DE2336152A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleiterbauelement

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einen Halbleiterelement, das einen Halbleiterkörper mit mehreren Zonen abwechselnde21 Leitungstyps aufweist, von denen mindestens eine der äußeren Zonen durch Diffusion dotiert ist, mit mindestens einer aus Aluminium bestehenden Elektrode, die an ihrer Oberfläche mit einer Silberschicht versehen ist und die unter Druck an einer Kontaktelektrode anliegt.
Ein solches Halbleiterbauelement ist bereits in der OffenlegungsE-chrift 1 122 487 beschrieben worden. Die auf die Aluminiumelektrode aufgebrachte Silbex'schicht hat dort den Zweck, die Aluminiumschicht vor Oxydation zu schützen. Die Oxydation der aus Aluminium bestehenden Elektrode, verschlechtert nämlich den Kontakt eines Halbleiterbauelements beträchtlich.
Da die Silberschicht der Elektrode unter Druck an einer Kontaktelektrode anliegt,' kann es im Laufe des Betriebes des Halbleiterbauelemenrs, also bei Erwärmung, dazu kommen. daß die Silberschicht der Elektrode mit der Kontaktelektrode zusammenwächst. Da die Kontaktelektrode in dexi Regel aus einem Metall besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient von dem des Halbleiterkörper abweicht, kann es im Laufe des Betriebes, insbesondere bei extremen Lastwechseln und damit einhergehenden Temperaturwechseln, zur Zerstörung oder mindestens Verschlechterung des Kontaktes kommen.
VPA 9/IIO/3O54 Hab/Ktz
409885/0776
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement der eingangs erv.rähnten Art so zu ve.rbesse.rn, daß mit Sicherheit kein Zusammenwachsen zwischen Kontaktelektrode und Elektrode stattfindet.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Silberschicht mindestens an ihrer der Kontaktelektrode zugekehrten Seite Aluminium enthält.
Der Aluminiumanteil liegt hierbei unter 20 /ό. Zweckmäßigerweise ist das Aluminium fein im Silber verteilt. Es kann auch die Kontaktelektrode an der an der Elektrode anliegenden Seite aus Silber oder einer Silberverbindung bestehen. Das Silber oder die Silberverbindung kann auch Aluminium enthalten.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren 1-3 naher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein halbleiterelement gei^äß einem ersten Ausführungsbeirpiel,
Fig. 2 ein Halbleiterelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig. 3 den Längsschnitt durch ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement nach Fig. 1.
Das Halbleiterelement nach Fig. 1 v/eist einen Halbleiterkörper auf, der mit 1 bezeichnet ist. Diesel' besteht beispielsweise aus Silicium und ist mit einer Aluminiumelektrode 2 versehen, auf der eine Silberschicht 3 aufgebracht ist. Auf der Elektrode des Halbleiterkörpers 1 sitzt eine Kontaktelektrode 4. Diese kann aus Silber oder einer Silberverbindung bestehen;
VPA 9/IIO/3O54 - 3 -
409885/0776
sie kann jedoch auch aus Kupfer oder Molybdän bestehen, das an der dem Halbleiterkörper zugekehrten Seite mit einer Silberschicht 5 überzogen ist. Diese Silberschicht 5 kann z.B. aufgewalzt, aufplattiert, aufgelötet, aufgesprüht oder galvanisch aufgebracht sein. Kit der anderen Flachseite des Halbleiterkörpers 1 ist eine weitere Elektrode 6 verbunden, die beispielsweise aus Molybdän besteht.
Die Silberschicht 3 enthält mindestens an der der Kontaktelektrode 4_ ziigekehrten Seite Aluminium, das zweckmäßigerweise fein verteilt ist und dessen Anteil unter 20 % liegt. Zur Kontaktierung des Halbleiterelements wird die Kontalrtelektrode 4 auf die Elektrode des Halbleiterkörpers aufgepreßt .
In Fig. 2 ist ein v/eiteres Halbleiterelement gezeigt; gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf der Aluminiumelektrode 2 mit der Silberschicht 3 sitzt eine Kontaktelektrode 9> die entweder aus Silber, einer Silberverbindung oder aus einem mit Silber überzogenen anderen Metall bestehen kann. An der Unterseite des Halbleiterkörpers ist eine Elektrode 7 aus Aluminium angebracht, die mit einer Silberschicht 8 versehen ist. Das Halbleiterelement v/eist eine untere Kontaktelektrode 11. auf, deren Aufbau der Kontaktelektrode 9. entspricht. Bestehen die Kontakt elektroden 9. und 11 aus einem andex'en Metall als Silber, z.B. Kupfer oder Molybdän, sind sie mit Silberschichten 10 bzw. 12 versehen, die mit den Kontaktelektroden _9_ und Y\_ z.B. durch Auflöten, Aufplattieren, Aufsprühen oder Aufwalzen verbunden sind. Auch bei diesem AusführungsbeiEpiel weisen die Silberschichten 3 und 8 mindestens an ihrer den Kontaktelektroden zugekehrten Seite einen fein verteilten Aluminiunanteil auf, der zweckmeßigerveise unter 20 % liegt.
Es hat sich beim Betrieb - also unter Druck-und Wärmeanwendung ■ von Halbleiterbauelementen, in denen die beschriebenen
VPA 9/IIO/3O54 - 4 -
409885/0776
Halbleiterelemente eingebaut waren, gezeigt, daß die Kontaktelektroden nicht mit den Elektroden zusammenwachsen und zwar unabhängig davon, ob die Kontaktelektroden aus einem Material bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient von dem des Halbleiterkör-oers abweicht oder nicht. Die bekannten guten Eigenschaften eines Druckkontakts, nämlich insbesondere die/ auf den Halbleiterkörper und seine Elektroden keine oder nur unv,7 es ent Ii ehe Schubkräfte zu übertragen, bleiben damit erhalten, Andererseits neigen die beschriebenen Kontakte auch wenig zur Oxydation, da sie einen überwiegenden Silberanteil enthalten.
Die Aluminiumelektroden 2 bzw. 7 können beispielsweise 20/um stark sein. Solche Elektroden werden zweckmäßigerweise durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt. Die Silberschicht kann z.B. durch Aufdampfen einer 2/um starken Silberschicht hergestellt werden. Anschließend an das Aufdampfen der Aluminiumschicht und der Silberschicht werden diese Schichten bei einer Temperatur zwischen 300 und 55O°C zwischen 10 und 20 Minuten gesintert. Das Sintern bewirkt einerseits eine gute Haftung des Aluminiums am Silicium und andererseits eine gute Haftung des Silbers am Aluminium. Bei den angegebenen Sinterzeiten und -temperaturen wandert außerdem ein Teil des Aluminiums der Elektroden 2 bzw. 7 in cLie Silberschicht 3 bzw. 8 hinein bis zur Oberfläche dieser Schichten. Der Aluminiumgehalt der Silberschichten 3 bzw. 8 verhindert nun ein Zusammenwachsen zwischen Elektrode und Kontaktelektrode unter allen Betriebsbedingungen.
Die Erfindung ist nicht an die genannten Größen gebunden. Für Bauelemente kleinerer Leistung genügt beispielsweise eine Dicke der Aluminiumschichten von 5/Um und eine Dicke der Silberschichten von etwa 0,5/um. Bei einer Sinterung zwischen 5 und 10 Minuten bei einer Temperatur zwischen 300 und 55O°C diffundiert auch hier das Aluminium bis zur Oberfläche der Silberschicht.
VPA 9/IIO/3O54 - 5 -
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~ 5 —
Der Aluminiumanteil in den Silberschichten kann auch beispielsweise durch gleichzeitiges Aufdampfen von Silber und Aluminium aus getrennten Verdampfern auf die Aluminiumelektrode eingestellt v/erden.
In Fig. 3 ist ein Halbleiterbauelement gezeigt, in das ein Halbleiterelement gemäß Pig. 1 eingebaut wurde. Teile mit gleicher Punktion wie in Pig. 1 sind'auch hier mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das aus dem Halbleiterkörper 1 und den Elektroden 2, 3 und bestehende Halbleiterelement sitzt auf einem Boden 14, der beispielsweise aus Kupfer besteht. Zwischen die Elektrode und den Boden 14 kann eine Folie 20 eingelegt sein, die beispielsweise aus Silber besteht. Auf die Elektroden 2, 3 wird die Kontaktelektrode 4 aufgesetzt, die über Federn 17 gegen das Halbleiterelement gepreßt wird. Der Kontaktdruck liest zwisehen 100 und 500 kp/cm . Die Federn 17 stützen sich an einem Keramikzylinder 15 ab, der an seiner Unterseite mit dem Kupferboden 14 verbunden ist. Der Keramikzylinder 15 wird durch einen Deckel 18 abgeschlossen, der eine zentrale Durchführung 19 aufv.e.st, durch die ein Stempel 16 hindur eingeführt ist. Der Stempel 16 iet mit der Kontaktelektrode 4 verbunden. Das Halbleiterelement liegt nur unter Druck an der Kontaktelektrode 4 und am Boden 14 an. Die Elektrode 6 besteht zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit beispielsweise aus Molybdän; sie kann jedoch auch aus einer mit dem Halbleiterkörper verbundenen Aluminiumschicht bestehen, auf die eine Silberschicht aufgebracht ist. Auch diese Silberschicht enthält, wenn sie wie beschrieben eingesintert wird, Aluminium. Ein Anwachsen der auf dem Kupferboden liegenden Silberfolie 20 v;ird damit verhindert.
5 Patentansprüche
3 Figuren
VPA 9/IIO/3O54 - 6 - ■
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    ^1. /Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, das einen Halbleiterkörper mit mehreren Zonen abv/echselnden Leitungstyps aufweist, von denen mindestens eine der äußeren Zonen durch Diffusion dotiert ist, mit mindestens einer aus Aluminium bestehenden Elektrode, die an ihrer Oberfläche mit einer Silberschicht versehen ist und die unter Druck an einer Kontaktelektrode anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberschicht (3) mindestens an ihrer Kontaktelektrode (ft»9,1J.) zugekehrten Seite Aluminium enthält.
  2. 2. Kalbleiterbauelement mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium fein im Silber verteilt ist.
  3. 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumanteil unter 20 % liegt.
  4. 4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 - 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode mindestens an der an der Elektrode (2,7) anliegenden Seite aus Silber oder einer Silberverbindung besteht.
  5. 5. Halbleiterbauelement nach Anspruch.4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silber oder die Silberverbindung der Kontaktelektrode Aluminium enthält.
    VPA 9/110/3054-
    409885/077 6
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