DE69711852T2 - BEFESTIGTER SiC-WÜRFEL UND VERFAHREN ZUR BEFESTIGUNG VON SiC-WÜRFELN - Google Patents

BEFESTIGTER SiC-WÜRFEL UND VERFAHREN ZUR BEFESTIGUNG VON SiC-WÜRFELN

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf an einem Würfel befestigtes SiC sowie ein Verfahren zum Befestigen eines SiC-Würfels an einer Packung.
  • Aus Silizium bestehende Bauteile werden mit Packungen verbunden, typischerweise mit hermetischen Packungen, um die Siliziumbauteile vor der Umgebung zu schützen. Zusätzlich stellt die Packung eine Wärmesenke dar, um eine thermische Schädigung der Siliziumteile zu verhindern. Ein bekanntes Verfahren zum Verbinden eines Siliziumbauteils mit einer Packung wird als "Scheuern" bezeichnet.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, nimmt ein Vakuumgreifer 8 einen Silizium-Chip 6 auf und reibt den Silizium-Chip 6, welcher als Würfel oder Siliziumwürfel bezeichnet wird, hin und her und dadurch in eine Packung 2 hinein, welche an einer vorbestimmten Stelle mit Gold 4 plattiert ist. Dieses "Scheuern" findet statt, nachdem die goldplattierte Packung 2,4 sowie der Siliziumwürfel 6 auf über 370ºC erwärmt worden sind. Dieses Scheuern führt zur Bildung eines Au-Si-Eutektikums, welches das Siliziumteil mit der Packung verbindet.
  • Leider findet eine solche Reaktion nicht bei SiC statt. Das herkömmliche Verfahren zum Befestigen von SiC macht es erforderlich, daß eine lötbare Metallisierung auf die Rückseite des SiC-Chips oder SiC-Würfels aufgebracht wird. Dann wird eine Au-Sn- oder Au-Si-Lötvorform verwendet, um eine Verbindung zwischen dem SiC-Würfel und der Packung bereitzustellen. Typischerweise macht dieses Verfahren Fixierhilfen nötig, um den SiC- Würfel und die Lötvorform auf der Packung zu fixieren, sowie ein Hindurchschicken des fixierten SiC-Würfels, der Lötvorform und der Packung durch einen Ofen um die Lötverbindung auszubilden. Weiterhin ist die Verbindungsschicht zwischen dem SiC-Würfel und der Packung ziemlich dick - in der Größenordnung von 370.000 bis 500.000 Å; wobei Å für Angström steht (10 Angström = 1 nm). Solch eine dicke Verbindung beeinflußt in abträglicher Weise den thermischen Widerstand der SiC-Packung.
  • Patent abstracts of Japan Band 95 Nr. 004 und JP-A-025673 offenbaren Siliziumkarbidkeramiken mit einem Siliziumfilm, der darauf ausgebildet ist, und eine Siliziumplattierung, welche auf den Siliziumfilm mittels eines Goldplättchens aufgesetzt ist. EP-A-277 645 bezieht sich auf eine keramische Oberfläche, welche SiC sein kann, die über eine metallisierte Oberfläche und Lot mit einem Metallteil verbunden ist.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Befestigung von SiC an einem Würfel bereitzustellen.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Befestigen von SiC an einem Würfel bereitzustellen, welches die bekannte "Scheuer"-Technik verwendet.
  • Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Befestigen von SiC an einem Würfel bereitzustellen, bei dem eine dünne Verbindungsschicht ausgebildet wird.
  • Diese und andere Ziele werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Befestigung von SiC an einem Würfel gelöst.
  • Diese und andere Ziele werden durch an einem Würfel befestigtes SiC nach Anspruch 7 gelöst.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, Verfahren, Betriebsweise und Funktionen der damit verbundenen Elemente des Aufbaus; Kombinationen der Teile; und wirtschaftliche Vorteile der Fertigung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und beigefügten Figuren, welche allesamt einen Teil dieser Beschreibung bilden, wobei sich identische Bezugszeichen auf entsprechende Teile in den verschiedenen Merkmalen beziehen.
    • Kurze Figurenbeschreibung
  • Fig. 1 veranschaulicht das Verfahren zum Scheuern eines Siliziumwürfels in eine goldplattierte Packung hinein; und
  • Fig. 2 und 3 veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen von Sic an einem Würfel.
    • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen von SiC an Würfeln wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird eine Schicht aus Nickel (Ni) 14 auf der Rückseite 12 eines SiC Würfels 10 abgeschieden. Die Nickelschicht 14 wird bis zu einer Dicke von 2.000 bis 10.000 Å abgeschieden, wobei Å für Angström steht. Bevorzugterweise sollte die Dicke der Nickelschicht 14 ungefähr 5.000 Angström betragen. Die Nickelschicht 14 kann abgeschieden werden unter Verwendung einer beliebigen Abscheidetechnik wie zum Beispiel Elektronentrahlverdampfung.
  • Nach dem Abscheiden der Nickelschicht 14 wird der SiC-Würfel 10 mit der Nickelschicht 14 einem RTA-(rapid thermal annealing)-Thermoveredelungsverfahren bei ungefähr 950- 1.100ºC unterzogen. Die Veredelung bewirkt, daß die Nickelschicht 14 mit dem SiC-Würfel 10 reagiert. Dementsprechend sorgt die Veredelung für eine gute Verbindung zwischen dem SiC-Würfel 10 und der Nickelschicht 14 im atomaren Bereich und sorgt für einen guten ohmschen Kontakt zum SiC-Würfel 10 (d. h. der hohe Kontaktwiderstand zwischen dem SiC-Würfel 10 und der Mittelschicht 14, welcher vor der Veredelung vorliegt, wird reduziert).
  • Andere Veredelungsverfahren, wie zum Beispiel Veredelung in einem Ofen, können anstelle des RTA verwendet werden.
  • Anstelle von Nickel kann jedes beliebige Material, wie zum Beispiel Platin, welches sich mit SiC und amorphem Silizium verbindet (oder einem der weiter unten diskutierten Ersatzstoffe für amorphes Silizium) verwendet werden. Der Ersatzstoff für Nickel darf jedoch nicht durch das Au-Si-Eutektikum aufgebraucht werden, was detailliert weiter unten diskutiert wird; andernfalls würde die Verbindung zwischen dem SiC und amorphen Silizium zerstört werden. Als nächstes wird, wie in Fig. 3 gezeigt, eine amorphe Siliziumschicht 16 auf der Nickelschicht 14 abgeschieden. Die amorphe Siliziumschicht 16 kann abgeschieden werden unter Verwendung einer jeden beliebigen Technik der chemischen Dampfabscheidung bei ungefähr 400ºC. Andere Abscheidungstechniken, wie zum Beispiel Sputtering, können jedoch auch verwendet werden.
  • Die amorphe Siliziumschicht 16 wird bis zu einer Dicke von 5.000 bis 30.000 Å abgeschieden. Bevorzugterweise sollte die amorphe Siliziumschicht 16 eine Dicke von 10.000 bis 15.000 Å aufweisen. Wegen dieser Nickelschicht 14 verbindet sich die amorphe Siliziumschicht 16 mit dem SiC-Würfel 10. Auf diese Weise kann man sich die Nickelschicht 14 als Klebeschicht vorstellen. Dementsprechend kann, wie oben erläutert, jedes andere Material oder jede andere Verbindung, welche sich mit SiC und amorphem Silizium verbindet, anstelle von Nickel verwendet werden.
  • Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Befestigen an Würfeln nicht beschränkt auf die Verwendung von amorphem Silizium. Andere Materialien, wie Zinn und Germanium, welche sich mit der Klebeschicht verbinden und ein Eutektikum mit der Plattierung auf der Packung bilden, können verwendet werden. Die Ersatzstoffe für amorphes Silizium sollten bevorzugterweise ein Eutektikum mit der Plattierung auf der Packung bei einer ausreichend niedrigeren Temperatur bilden, um eine Beschädigung des SiC-Bauteils zu verhindern. Amorphes Silizium wird jedoch bevorzugt, da amorphes Silizium zum Beispiel die Hochtemperaturbearbeitung des SiC-Wafers ermöglicht, während gleichzeitig noch ein Eutektikum mit Gold bei niedrigen Temperaturen ausgebildet werden kann.
  • Unter Verwendung der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten "Scheuer"-Technik wird der Silizium-Chip oder Würfel in eine goldplattierte Packung "gescheuert". Die amorphe Siliziumschicht 16 und die Goldplattierung bilden ein Au-Si-Eutektikum und verbinden den SiC-Würfel mit der Packung.
  • Die resultierende Verbindungsschicht aus Nickel, amorphem Silizium, und Gold ist nur ungefähr 60.000 Å dick. Dies ist fast eine Größenordnung kleiner als bei herkömmlichen Löttechniken. Weiterhin minimiert eine solche dünne Verbindungsschicht den thermischen Widerstand.
  • Zusätzlich verwendet die vorliegende Erfindung die relativ einfache und bekannte "Scheuer"-Technik im Gegensatz zu einem relativ komplexen Lötverbindungsverfahren, bei welchem teure Fixierhilfen notwendig sind.
  • Neben goldplattierten Packungen kann das Würfelbefestigungsverfahren für SiC gemäß der vorliegenden Erfindung auch mit anderen plattierten Packungen verwendet werden, um ein Eutektikum mit amorphem Silizium oder einen Ersatzstoff hierfür zu bilden.
  • Während die vorliegende Erfindung beschrieben worden ist in Verbindung mit den gegenwärtig als am leichtesten durchführbar und bevorzugt betrachteten Ausführungsformen sollte man sich vor Augen führen, daß die Erfindung nicht beschränkt ist auf die offenbarten Ausführungsformen, sondern im Gegenteil beabsichtigt ist, daß sie verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen umfaßt, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfaßt sind.

Claims (12)

1. Ein Befestigungsverfahren für SiC, welches umfaßt:
(a) Bereitstellen einer Packung (2) mit einer Planierung darauf;
(b) Bereitstellen eines SiC-Elements (10); und
(c) Bilden einer ersten Schicht (14) aus einem ersten Material auf diesem SiC- Element, welches sich mit dem SiC-Element verbindet;
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren zur Befestigung von Würfeln handelt und das SiC-Element ein SiC-Würfel ist, und daß es weiterhin umfaßt:
(d) Bilden einer zweiten Schicht (16) aus einem zweiten, sich mit der ersten Schicht verbindenden Material auf der ersten Schicht; und
(e) Scheuern des SiC-Würfels auf der Packung, so daß die zweite Schicht und die Plattierung ein Eutektikum bilden, um den SiC-Würfel mit der Packung zu verbinden, wobei die erste Schicht nicht von dem Eutektikum aufgebraucht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (a) eine Packung bereitgestellt wird, welche eine Goldplattierung aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Schritt (c) eine Nickelschicht auf dem SiC-Würfel als die erste Schicht ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im Schritt (c) die Nickelschicht in einer Dicke von 200 bis 1000 nm ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Schritt (d) eine amorphe Silizium-Schicht auf der ersten Schicht als zweite Schicht ausgebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei im Schritt (d) die amorphe Silizium-Schicht bis zu einer Dicke von 500 bis 3000 nm ausgebildet wird.
7. An einem Würfel befestigtes SiC, welches umfaßt: Eine Packung (2), auf der eine Plattierung (4) ausgebildet ist; ein SiC-Element (10); und eine erste Schicht (14) von einem ersten Material, welches mit dem SiC-Element verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß das SiC-Element ein SiC-Würfel ist und daß es eine zweite Schicht (16) aus einem zweiten Material gibt, wobei die zweite Schicht direkt über ein Eutektikum mit der ersten Schicht und mit der Plattierung verbunden ist, wobei das Eutektikum aus einer Mischung von diesem zweiten Material und dem Material, welches die Plattierung bildet, gebildet ist.
8. An einem Würfel befestigtes SiC gemäß Anspruch 7, wobei die Plattierung eine Goldplattierung ist.
9. An einem Würfel befestigtes SiC nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste Schicht eine Nickelschicht ist.
10. An einem Würfel befestigtes SiC gemäß Anspruch 9, wobei die Nickelschicht 200 bis 1000 nm dick ist.
11. An einem Würfel befestigtes SiC gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die zweite Schicht eine Schicht aus amorphem Silizium ist.
12. An einem Würfel befestigtes SiC gemäß Anspruch 11, wobei die zweite Schicht Schicht aus amorphem Silizium 500 bis 3.000 nm dick ist.
DE69711852T 1996-02-13 1997-01-31 BEFESTIGTER SiC-WÜRFEL UND VERFAHREN ZUR BEFESTIGUNG VON SiC-WÜRFELN Expired - Lifetime DE69711852T2 (de)

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