DE60200438T2 - Wasserstoff-Getterstruktur mit silberdotierter Palladiumschicht zur Erhöhung des Wasserstoff-Getterns eines Halbleitermoduls, Halbleitermodul mit einer solchen Zusammensetzung und Herstellungsverfahren - Google Patents

Wasserstoff-Getterstruktur mit silberdotierter Palladiumschicht zur Erhöhung des Wasserstoff-Getterns eines Halbleitermoduls, Halbleitermodul mit einer solchen Zusammensetzung und Herstellungsverfahren Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Wasserstoff-Getterungsstruktur mit einem Titanteil (im Besonderen einem Titan-Volumenteil); auf Verpackungs-(Module) Komponenten (z. B. einen Deckel, einen Behälter, usw.) zum Verpacken von Halbleitervorrichtungen (z. B. mikroelektronischen Halbleitervorrichtungen) und geformte Verpackungen (Module), die die Wasserstoff-Getterungsstruktur beinhalten (z. B. ein Halbleitervorrichtungsmodul, das die Wasserstoff-Getterungsstruktur enthält); und auf Verfahren zur Bildung der Wasserstoff-Getterungsstruktur und Verpackungskomponenten und Verpackungen. Die vorliegende Erfindung ist hauptsächlich auf die Wasserstoff-Getterungsstruktur und Modulkomponenten und Module mit einer solchen Struktur und auf Verfahren zur Bildung solcher Strukturen und Komponenten und Module gerichtet, die eine Beschädigung und Verschlechterung von Artikeln (z. B. Halbleitervorrichtungen mit III–V Halbleitermaterialien), die in solchen Modulen enthalten sind, aufgrund des Wasserstoffs in den Modulen vermeiden.
  • Demnach ist die vorliegende Erfindung insbesondere auf eine Wasserstoff-Getterungsstruktur und Komponenten und Module gerichtet, die eine solche Wasserstoff-Getterungsstruktur verwenden, die Beschädigung und Verschlechterung von Artikeln vermeiden, die vorgesehen sind, vor dem Wasserstoff in der Umgebung des Artikels beschützt zu werden. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auf eine Wasserstoff-Getterungsstruktur und auf Modulkomponenten und Module gerichtet, die eine Wasserstoffschädigung von Halbleitervorrichtungen in den Modulen vermeiden, im Wesentlichen jener Vorrichtungen mit einem niedrigen Wasserstoffniveaugrenzwert in hermetischen (luftdicht abgedichteten) Verpackungen.
  • Noch allgemeiner ist die vorliegende Erfindung auf eine Wasserstoff-Getterungsstruktur mit einem Volumen-Getter zur Absorption von Wasserstoff gerichtet. Während die vorliegende Erfindung hauptsächlich in Verbindung mit einer Was serstoff-Getterungsstruktur für verpackte Halbleitervorrichtungen beschrieben werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann in Verbindung mit anderen Strukturen (z. B. einer Kernreaktorstruktur) verwendet werden, in denen Wasserstoff-Getterung notwendig und/oder erwünscht ist.
  • 2. Diskussion des verwandten technischen Gebiets
  • Ein Problem, das bei Halbleiterherstellern in Verbindung mit verpackten Halbleitervorrichtungen aufgetreten ist, ist die Wasserstoffschädigung von Vorrichtungen in hermetisch versiegelten Verpackungen. Der Wasserstoff innerhalb der Verpackungen kann von verschiedenen Teilen einer Verpackung erzeugt werden, z. B. von Gehäusematerialien, die mit Nickelschichten plattiert sind, EccosorbTM (einem in Halbleiterverpackungen verwendeten Material von z. B. Integrierten Millimeterwellen-Schaltungen, um elektrische Signale zu absorbieren), Epoxydklebstoffen, usw..
  • Es wurde vorgeschlagen, das Problem der Wasserstoffschädigung durch Ausgasen von Gehäusematerialien vor dem Kapseln der Halbleitervorrichtung in der Verpackung und dem hermetischen Versiegeln, zu mildern. Während dieses in manchen Fällen erfolgreich gewesen ist, ist eine solche Technik zum Mildern des Problems der Wasserstoff-Schädigung insbesondere bei Vorrichtungen, die ein niedriges Wasserstoffgrenzwertniveau aufweisen, nicht ausreichend gewesen.
  • Eine weitere Technik zur Überwindung des Problems der Wasserstoffschädigung betrifft das Auflösen anorganischen wasserstoffabsorbierenden Materials in Silikon in der Vorrichtungsverpackung. Das anorganische Wasserstoff-Absorptionsmaterial kann jeder der bekannten Metalloxid-Wasserstoff-Getter sein. Dennoch weist diese Technik Probleme auf, wenn sie beim Verpacken von z. B. Mikroelektronikvorrichtungen verwendet wird. Zum Beispiel nimmt das verwendete Material unerwünscht große Mengen von Feuchtigkeit auf, was eine vorsichtige Hantierung während des Verpackungsversiegelungsprozesses erforderlich macht. Zusätzlich kann Silikon verdampfen und elektronische Vorrichtungen und Laserabdichtungsflächen verunreinigen und zusätzliche Probleme treten mit der verpackten Vorrichtung aufgrund von eingeführten beweglichen Fremdkörperionen auf, da dieses wasserabsorbierende Material in Silikon in der Vorrichtungsverpackung eingebunden ist.
  • US-Patent Nr. 6,110,808 von Salto offenbart eine weitere Technik zum Gettern von Wasserstoff in Halbleiterverpackungen. Diese Technik beinhaltet reihenfolgerichtiges Abscheiden von Metallschichten auf einer Verpackungskomponente, wobei die rei henfolgerichtig abgelagerten Metallschichten Palladium als die äußerste Schicht beinhalten und daran angrenzend Zirkonium oder Titan. Die Inhalte des US-Patents Nr. 6,110,808 sind in ihrer Gesamtheit hierin durch Bezugnahme enthalten.
  • Während diese Technik in US-Patent 6,110,808 Wasserstoff-Getterung bereitstellt, besteht ein Problem, dass beim Bilden von beispielsweise Titanhydriden, um die Wasserstoff-Getterung zu erreichen (d. h. die Absorption des Wasserstoffs zu erreichen), das Titanhydrid im Volumen zunimmt und ein Problem verursachen kann, dass die Schichten von der Verpackungskomponente abfallen.
  • US-Patent Anmeldungsseriennummer 09/415,513, am 8. Oktober 1999 angemeldet und auch als DE-A-10049556 veröffentlicht, deren Inhalt in ihrer Gesamtheit hierin durch Bezugnahme enthalten ist, offenbart ein Wasserstoff-Getterungselement, das ein Volumen-Getterungselement ist. Dieses Element beinhaltet ein Volumenteil aus Titan, das eine äußere Fläche aufweist, die im Wesentlichen frei von Oxid ist und an eine der inneren Flächen einer Verpackungskomponente befestigt ist. Diese Patentanmeldung offenbart, dass eine dünne Palladiumschicht auf der äußeren Fläche des Titans gebildet werden kann, um das Titan vor dem Oxidieren zu bewahren. Wasserstoffatome in dem Inneren des Gehäuses verbinden sich chemisch mit dem Titan, derart, dass das Innere des Gehäuses im Wesentlichen frei von Wasserstoff ist, wobei demnach die elektrischen Eigenschaften und die Lebensdauer der Mikroelektronikvorrichtung innerhalb der Packung verbessert wird.
  • Während die vorhergehenden Techniken zur Wasserstoff-Getterung verwendet wurden, ist es erwünscht, eine Struktur bereitzustellen, die verbesserte und erhöhte Wasserstoff-Getterung in einer Struktur bereitstellt, die fest im Inneren, z. B. einer Halbleiterverpackung bereitgestellt wird, und die einfach und preiswert hergestellt werden kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Wettbewerber haben eine Wasserstoff-Getterungsstruktur entwickelt, die erhöhte Wasserstoff-Getterung bereitstellt, wobei sie einfach herzustellen ist und preiswert ist. Die Wettbewerber haben herausgefunden, dass Struktur, die ein Teil eines Metalls zur Wasserstoffabsorption mit einer metalldotierten Palladiumschicht auf einer Fläche davon beinhaltet, wobei der Metalldotierstoff aus der Gruppe bestehend aus Silber, Rubidium und Rhodium gewählt ist und in einer hinreichend geringen Menge enthalten ist, derart, dass er Metalldotierstoff nicht eine Legierung mit dem Palladium bildet, wobei das Metall zur Wasserstoffabsorption anders geartet ist wie Palladium, ein einfaches und effektives Wasserstoff-Getterungselement bereitstellt, wobei es preiswert und einfach herzustellen ist. Diese Wasserstoff-Getterungsstruktur ist z. B., wenn sie in Verbindung mit einer verpackten Halbleitervorrichtung (Halbleitervorrichtungsmodul) verwendet wird, innerhalb der Verpackung (Modul) aufgenommen und an eine Verpackungskomponente befestigt (z. B. einem Deckel der Verpackung), wobei der Teil des Metalls zur Wasserstoffabsorption näher an der Verpackungskomponente als die metalldotierte Palladiumschicht ist (z. B. wobei die Metalldotierte Palladiumschicht zu dem Inneren der Verpackung ausgesetzt ist). Zur Veranschaulichung und ohne Einzuschränken, kann das Metall zur Wasserstoffabsorption Wünschenswerterweise Titan (oder Zirkonium) sein, und die metalldotierte Palladiumschicht enthält zumindest 0,1 Gewichtsprozent des Metalldotierstoffs (beispielsweise und ohne einzuschränken, enthält 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des Metalldotierstoffs).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung und ohne darauf beschränkt zu sein, wird durch Dotierung, z. B. Silber (Ag : 4d10 5s1) in Palladium (Pd : 4d10) der 5s1 Energiezustand von Silber, der ein Elektron enthält, den 5s0 freien Energiezustand von Palladium und den 4p0 freien Energiezustand von Palladium aktivieren. Diese Energiezustände werden hybridisieren, um 10s0,5 p1d1,4 Energiezustände zu bilden. In jedem Hybridzustand wird sich das Hybridelektron mit einem Elektron von Wasserstoff paaren, um die Lebensdauer des festgehaltenen Wasserstoffs zu vergrößern. Im Anschluss werden die Wasserstoffatome in die z. B. Titanunterschicht überführt, da das Titan einen niedrigeren Energiezustand hat und der Wasserstoff wird dann in der Titanunterschicht zu Titanhydrid umgewandelt, dabei ein stabiles Titanhydrid bildend. Unter Verwendung des z. B. silberdotierten Palladiums, nimmt die Wasserstoff-Getterungsfähigkeit von Palladium im Vergleich zur Verwendung reinen Palladiums als ein Flächenüberzug auf dem Titan um das zumindest Zehnfache zu.
  • Wie vorher angedeutet, sind III–V Halbleitermaterialien, sowie verwandte Materialien sehr empfindlich auf Wasserstoff. Solche Module (Verpackungen) wie Photonensender, Empfänger und ultra-hohe Geschwindigkeits-/Weite- Bandbreite DWDM (dichtes Wellenlängen-Mulitplex-Verfahren) Module für drahtlose Kommunikationen enthalten III–V Halbleitermaterialien und verwandte MMIC Chips (solche wie Halbleiterlaser, Photodetektoren, geräuscharme Verstärker (LNAs) und Trans-Impedanz Verstärker (TIAs)). Wasserstoffrückstände in den versiegelten Modulen erhöhen Flächenionenwanderung auf den Chips während des Betriebs, wobei sie eine verschlechterte Performanz und eine verminderte Lebensdauer bedingen. Durch Aufnahme der Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in solchen Modulen, wird die Verschlechterung der Vorrichtungsperformanz und Verminderung der Lebensdauer der Vorrichtung aufgrund von Wasserstoff vermindert, um die Performanz und Zuverlässigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann demnach die vorstehend beschriebene Wasserstoff-Getterungsstruktur, die beispielsweise ein Titan-Volumenteil und eine Schicht von z. B. silberdotiertem Palladium auf deren Oberfläche enthält, an eine Modulkomponente befestigt werden und in das Modul aufgenommen werden, um Wasserstoff-Getterung bereitrustellen, wobei sie die Performanz und Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur der vorliegenden Erfindung kann auch in verschiedenen anderen Strukturen aufgenommen werden, wo eine Wasserstoff-Getterung notwendig oder erwünscht ist (z. B. in einer Kernreaktorstruktur).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung einfach und preiswert hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein Volumenteil (z. B. Blech) des Metalls zur Wasserstoffabsorption (z. B. Titan) und eine metalldotierte Palladiumschicht bereitgestellt werden, wobei der Metalldotierstoff, z. B. Silber, Rubidium und/oder Rhodium, auf dem Teil des Metalls zur Wasserstoffabsorption abgeschieden ist. Die Abscheidung der metalldotierten Palladiumschicht kann z. B. durch Sputterung unter Verwendung z. B. eines Ziels aus Palladium und dem Metalldotierstoff erreicht werden. Weitere Techniken zur Abscheidung der metalldotierten Palladiumschicht können auch verwendet werden, wobei sie Vakuumaufdampfung enthalten aber nicht darauf beschränkt sind (z. B. Elektronenstrahlaufdampfung). Vor der Abscheidung der metalldotierten Palladiumschicht, ist es effektiv das Titan-Volumenteil (z. B. Titanmetallblech) zu reinigen und den oberen Titanoxidfilm zu entfernen, damit z. B. eine silberdotierte Palladiumschicht in direktem Kontakt mit dem Titan abgeschieden wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wasserstoff-Getterungsstruktur durch jede der unterschiedlichen Techniken, einschließlich Löten oder mittels einer Epoxydharzschicht (Epoxydklebstoff), an die Modulkomponente befestigt werden.
  • Entsprechend wird durch die vorliegende Erfindung eine Wasserstoff-Getterungsstruktur mit verbesserter Getterung bereitgestellt, die einfach und effektiv bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann, wobei sie eine erhöhte Wasserstoff-Getterungsfähigkeit des Titan-Volumenteils bereitstellt. Durch Aufnahme einer sol chen Wasserstoff Getterungsstruktur in ein verpacktes Halbleitermodul werden die Performanz und Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Querschnitt der Wasserstoff-Getterungsstruktur, gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Draufsicht einer an eine Modul-(Verpackungs-) Komponente angeschlossenen Wasserstoff-Getterungsstruktur eines Halbleitervorrichtungsmoduls, gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Querschnitt der Struktur, die die an eine Modulkomponente angeschlossene Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und die schematisch eine Technik zur Befestigung der Wasserstoff-Getterungsstruktur an die Modulkomponente gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Querschnitt eines Halbleitervorrichtungsmoduls, der eine Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung aufnimmt.
  • 5 zeigt schematisch ein Gerät zum Bilden einer Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Graph des absorbierten Wasserstoffs als eine Funktion der Zeit für eine Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung und für eine Wasserstoff-Getterungsstruktur aus Titan und eine Palladiumüberzugsschicht, aber ohne Silberdotierung in der Palladiumschicht.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung können gleiche Bezugsziffern und – Zeichen verwendet werden, um identische, entsprechende oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Zeichnungsfiguren zu bezeichnen. Ferner können in der anschließenden detaillierten Beschreibung Beispiel- Größen/Modelle/Werte/-Bereiche gegeben werden, obwohl die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Be kannte Netzanschlüsse und weitere bekannte Elemente wurden der Einfachheit der Darstellung und Diskussion wegen nicht innerhalb der Zeichnungsfiguren gezeigt, um die Erfindung nicht zu verschleiern.
  • Während der ganzen vorliegenden Beschreibung, bei der eine Struktur oder Verfahrensschritte beschrieben werden, spezifische Komponenten oder Verfahrensschritte zu beinhalten oder zu umfassen, wird von den gegenwärtigen Erfindern erwägt, dass diese Struktur auch aus den vorgetragenen Komponenten im Wesentlichen besteht oder daraus besteht; und das Verfahren auch aus den vorgetragenen Verfahrensschritten im Wesentlichen besteht oder besteht. Entsprechend kann während der gesamten vorliegenden Offenbarung jede beschriebene Struktur aus den vorgetragenen Komponenten im Wesentlichen bestehen oder daraus bestehen und jeder beschriebene Prozess kann aus den vorgetragenen Verfahrensschritten im Wesentlichen bestehen oder daraus bestehen.
  • Jede Bezugnahme in der vorliegenden Beschreibung auf "die eine Ausführungsform", "eine Ausführungsform", usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer Ausführungsform oder einem Gesichtspunkt der Erfindung beinhaltet ist. Solche Sätze erscheinen an unterschiedlichen Orten in der Beschreibung und beziehen sich nicht alle notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Ferner, wenn ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur, oder eine sonstige Eigenschaft in Verbindung mit jeder Ausführungsform beschrieben ist, kann ein solches Merkmal, eine Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit weiteren der Ausführungsformen bewirkt werden. Ferner können zur Erleichterung des Verständnisses bestimmte Verfahrensprozeduren als einzelne Prozeduren geschildert worden sein; dennoch sollten diese einzeln geschilderten Prozeduren nicht notwendigerweise reihenfolgeabhängig von deren Durchführung interpretiert werden. Das heißt, manche Prozeduren sind fähig in einer alternativen Reihenfolge durchgeführt zu werden, gleichzeitig, usw.
  • Die vorliegende Erfindung betrachtet eine Wasserstoff-Getterungsstruktur, die beispielsweise beinhaltet: (1) ein Volumenteil eines Metalls zum Absorbieren von Wasserstoff (z. B. um mit Wasserstoff zu reagieren), um Wasserstoff aus der die Wasserstoff-Getterungsstruktur enthaltenden Umgebung zu entfernen, und (2) eine metalldotierte Palladiumschicht, wobei der Metalldotierstoff aus der Gruppe bestehend aus Silber, Rubidium und Rhodium gewählt ist, der auf dem Volumenteil des Wasserstoffabsorbierenden Metalls bereitgestellt ist. Ohne einzuschränken, kann das Metall zur Wasserstoffabsorption Titan sein und im Folgenden werden Gesichtspunk te der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Verwendung von Titan als dem wasserstoffabsorbieren Metall diskutiert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Titan beschränkt und es kann beispielsweise auch Zirkonium oder Hafnium verwendet werden. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Sinne der Verwendung von Silber als dem Metalldotierstoff in dem Palladium diskutiert, obwohl, wie vorher angedeutet, die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Silber als Dotierstoff beschränkt ist.
  • Gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung, ist die von der silberdotierten Palladiumschicht aufgenommene Silbermenge wünschenswerterweise 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Silber in Bezug auf das Gesamtgewicht der silberdotierten Palladiumschicht. Durch Aufnahme eines Höchstwertes von 10 Gewichtsprozenten Silber wird ein Zustand einer Legierung von Palladium und Silber statt des silberdotierten Palladiums vermieden und auch eine Oxidation von Silber kann vermieden werden. Unter Verwendung von zumindest 0,1 Gewichtsprozent Silber wird eine ausreichende Menge von hybridisierten Elektronenorbitalen (zwischen den Orbitalen gemeinsam benutzen Elektronen) erreicht, um eine erwünschte Erhöhung der Wasserstoff-Getterung bereitrustellen. Vorzugsweise ist die Menge von in dem Palladium aufgenommenem Silber 0,2 bis 1 Gewichtsprozent Silber, in Bezug auf das Gesamtgewicht der Schicht und besonders bevorzugt 0,5 Gewichtsprozent Silber.
  • Das Titanteil kann ein Volumenteil sein, z. B. ein Blech aus Titan. Bei der Verwendung eines solchen Volumenteils aus Titan wird eine ausreichende Fähigkeit von Titan zur Wasserstoffabsorption erreicht (z. B. genügend Titan um große Mengen von Wasserstoff zu absorbieren, wobei bei der Reaktion mit Titan Titanhydride gebildet werden. Wenn die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung in einer kleinen Verpackung verwendet wird (z. B. in einer Verpackung für eine kleine Vorrichtung), kann das Titan-Volumenteil ein Blech mit der Dicke von beispielsweise 127–508 μm (5–20 mils) sein. Wenn die Wasserstoff-Getterungsstruktur in einer relativ großen Verpackung verwendet wird (z. B. für eine große Halbleitervorrichtung), kann ein Blech aus Titan mit der Dicke von beispielsweise 127 μm – 3 mm (5 mils – 3 mm) verwendet werden.
  • Zur Erläuterung hat die silberdotierte Palladiumschicht eine Dicke von 200 Å – 1 μm, bevorzugt 200 Å bis 5 000 Å. Als eine erläuternde Ausführungsform und ohne einschränkend zu sein, hat die silberdotierte Palladiumschicht eine Dicke von 1 000 Å. Wünschenswert und ohne einschränkend zu sein, ist das Silber gleichmäßig in der silberdotierten Palladiumschicht dotiert.
  • Wie weiterhin im Folgenden diskutiert werden wird, kann die silberdotierte Palladiumschicht auf dem Titanteil durch jede der unterschiedlichen bekannten Techniken des technischen Gebiets gebildet werden. Zum Beispiel kann Sputtern verwendet werden. Vakuumaufdampfungstechniken, solche wie Elektronenstrahlaufdampfung, können auch verwendet werden.
  • Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann an unterschiedlichen Orten innerhalb eines die Halbleitervorrichtung enthaltenden Moduls positioniert werden. Zum Beispiel kann die Wasserstoff-Getterungsstruktur an jedem vorhandenen Platz in dem Verpackungsgehäuse befestigt werden.
  • Es können unterschiedliche Methoden zur Befestigung der Wasserstoff-Getterungsstruktur an das Modul verwendet werden. Zum Beispiel kann die silberdotierte Palladiumschicht/der Titan-Volumenteil-Wasserstoff-Getter z. B. an einem Deckel derart durch Epoxykleber oder durch Löten oder durch Schweißen (Laserschweißen, = Stromschweißen, usw.) der Wasserstoff-Getterungsstruktur an den Deckel oder jeden vorhandenen Platz in dem Verpackungsgehäuse befestigt werden, dass in dem gebildeten Modul die Wasserstoff-Getterungsstruktur auf dem Deckel zum Inneren des Moduls ausgesetzt ist.
  • Als eine weitere Ausführungsform gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung kann eine Goldschicht (zur Erläuterung und ohne einzuschränken, einer Dicke von 2 000 Å bis 10 000 Å) auf einer Seite des Titans bereitgestellt werden, die dessen einen Seite mit der silberdotierten Palladiumschicht abgewandt ist, wobei der Goldfilm zur Befestigung der Wasserstoff-Getterungsstruktur an der Modulkomponente bereitgestellt ist.
  • 1 zeigt eine Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. In 1 ist die Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 mit einem Titanblech 1 als Titan-Volumenteil gezeigt. Auf einer Seite des Titanblechs ist eine silberdotierte Palladiumschicht 3; und auf der davon abgewandten Seite des Titanblechs 1 ist eine Goldschicht 5 zur Montage bereitgestellt. Dieses stellt den vollendeten Wasserstoff-Getter bereit.
  • In 2 ist eine Draufsicht der in eine Modulverpackung montierten Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 gezeigt, gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. In 2 ist eine an einen vorhandenen Bereich 7 eines Moduls zur Verpackung einer Halbleitervorrichtung angeschlossene Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 gezeigt. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 ist an den vorhandenen Bereich 7 durch Lötmittel 9 montiert, das ein eutektisches oder gewöhnliches/flussmittelloses, harzloses, salzloses Lötmittel sein kann. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 kann in dem vorhandenen Bereich in dem Verpackungsgehäuse durch Laserschweißen oder Gleichstromschweißen (Wärmeschweißen) usw. montiert werden.
  • 3 ist eine Querschnittsdarstellung, die die durch Verwendung von Lötmittel 9 in dem vorhandenen Bereich 7 in dem Verpackungsgehäuse montierten Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 zeigt. Wie in 3 gesehen werden kann, ist die Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 an einen Deckel 7 mittels Lötmittel 9 mit der Goldschicht 5 befestigt, die in Kontakt mit Lötmittel 9 und der silberdotierten Palladiumschicht 3 ist, wobei sie derart positioniert ist, dass sie zur Innenseite des gebildeten Moduls ausgesetzt ist.
  • In 3 ist auch eine Düse 13 für heißes Edelgas gezeigt. Die Düse 13 für Edelgas führt dem Lötmittel 9 Hitze zu, um die benötigte Befestigung der Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 im Bereich 7 bereitrustellen.
  • Insbesondere, wie in den Querschnittsdarstellungen in 1 und 3 gesehen, kann eine einzige Schicht von silberdotiertem Palladium auf dem Titan-Volumenteil durch Bilden der Wasserstoff-Getterungsstruktur 11 gemäß den unterschiedlichen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Das heißt, dass ein einziger Titan-Volumenteil und eine einzige silberdotierte Palladiumschicht verwendet werden können, wobei eine ausreichende Menge von Titan zur Absorption der notwendigen Mengen von Wasserstoff bereitgestellt wird.
  • 4 zeigt ein Modul gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung. Dieses Modul, allgemein durch Ziffer 10 bezeichnet, ist ein integriertes Mikroelektronik-Modul und umfasst ein Gehäuse 12, einen Mikroelektronikchip 14 und Volumengetterelemente 11A, 11B und 11C. Jedes der Volumengetterelemente 11A, 11B und 11C beinhaltet einen Titanteil 1 und eine silberdotierte Palladiumschicht 3.
  • Das herkömmliche Gehäuse 12 beinhaltet einen Boden 20, vier Seitenwände und einen Deckel 24 die aus einem metallischen Material gebildet sind. Das Gehäuse 12, hat eine Blockform und ist noch genauer ein Quader. Der Boden 20, die Seitenwände (einschließlich der gegenüberliegenden Seitenwände 22A und 22B) und der Deckel 24 bilden eine Vielzahl von flachen inneren Oberflächen, die ein Innenraum des Gehäuses definieren.
  • Der Boden 20 hat in der Draufsicht eine rechteckige Form. Die vier Seitenwände sind auch rechteckig, wobei die gegenüberliegenden Seitenwände 22A und 22B Öffnungen 26 dadurch aufweisen, um eine elektrische Durchkontaktierung zu bilden.
  • Der Deckel 24 ist an die Seitenwände entlang dessen Umfangs mit Laserschweißnähten 27 gesichert. Die Laserschweißnähte 27 bilden eine hermetische Metall-auf-Metall Versiegelung, die Vakuumdicht ist, sodass Wasserstoff aus dem äußeren Umfeld nicht in das Gehäuse durchsickern kann.
  • Drähte 36, vorzugsweise aus Gold hergestellt, erstrecken sich von leitenden Eingangs- und Ausgangs- Lötaugen vom Mikroelektronikchip 14. Führungen 38 elektrischer Durchkontaktierungen sind den Öffnungen 26 in den Seitenwänden ausgesetzt und dienen dazu, elektrische Leistung und Eingangs- und Ausgangssignale zu und vom Elektronikchip 14 zu leiten.
  • Wie in 4 gesehen, sind drei Wasserstoff-Getterungsstrukturen 11A, 11B und 11C entsprechend an dem Deckel, der Seitenwand und dem Boden des Moduls 10 bereitgestellt. Jede Wasserstoff-Getterungsstruktur 11A, 11B und 11C beinhaltet eine silberdotierte Palladiumschicht 3 und ein Titan-Volumenteil 1. Jedes der Volumenelemente 11A, 11B und 11C ist an eine innere Oberfläche des Moduls 10 mit Epoxydharzklebstoff 58 gesichert oder an den vorhandenen Bereich in dem Gehäuse durch Laserschweißen, Gleichstromschweißtechnik geschweißt.
  • Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung unterschiedlicher bekannter Techniken, wie Sputterung oder Elektronenstrahlaufdampfung hergestellt werden. Zum Beispiel wird in dem Folgenden eine Sputterungstechnik zum Bilden der Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß den unterschiedlichen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Diese beschriebene Sputterungstechnik ist erläuternd und schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein. Demnach, unter Verwendung eines Titanmetallblechs (mit einer Reinheit von 99% bis 99,95%, bevorzugt 99,5%), das 254 μm (10 mils) dick ist, wird das Blech auf eine benötigte passende Verpackungsgröße zugeschnitten. Das geschnittene Blech wird mit Isopropanol, einer Florwasserstoffsalpetersäuremischung (HF/HNO3), nass gereinigt, mit Isopropanol gespült und mit Stickstoff trocken geblasen. Danach wird die gereinigte Struktur in ein Sputterungs-System geladen, wobei dann Ionenfräsen durchgeführt wird, um einen oberer Film von Titanoxid zu entfernen. Danach wird die silberdotierte Palladiumschicht (Pd99,5Ag0,5) auf dem Titan durch Sputterung abgeschieden und danach wird die Struktur aus dem Sputterungssystem entladen. Erläuternd, aber ohne einschränkend zu sein, wird die Sputterung unter Vakuumbedingungen von 1,0 × 10–4 bis 1,0 × 10–5 Torr, z. B. 1,9 × 10–4 Torr, bei einer Temperatur in dem Bereich von 140° bis 200°F, z. B. 140°F durchgeführt. Die zur Bereitstellung von Energie für die Sputterung verwendete Magnetfeldröhre arbeitet bei 200 Watt bis 300 Watt, z. B. 240 Watt.
  • Ein Gerät zur Durchführung der Sputterung ist in 5 dargestellt. Demnach wird in 5 eine Vakuumkammer 81 gezeigt, in der die Sputterung durchgeführt wird. Bezugszeichen 83 kennzeichnet ein Planentengetriebesystem, auf dem das Titanblech auf einer Bearbeitungsscheibe montiert werden wird, wobei das Bezugszeichen 85 die Bearbeitungsscheibe bezeichnet und Bezugszeichen 1 das Titanblech bezeichnet. In 5 ist auch ein Palladium/Silber-Ziel 89 gezeigt, dass das Silber und Palladium zur Bildung der silberdotierten Palladiumschicht bereitstellt. Bezugszeichen 91 zeigt eine Ionenquelle, die Elektronen zur Ionenätzung bereitstellt, wobei sie den oberen Titanoxidfilm, vor dem Abscheiden der silberdotierten Palladiumschicht entfernt. In 5 werden auch eine Hoch-Vakuumpumpe 93 und eine Energieversorgung und Steuerung 95 dargestellt, wobei die Hoch-Vakuumpumpe das notwendige Vakkum zur Sputter-Abscheidung bereitstellt und die Energieversorgung und Steuerung, die die Energie sowohl für das Ionen-Fräsen (Ionen-Ätzen) als auch für die Abscheidung bereitstellen.
  • Während der Filmabscheidung wird jedes Planetengetriebesystem 83 und jede Bearbeitungsscheibe 85 gedreht, wobei das Planetensystem 83 in einer der Bearbeitungsscheibe 84 entgegengesetzten Richtungen dreht, um gleichmäßige Abscheidung zu erreichen.
  • Die gebildete Wasserstoff-Getterungsstruktur kann an eine Modulkomponente (z. B. Deckel, Seitenwand oder Boden) durch bekannte Techniken befestigt werden, einschließlich der Verwendung eines Epoxydklebstoffs, des Löten oder Schweißen. Darüber hinaus kann das versiegelte Modul gemäß bekannten Techniken bereitgestellt werden.
  • 6 zeigt die Wasserstoff-Getterungsfähigkeit eines mit Palladium beschichteten Titan-Volumenteils bei Zimmertemperatur, im Vergleich mit der Wasserstoff-Getterungsfähigkeit einer Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine silberdotiertem Palladiumschicht auf einer Fläche des Titanteils aufweist. Das verwendete Titan-Volumenteil war ein 1 cm2 Blech der Dicke von 254 μm (10 mils) mit einer Überzugsschicht (entweder aus Palladium oder aus silberdotiertem Palladium) von 1 000 Å Dicke. Die Kurven 97 bzw. 99 zeigen die Anzahl der von dem silber-dotierten palladiumüberzogenen Titan-Volumenteil und von dem palladiumüberzogenen Titan-Volumenteil absorbierten Wasserstoffmolekülen. In 6 ist klar, dass die bereitgestellte Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge der absorbierten Wasserstoffmolekühe stark verbessert. Zur Erläuterung und ohne einschränkend zu sein, kann mit dem silber-dotierten Palladiumüberzug auf Titan die Wasserstoff-Getterungsfähigkeit zumindest 10-fach, im Vergleich zur Verwendung eines reinen Palladiumsüberzugs auf Titan, erhöht werden.
  • Demnach wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wasserstoff-Getterungsstruktur mit erhöhter Wasserstoff-Getterungsfähigkeit bereitgestellt. Wenn sie in einem Halbleitermodul mit beispielsweise III–V Halbleitermaterial und Chips mit verwandten Materialien (z. B. Laser, Photodetektor, LNA, TIA, MMIC, usw.) aufgenommen wird, werden die Vorrichtungsperformanz und Zuverlässigkeit verbessert. Demnach kann die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in ultra-hochgeschwindigkeits und große Bandbreitenmodule eingefügt werden, u. a., Photonenmodulen und Hochgeschwindigkeits III–V Chipverpackungsmodulen, wobei sie die Notwendigkeit für einen Silikon-Wasserstoffgetter beseitigen und verbesserte Vorrichtungsperformanz und Zuverlässigkeit erreichen.

Claims (10)

  1. Wasserstoff-Getterungsstruktur umfassend: ein Volumenteil (1) oder ein Blech eines Metalls, um Wasserstoff zu absorbieren; und eine Palladiumschicht auf dem Volumenteil oder Metallblech, dadurch gekennzeich net, dass die Palladiumschicht (3) auf dem Volumenteil oder Blech eines Metalls metalldotiert ist, wobei der Metalldotierstoff der metalldotierten Palladiumschicht aus der Gruppe bestehend aus Silber, Rubidium und Rhodium gewählt ist und in einer hinreichend geringen Menge enthalten ist, derart, dass der Metalldotierstoff nicht eine Legierung mit dem Palladium bildet, wobei das Metall zur Wasserstoffabsorption andersgeartet ist wie Palladium.
  2. Die Wasserstoff Getterungsstruktur gemäß Anspruch 1, bei der: die metalldotierte Palladiumschicht 0,1 bis 10 Gewichts-% des Metalldotierstoffs enthält, und das Metall zur Wasserstoffabsorption aus der Gruppe bestehend aus Titan und Zirkonium gewählt ist.
  3. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß Anspruch 2, bei der: der Metalldotierstoff Silber ist und gleichmäßig in der metalldotierten Palladiumschicht verteilt ist und das Metall zur Wasserstoffabsorption Titan ist.
  4. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß Anspruch 3, bei der: das Titan als ein Titanblech mit der silberdotierten Palladiumschicht auf einer Seite davon gebildet ist; und das Titanblech eine Goldschicht (5) auf der Seite aufweist, die dessen einen Seite abgewandt ist.
  5. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß Anspruch 4, ferner eine Halbleiterverpackungskomponente umfassend, an die das Titanblech mit der von der Halbleiterverpackungskomponente nach außen weisenden silberdotierten Palladiumschicht befestigt ist.
  6. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß Anspruch 5, bei der das Titanblech an die Verpackungskomponente durch einen aus der Gruppe gewählten Prozess bestehend aus Befestigen durch Epoxydharz-Kleben, Löten, Laserschweißen und Gleichstromschweißen befestigt ist.
  7. Die Wasserstoff-Getterungsstruktur gemäß Anspruch 5, bei der die Verpackungskomponente der Deckel einer Verpackung ist.
  8. Ein Verfahren zur Bildung einer Wasserstoff-Getterungsstruktur, umfassend einen Schritt der Bereitstellung eines Volumenteils (1) oder Blechs eines Metalls zur Wasserstoffabsorption; und einen Schritt des Abscheidens einer Palladiumschicht (3) auf dem Volumenteil oder Blech, gekennzeichnet durch Abscheiden einer metalldotierten Palladiumschicht auf dem Volumenteil oder Blech, wobei der Metalldotierstoff der metalldotierten Palladiumschicht aus der Gruppe bestehend aus Silber, Rubidium und Rhodium gewählt ist und in einer hinreichend geringen Menge enthalten ist, derart, dass der Metalldotierstoff nicht eine Legierung mit dem Palladium bildet, wobei das Metall zur Wasserstoffabsorption von Palladium unterschiedlich ist.
  9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Metall zur Wasserstoffabsorption Titan ist; und der Metalldotierstoff Silber ist und die silberdotierte Palladiumschicht durch Sputtern abgeschieden und unter Verwendung eines Ziels aus Palladium und dem Silber durchgeführt wird.
  10. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die metalldotierte Palladiumschicht durch Vakuumbedampfung abgeschieden wird.
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