DE2449949A1

DE2449949A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2449949A1
Application number: DE19742449949
Authority: DE
Inventors: Tomio Iizuka; Sakae Kikuchi; Keiichi Kuniya; Takeshi Sasaki; Masateru Suwa; Hideo Suzuki; Tomio Yasuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-10-22
Filing date: 1974-10-21
Publication date: 1975-09-11
Also published as: JPS5116302B2; US3969754A; GB1484608A; JPS5068778A; DE2449949C2

Description

81-23.32δΡ(23.329H) 21. 10.

HITACHI LTD., Tokio (Japan)

Halbleitervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, mit einem Halbleitersubstrat und einer Trägerelektrode, die auf wenigstens einem Oberflächenteil des Halbleitersubstrats angeordnet ist.

Ein wichtiges Problem bei einer Halbleitervorrichtung aus einem Halbleitersubstrat, wie beispielsweise aus Silizium, Germanium oder einer intermetallischen Verbindung (z. B. A B -Verbindung), liegt in einer guten Abfuhr der im Halbleitersubstrat während des Betriebs der Vorrichtung erzeugten Wärme. Bei unzureichender Wärmeabfuhr wird

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das Halbleitersubstrat über den zulässigen Grenzwert bis zu einer beträchtlich hohen Temperatur erwärmt, und die angestrebten Eigenschaften der Halbleitervorrichtung treten aufgrund vergrößerten Leckstromes, verringerter Schaltspannung usw. nicht auf.

Das oben angeführte Problem kann gelöst werden, wenn das Halbleitersubstrat auf einen Körper gebracht wird, der eine große Oberfläche aufweist und aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer besteht, das elektrisch und thermisch gut leitet. Jedoch besteht ein großer Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats und von Kupfer. Wenn daher diese Materialien zusammengebracht werden, kann eine mechanische Spannung auf die Verbindung sf lache aufgrund des großen Unterschiedes in den Wärmeausdehnungskoeffizienten übertragen werden, und das Halbleitersubstrat, das mechanisch schwach ist, wird aufgrund einer derartigen Spannung zerstört. Es ist deshalb üblich, eine Trägerelektrode in der Form einer Platte aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten herzustellen, der im wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats entspricht, und diese Trägerelektrode auf einen Oberflächenteil oder auf gegenüberliegende Oberflächenteile des Halbleitersubstrats aufzubringen. Molybdän oder Wolfram werden gewöhnlich für die Herstellung der Trägerelektrode verwendet. Molybdän und Wolfram haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Silizium und Germanium entspricht, und diese Materialien haben auch relativ hohe elektrische Leitfähigkeiten und Wärmeleitfähigkeiten. Die Verwendung von Molybdän oder Wolfram für die Trägerelektrode ist vorteilhaft, da die im Halbleitersubstrat erzeugte Wärme gut abgeführt werden kann, um

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eine Zerstörung des Halbleitersubstrats zu vermeiden. Unter den Wärmeausdehnungskoeffizienten bei einer bestimmten Temperatur wird eine Größe verstanden, die erhalten wird, indem eine lineare Ausdehnung, die durch einen Temperaturanstieg von der Raumtemperatur auf diese Temperatur verursacht wird, durch die Differenz zwischen diesen Temperaturen dividiert wird. Auf diese Weise haben Molybdän und Wolfram die gewünschten Eigenschaften für die Trägerelektrode. Jedoch nehmen die Anforderungen an verbesserte Eigenschaften der Trägerelektrode ständig zu. Der technologische Fortschritt auf diesem Gebiet ist beträchtlich. Neue intermetallische Verbindungen wurden für die Verwendung als Halbleiter ermittelt. Weiterhin werden auch ständig die Herstellungsverfahren verbessert. Daher besteht ein ständig steigender Bedarf nach größeren Belastungen und kleineren Abmessungen von Halbleitervorrichtungen.

Im Zusammenhang mit der angestrebten vergrößerten Belastbarkeit der Halbleitervorrichtungen ist es erforderlich, die im Halbleitersubstrat erzeugte Wärme gut abzuführen. Obwohl dieser Forderung durch Vergrößerung der Oberfläche der Trägerelektrode genügt werden kann, so paßt dies nicht zu den angestrebten kleineren Abmessungen der Halbleitervorrichtungen. Demgemäß ist es erforderlich, die Wärmeleitfähigkeit der Trägerelektrode zu erhöhen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit einer Trägerelektrode anzugeben, die die im Halbleitersubstrat erzeugte Wärme gut abführt, um so jede Beschädigung der Halbleitervorrichtung zu vermeiden; der Wärmeausdehnungskoeffizient der Trägerelektrode soll frei einstellbar sein.

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Erfindungsgemäß ist die Trägerelektrode ein Verbundwerkstoff (zusammengesetzte Struktur), bei dem Fasern mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats ist, in eine Grurdmasse aus einem Metall eingebettet sind, das eine elektrische Leitfähigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, die höher als die Leitfähigkeiten der Fasern sind.

Wie bereits erläutert wurde, muß die Trägerelektrode eine große Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aufweisen, damit die im Halbleitersubstrat erzeugte Wärme gut abgeführt werden kann. Diese Trägerelektrode muß auch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats ist.

Die Erfindung beruht darauf, daß der oben erläuterte Verbundwerkstoff so hergestellt werden kann, daß er einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats ist, und daß er ausreichende Wärme- und elektrische Leitfähigkeiten aufweist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient, die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffes können durch Einstellung des Anteils oder Gehaltes an Fasern gesteuert werden. Während der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes mit zunehmendem Faseranteil verringert werden kann, nehmen die Wärme- und die elektrische Leitfähigkeit entsprechend ab.

Zahlreiche Versuche haben ergeben, daß der Wärmeausdehnungs-

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-Sr-

koeffizient des Verbundwerkstoffes beträchtlich von der Ausrichtung der Fasern abhängt. Genauer ausgedrückt: Es wurde ermittelt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes in Ausrich-. tung der Fasern einen Wert besitzt, der wesentlich dichter beim Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern als der Wert liegt, der im allgemeinen vom Faseranteil her zu erwarten wäre. Weiterhin wurde ermittelt, daß der Verbundwerkstoff eine Wärmeleitfähigkeit und eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die im wesentlichen mit den Werten zusammenfallen, die im allgemeinen vom Faseranteil her erwartet werden. Weiterhin wurde ermittelt, daß sich die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit im wesentlichen nicht abhängig von der Ausrichtung der Fasern ändern.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes ist niemals kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Fasern. Es ist deshalb erforderlich, solche Fasern auszuwählen, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, der im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats ist, damit der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes so dicht wie möglich beim Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats liegt. Tatsächlich können eine oder mehrere Arten von Fasern mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der höher als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats ist, unter die verwendeten Fasern gemischt werden, vorausgesetzt, daß alle Fasern insgesamt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, der im wesentlichen gleich oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats ist. Andererseits sollten die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffes so hoch

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wie möglich sein.. Daher sollte die Grundmasse aus einem Material bestehen, das eine möglichst große Wärme- und elektrische Leitfähigkeit besitzt. Damit der Verbundwerkstoff eine bessere Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aufweist als eine herkömmliche Trägerelektrode, die lediglich aus Molybdän oder Wolfram besteht, muß die Grundmasse aus einem Material hergestellt werden, das eine höhere Wärme- und elektrische Leitfähigkeit als die Materialien der Fasern besitzt.

Der Anteil an Fasern im Verbundwerkstoff der in der Halbleitervorrichtung als Trägerelektrode für das Halbleitersubstrat vorgesehen ist, soll sich schrittweise in Richtung der Dicke so ändern, daß der Anteil im Elektrodenteil, der am Halbleitersubstrat anliegt, größer und im entgegengesetzten Elektrodenteil kleiner ist. Die so aufgebaute Trägerelektrode hat den Vorteil, daß ihr Wärmeausdehnungskoeeffizient schrittweise in Richtung der Dicke geändert werden kann, so daß er in dem Elektrodenteil am kleinsten ist, der am Halbleitersubstrat anliegt.

Die Fasern sind vorzugsweise parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgerichtet. Eine Hauptursache für die Zerstörung des Halbleitersubstrats liegt darin, daß das Halbleitersubstrat sich nicht ausdehnen kann, um der Ausdehnung der Trägerelektrode in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrats zu folgen. Aufgrund des oben-erläuterten Problems ist es sehr wichtig, die Fasern parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrats anzuordnen, um die Ausdehnung der Träger elektrode in der zur Substratoberfläche parallelen Richtung möglichst klein zu machen.

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τ -

Es ist vorteilhaft, daß sich die Fasern kreuzen, um mehrere Netze zu bilden, die in Richtung der Dicke beabstandet sind, und derartige Netze sind parallel zur Substratoberfläche angeordnet.

Ein Leitungsdraht aus Kupfer oder eine Grundelektrode aus Kupfer sind im allgemeinen mit der Oberfläche der Trägerelektrode im Abstand von der Oberfläche verlötet, mit der die Trägerelektrode am Halbleitersubstrat anliegt. In diesem Fall tritt häufig eine Korrosion an der Verbindungsstelle auf, wenn diese aus verschiedenen Metallen besteht. Erfindungsgemäß kann das Problem der Korrosion vermieden werden, da die Trägerelektrode in der Form des Verbundwerkstoffes vorliegt, bei dem das die Grundmasse bildende Material Kupfer ist. Die Verhinderung der Korrosion kann gesichert werden, wenn die Oberfläche des Verbundwerkstoffes mit einem dünnen Kupferfilm versehen wird. Dieser Kupferfilm kann einfach auf herkömmliche Weise hergestellt werden.

In der einfachsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägerelektrode sind Fasern aus einem Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie das Halbleitersubstrat in eine Grundmasse aus Kupfer eingebettet. Durch Verwendung eines derartigen Materials kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes nahe zum Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats gemacht werden, und die thermische und die elektrische Leitfähigkeit hiervon sind beträchtlich besser als die Leitfähigkeiten des Halbleitersubstrats. Die Fasern können so verteilt werden, daß deren Anteil in dem am Halbleitersubstrat anliegenden Elektrodenteil größer ist als in dem entgegengesetzten Elektrodenteil, so daß der am Halbleitersubstrat an-

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liegende Elektrodenteil einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats ist, und so daß der entgegengesetzte Elektrodenteil einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer ist.

Wenn das Halbleitersubstrat aus Silizium oder Germanium besteht, ist es zweckmäßig, Fasern zu verwenden, die beispielsweise aus Molybän, Wolfram, Graphit oder einer Legierung von Eisen, Nikkei und Kobalt bestehen. Tatsächlich können auch andere geeignete Materialien verwendet werden, da für die Fasern deren Wärmeausdehnungskoeffizient lediglich im wesentlichen gleich dem oder kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats sein soll.

Versuche haben ergeben, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes entlang der Ausrichtung der Fasern sehr nahe beim Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern liegt, wenn der Fasergehalt größer als 20 Vol.-% ist. Beispielsweise beträgt bei einem Verbundwerkstoff, bei dem 20 Vol.-% Wolframfasern in eine Grundmasse aus Kupfer in eine Richtung ausgerichtet eingebettet sind, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient entlang der Richtung der Metallfasern bei Raumtemperatur 6,0 · 10 / C . Dieser Wert liegt nahe beim Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wolfram, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupfer 16,5-10 /C und der Wärmeausdehnungskoeffizient von Wolfram 4,4 * 10 /⁰C betragen. Daher soll der Faser anteil größer als 20 Vol.-% sein, wenn die Fasern einheitlich im Verbundwerkstoff verteilt sind.

Es wurde weiter ermittelt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient

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des Verbundwerkstoffes entlang der Ausrichtung der Fasern sich weiter dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern mit zunehmendem Faseranteil nähert, und er ist nahezu gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern, wenn der Faseranteil auf 50 Vol.-% erhöht ist. Daher soll sich der Faseranteil in Richtung der Dicke des Verbundwerkstoffes so ändern, daß der Faseranteil in dem am Halbleitersubstrat anliegenden Elektrodenteil 50 Vol.-% beträgt und schrittweise zum entgegengesetzten, vom Halbleitersubstrat beabstandeten Elektrodenteil abnimmt. Der Faseranteil kann 0 Vol.-% in dem zuletzt genannten Teil betragen, an dem der Leitungsdraht aus Kupfer oder die Basis- oder Grundelektrode aus Kupfer angebracht ist.

Die Erfindung sieht also eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat und einer Trägerelektrode vor, die wenigstens auf einem Oberflächenteil des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wobei die Trägerelektrode einen Verbundwerkstoff (zusammengeset zte Struktur) hat, so daß Fasern mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich dem oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats ist, in eine Grundmasse aus einem Metall eingebettet sind, das höhere Wärme- und elektrische Leitfähigkeiten als die Fasern besitzt. Diese Trägerelektrode hat eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit, und ihr Wärmeausdehnungskoeffizient ist frei einstellbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Wärme-

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ausdehnungskoeffizienten eines Verbundwerkstoffes, bei dem Wolframfasern in eine Kupfer-Grundmasse eingebettet sind, und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindingsgemäßen Halbleitervorrichtung.

Ausführungsbeispiel 1

Ein Verbundwerkstoff wird hergestellt, bei dem 30 Vol.-% Wolframfasern mit 0,1mm Durchmesser in eine Kupfer-Grundmas se in einer Richtung ausgerichtet eingebettet sind, und der Wärmeausdehnungskoeffizient dieses Verbundwerkstoffes wird in einem Tem peraturbereich von 100 ⁰C bis 900 ⁰C gemessen. Die Messung wird in der Ausrichtung A der Wolfram fasern und in einer Richtung B senkrecht zur Ausrichtung A durchgeführt. Die erhaltenen Werte sind in der Fig. 1 eingezeichnet , in der auf der Ordinate der Wärmeausdehnungskoeffizient und auf der Abszisse die Temperatur aufgetragen sind. Hier wird der Wärmeausdehnungskoeffizient, wie bereits erwähnt, erhalten, indem eine lineare Ausdehnung, die auf einem Temperaturanstieg von der Raumtemperatur zu einer Temperatur beruht, bei der der Wärmeausdehnungskoeffizient ermittelt werden soll, durch die Differenz zwischen der Raumtemperatur und dieser Temperatur dividiert wird. Beispielsweise ist der Wärmeausdehnungskoeffizient oc bei 100 ⁰C gegeben durch:

_ Länge Γ bei 100 °Cj- Länge [bei Raumtemperatur] 100 ⁰C - Raumtemperatur.

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Die Fig. 1 zeigt auch den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Wolfram. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des "Verbundwerkstoffes in der Ausrichtung A der Wolframfasern ist etwas größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Wolfram, wenn bei einer Temperatur von 100 C gemessen wird. Jedoch wird bei einem Temperaturanstieg ein Einfluß aufgrund der Eigenschaften der Kupfer-Grundmasse bei einer linearen Ausdehnung verkleinert, und lediglich die Eigenschaft der Wolframfasern tritt stark hervor. So kommt bei einer hohen Temperatur der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes in die Nähe des Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wolfram und er wird bei 100 C, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, nahezu gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wolfram.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes in der Richtung B senkrecht zur Ausrichtung A der Wolframfasern beträgt bei 100 °C ungefähr 8,9 · 10" /⁰C. Dieser Wert ist größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Wolfram bei 100 C, aber wesentlich kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupfer bei 100 C. Jedoch nimmt der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes in dieser Richtung B stark mit dem Temperaturanstieg zu und wird im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer, wenn eine Temperatur von 700 C erreicht ist.

Ausführungsbeispiel 2

Ein Verbundwerkstoff wird hergestellt, indem Wolframfasern in eine Grundmasse aus Kupfer, in einer Richtung ausgerichtet, eingebettet werden, und eine Halbleitervorrichtung wird hergestellt, die nit

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diesem Verbundwerkstoff als Trägerelektrode ausgestattet ist. Diese Halbleitervorrichtung ist so aufgebaut, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist.

In der Fig. 2 ist ein Halbleitersubstrat 1 auf seinen entgegengesetzten Oberflächenteilen mit zwei Trägerelektroden 2 und 2 a versehen, die jeweils die Form eines Verbundwerkstoffes aufweisen, der aus einer Grundmasse aus Kupfer und Wolframfasern besteht. Die Trägerelektroden 2 und 2 a sind mit dem Halbleitersubstrat 1 jeweils über dünne Lotfilme 3 und 3a verlötet. Weiterhin ist die Trägerelektrode 2 an einer Grundelektrode 5 über einen Lotfilm 4 befestigt, während die andere Trägerelektrode 2a mit einem Leitungsdraht 6 über einen Lotfilm 4a verbunden ist. Ein zylinderförmiges Glied 7 ist an seinem einen Ende mit der Grundelektrode 5 und an seinem anderen Ende mit einem Deckel 8 verbunden. Stickstoffgas ist in den abgeschlossenen Raum gefüllt, der durch die Grundelektrode 5, das zylindrische Glied 7 und den Deckel 8 festgelegt ist, um zu verhindern, daß das Halbleitersubstrat 1 nachteilig durch Feuchtigkeit beeinflußt wird.

Das Halbleitersubstrat 1 besteht aus Silizium. Die Trägerelektroden 2 und 2 a sind in der weiter unten beschriebenen Weise hergestellt. Zunächst werden Wolframfasern mit einem Durchmesser von 0,1 mm, die in einer Richtung angeordnet sind, in ein Quarzrohr gebracht, das an einem Ende dicht abgeschlossen ist. Dieses Quarzrohr wird in einer Vakuumkammer erhitzt, in der ein Druck von 2 bis 5 " 10 Torr (mmHg) herrscht, um die Wolframfasern zu entgasen. Das offene Ende des die Wolframfasern enthaltenden Quarzrohres wird

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in ein Bad von sauerstofffreiem Kupfer getaucht, das in der Vakuumkammer auf 1200 C erhitzt wurde und im geschmolzenen Zustand vorliegt. Sodann wird Argongas in die Vakuumkammer eingespeist, um den Druck in der Vakuumkammer auf eine Atmosphäre zu erhöhen. Die Schmelze des sauerstofffreien Kupfers wird in das Quärzrohr getrieben, um den Raum zu füllen, der die Wolframfasern enthält. Nach einer Abkühlung der Vakuumkammer wird der Verbundwerkstoff aus der Kupfer-Grundmasse und den Wolframfasern aus dem Quarzrohr genommen. Der Verbundwerkstoff wird dann in der Ausrichtung der Wolfram fasern in eine Plattenform gerollt, und diese Platte wird in die Form der Trägerelektrode geschnitten.

Mehrere Verbundwerkstoffe mit jeweils 20, 30, 40 und 50 Vol.-° Wolframfasern werden hergestellt. Die Zugfestigkeit, die elektrische Leitfähigkeit, der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit dieser Verbundwerkstoffe werden entlang der Ausrichtung der Wolframfasern gernessen. Das Ergebnis dieser Messung zeigt die unten angeführte Tabelle. In dieser Tabelle sind ebenfalls die entsprechenden Eigenschaften von Molybdän und Wolfram für Vergleichszwecke mit den ■ Meßergebnissen eingetragen. Weiterhin ist die Wärmeleitfähigkeit in der Tabelle als Vielfaches der Wärmeleitfähigkeit von reinem Molybdän angegeben, das als Einheit genommen wird.

(Tabejle, Seite 14)

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Tabelle: Eigenschaften von Verbundwerkstoffen

Material

Cu-20 Vol.-%W Cu-30 Vol.-%W Cu-40 Vol.-°/oW Cu-50 Vol.-?6 W Reines Mo Reines W

Zugfestigkeit (kp/mm )

Elektr.
Leitfähigkeit

Wärmeausdehnungs- koeffizient (· io-⁶/°c)

Wärmeleitfähig keit

(Vielfaches von Mo)

Aus der die Meßergebnisse angebenden Tabelle ist offensichtlich, daß die elektrische Leitfähigkeit und die Wärm eleitfähigkeit im Vergleich zu reinem Molybdän und reinem Wolfram beträchtlich verbessert werden können. Weiterhin ist der Wärmeausdehnungskoeffizient stärker dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wolfram als der Wert angenähert, der durch einfache Rechnung aufgrund des Anteils der Wolframfasern erhalten wird, und daher können ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient sowie eine hohe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit erhalten werden.

Ausführungsbeispiel 3

Ein Verbundwerkstoff mit 20 Vol.-% Wolframfasern und 20 Vol.-%

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Kohlenstoffasern, die in eine Kupfer-Grundmasse eingebettet sind, wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel 2 hergestellt. Dieser Verbundwerkstoff hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,5 · 10 /⁰C und eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von 76 % entlang der Ausrichtung der Fasern und ist als Trägerelektrode für ein Halbleitersubstrat aus Silizium oder Germanium sehr gut geeignet.

Ausführungsbeispiel 4

Es wird ein Verbundwerkstoff mit Wolframfasern hergestellt, die netzförmig in einer Grundmasse aus Kupfer angeordnet sind. Genauer ausgedrückt: Dieser Verbundwerkstoff wird durch abwechselndes Beschichten mit mehreren gewirkten Netzen aus Wolframfasern und mehreren gewirkten Netzen aus Kupferfasern hergestellt, wobei das Laminat in ein Quarzrohr gebracht und das oben erläuterte Verfahren durchgeführt wird. Die Netze aus Wolframfasern werden in leicht zueinander versetzter Beziehung geschichtet, um Änderungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten abhängig von der Richtung auszuschließen. Sodann wird eine Platte mit 30 mm Durchmesser und einer Dicke von 2 mm aus diesem Verbundwerkstoff parallel zur angeordneten Richtung der Wolframfasern geschnitten. Die Wolframfasern nehmen 50 % des Gesamtvolumens des Verbundwerkstoffes ein, und der Wärmeausdehnungskoeffizient und die spezifische elektrische Leitfähigkeit in der Längsrichtung der Wolframfasern betragen jeweils ungefähr 5,2 " 10 /⁰C und 63 %. Dieser Verbundwerkstoff wird als Trägerelektrode verwendet, und ein Halbleitersubstrat aus Silizium wird zur Herstellung der Halbleitervorrichtung mit dem in der Fig. 2 gezeigten Aufbau benutzt. Der Wärmewiderstand dieser Vorrichtung kann im Vergleich zu einer

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Vorrichtung mit einer Trägerplatte aus reinem Molybdän um 30 % verringert werden.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung die Wärme gut vom Halbleitersubstrat ableitet und die auf das Halbleitersubstrat einwirkende mechanische Spannung steuerbar macht. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden erzielt, da der Verbundwerkstoff, der die Trägerelektrode bildet, einen im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Halbleitersubstrat und ebenfalls gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeiten besitzt, da einerseits der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes im wesentlichen vom Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fasern abhängt, und da andererseits die Wärme- und die elektrische Leitfähigkeit hiervon nicht von den Eigenschaften der Fasern abhängen.

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Claims

Patentansprüche

jfl.yHalbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat und mit einer wenigstens auf einem Oberflächenteil des Halbleitersubstrats angeordneten Träger elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode (2, 2a) Fasern hat, die in eine Grundmasse aus einem Metall eingebettet sind, das eine höhere elektrische und Wärme-Leitfähigkeit als die Fasern aufweist, und daß mindestens einige der Fasern einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im wesentlichen gleich dem oder niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleitersubstrats (1) haben.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in der Grundmasse parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrats (l) ausgerichtet sind.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß .die Fasern so angeordnet sind, daß ihr Anteil in der Grundmasse schrittweise vom am Halbleitersubstrat (1) anliegenden Teil der Grundmasse zum vom Halbleitersubstrat (l) entfernten Teil der Grundmasse abnimmt.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern sich kreuzen, um mehrere Netzwerke zu bilden, die in der Grundmasse parallel zur Oberfläche des Halbleitersubstrats (l) angeordnet sind.

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5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Fasern höchstens 20 Vol.-% beträgt.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Fasern im am Halbleitersubstrat (l) anliegenden Teil der Grundmasse mehr als 50 Vol.-% beträgt.
7. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat aus Silizium oder Germanium und mit einer Trägerelektrode, die auf wenigstens einem Oberflächenteil des Halbleitersubstrats angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerelektrode (2, 2a) WoIframfasern hat, die in eine Kupfer-Grundmasse eingebettet sind.

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