­ dung verbraucht werden, beträgt das Dreifache derjenigen der Ni-Atome. Die Anzahl von Al- Atomen pro cm3 ist 6,02 × 1022 und diejenige der Ni-Atome ist 9,02 × 1022. Nimmt man an, daß der Füllfaktor des abgeschiedenen Films bei der Al-Schicht und der Ni-Schicht gleich ist, entspricht die Dicke der Al-Schicht, die eine Anzahl von Al-Atomen dreimal so groß wie die der Ni-Atome enthält, etwa dem 4,5fachen derjenigen der Ni-Schicht.
Wenn demgemäß Al in der obigen Menge oder mehr enthalten ist, d. h. wenn das Dickenverhält­ nis tAl/tNi 5 oder größer ist, verbleibt ein Teil der Al-Schicht 22b ohne Bildung der Al-Ni-Verbin­ dung. Es hat sich experimentell erwiesen, daß die Verbindungsfestigkeit kaum verringert wird, wenn ein Teil der Al-Schicht 22b zurückbleibt, der nicht die Al/Ni-Verbindung bildet.
Bei den Proben, bei denen das Dickenverhältnis tAl/tNi 4 oder kleiner war, zeigten sich dagegen Lücken an der Grenzfläche zwischen der Al-Legierungsschicht 22a und der Al-Schicht 22b. Es erwies sich damit als wesentlich, die Dicke der direkt mit der Ni-Schicht im Kontakt stehenden Al-Schicht auf einen geeigneten Wert einzustellen.
Obwohl bei den oben beschriebenen Experimenten zum Verbinden der Al-Schicht und der Ni- Schicht Löten eingesetzt wurde, weil die Wärmebehandlung beim Löten deutlich den Zustand der Grenzfläche zwischen diesen Schichten beeinflußt, können andere Verbindungsverfahren statt des Lötens eingesetzt werden. Wenn eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, während die Al- Schicht und die Ni-Schicht im Kontakt miteinander stehen, tritt eine Reaktion zwischen Al und Ni auf, und über eine gewisse Zeitspanne bildet sich eine intermetallische Al-Ni-Verbindung.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf Halbleiter-Bauelemente angewendet werden, die Halbleitersubstrate wie Si oder Galliumarsenid aufweisen, oder isolierende Substrate wie Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid. Außerdem kann die Al als Hauptbestandteil enthaltende Metallschicht ausschließlich aus Al gebildet sein oder durch Zusatz von Si oder Kupfer (Cu) zu Al, während die Ni als Hauptbestandteil enthaltende Metallschicht ausschließlich aus Ni bestehen kann oder aus Ni mit zugesetztem Phosphor (P) oder Bor (B). Eine Schicht aus Au oder Silber (Ag) kann an der Oberseite der laminierten, d. h. in Schichtstruktur ausgebildeten Elektrode vorgesehen werden, um die Benetzbarkeit mit dem Lötmittel zu verbessern. Die Metallschichten können durch Sputtern, Elektrodenstrahlabscheiden, ein CVD-Verfahren, Plattieren oder jedes andere Verfahren ausgebildet werden.
Wie oben beschrieben, enthält das Halbleiter-Bauelement eine laminierte, d. h. aus Teilschichten bestehende Metallschicht, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Die laminierte Metallschicht enthält eine Metallschicht mit Aluminium als Hauptbestandteil und eine Metall­ schicht mit Nickel als Hauptbestandteil, die im Kontakt miteinander aufeinandergeschichtet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis tAl/tNi der Dicke tAl der als Hauptbestandteil Aluminium enthaltenden Metallschicht zu derjenigen der als Hauptbestandteil Nickel enthaltenden Metallschicht 5 oder größer. Mit einem so eingestellten Dickenverhältnis zeigt das resultierende Halbleiter-Bauelement eine ausreichend hohe Festigkeit und hohe Zuverlässigkeit, selbst wenn eine intermetallische Al-Ni-Verbindung gebildet wird, wenn die Elektrode einer hohen Temperatur ausgesetzt wird.

Claims (2)

1. Halbleiter-Bauelement, umfassend:
ein Halbleitersubstrat (11), und
eine laminierte Metallschicht, die auf dem Halbleitersubstrat (11) ausgebildet ist und
eine erste Metallschicht (22b), die Aluminium als Hauptbestandteil enthält, sowie eine im Kontakt mit dieser ersten Metallschicht auf diese geschichtete zweite Metallschicht (23) umfaßt, die Nickel als Hauptbestandteil enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke der ersten Metallschicht zu derje­ nigen der zweiten Metallschicht wenigstens 5 beträgt.
2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lot auf der zweiten Metallschicht (23) abgeschieden ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157209A1 (de) * 2001-11-22 2003-06-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437989B1 (en) * 1999-07-10 2002-08-20 Endress + Hauser Gmbh + Co. Circuit board with an electronic component and a method for producing a connection between the circuit board and the component
JP2006024829A (ja) 2004-07-09 2006-01-26 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
US20090165296A1 (en) * 2006-04-04 2009-07-02 Yoash Carmi Patterns of conductive objects on a substrate and method of producing thereof
JP5134899B2 (ja) 2007-09-26 2013-01-30 三洋電機株式会社 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法および携帯機器
JP4588091B2 (ja) * 2008-02-29 2010-11-24 三洋電機株式会社 半導体モジュールの製造方法
WO2011004469A1 (ja) * 2009-07-08 2011-01-13 トヨタ自動車株式会社 半導体装置とその製造方法
CN102142465A (zh) * 2010-12-20 2011-08-03 杭州士兰集成电路有限公司 一种肖特基二极管的正面电极结构及其工艺制造方法
CN102496571A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 杭州士兰集成电路有限公司 低势垒肖特基二极管的制作方法及结构

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3781596A (en) * 1972-07-07 1973-12-25 R Galli Semiconductor chip carriers and strips thereof
US3990094A (en) * 1975-08-20 1976-11-02 General Motors Corporation Evaporated solderable multilayer contact for silicon semiconductor
US4358784A (en) * 1979-11-30 1982-11-09 International Rectifier Corporation Clad molybdenum disks for alloyed diode
US4378410A (en) * 1980-06-06 1983-03-29 Rockwell International Corporation Compliant glass for solid state devices
DE3107943A1 (de) * 1981-03-02 1982-09-16 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur herstellung von loetbaren und temperfaehigen edelmetallfreien duennschichtleiterbahnen
GB8927310D0 (en) * 1989-12-02 1990-01-31 Lsi Logic Europ Via-hole filling in semiconductor devices
JPH0472764A (ja) * 1990-07-13 1992-03-06 Sharp Corp 半導体装置の裏面電極
JP2940699B2 (ja) * 1990-07-30 1999-08-25 三洋電機株式会社 ｐ型ＳｉＣの電極形成方法
EP0579897B1 (de) * 1992-07-23 2003-10-15 Toyoda Gosei Co., Ltd. Lichtemittierende Vorrichtung aus einer Verbindung der Galliumnitridgruppe
JPH06252091A (ja) 1993-02-24 1994-09-09 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
US6082610A (en) * 1997-06-23 2000-07-04 Ford Motor Company Method of forming interconnections on electronic modules

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10157209A1 (de) * 2001-11-22 2003-06-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Erzeugung von erhabenen Strukturen, insbesondere Kontakthöckern

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