JP3452652B2 - パワー半導体デバイス - Google Patents

パワー半導体デバイス

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基体、熱膨張係
数が半導体基体とは異なる金属からなる陽極側及び陰極
側の接触電極、及び半導体基体と接触電極との間に加圧
下に上下に重なり合う少なくとも２つの接触面を有する
パワー半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のパワー半導体デバイスは例えば
ドイツ連邦共和国特許出願公告第１１８５７２８号明細
書から公知である。
【０００３】上記形式のパワー半導体デバイスでは、加
圧下に上下に重なり合う接触面が熱膨張係数の相異のた
め負荷の変動の際に相対的に動くという問題が起こる。
このことは摩擦により接触面の溶着を招きかねない。従
って従来においては溶着を生じない接触面に適した材料
配合の探求が試みられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記形式の
パワー半導体デバイスを公知の配合材料に比べて接触面
の摩擦を低下させるように改善することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、半導体基
体、熱膨張係数が半導体基体とは異なる金属からなる陽
極側及び陰極側の接触電極及び半導体基体と接触電極と
の間に加圧下に上下に重なり合う少なくとも２つの接触
面を有するパワー半導体デバイスにおいて、接触面の少
なくとも１つが炭素と金属との無定形化合物からなる層
を備えることにより解決される。
【０００６】
【実施例】本発明を図１〜４との関連において４つの実
施例に基づき以下に詳述する。図面はそれぞれ密封して
いないパワー半導体デバイスの側面を示すものである。
【０００７】図１に基づく実施例では陰極接触部２を有
する半導体基体１が設けられている。この半導体基体１
には陰極側に接触電極３が、また陽極側に接触電極５が
加圧されている。この両接触電極の半導体基体１の側の
接触面は４又は６と符号を付けられている。
【０００８】接触電極３、５は通常銅からなり、半導体
基体１はシリコンからなる。銅とシリコンとは互いに極
めて異なる熱膨張係数を有する。接触電極３、５と半導
体基体１との間の摩擦を少なくするため接触面４、６は
それぞれ炭素と金属との無定形化合物からなる層７、８
を備えている。この炭素と金属との化合物は例えば炭素
とタングステンとの化合物又は炭素とモリブデンとの化
合物であってもよい。そのような無定形層は、例えば金
属のターゲット又は金属炭化物のターゲットをアルゴン
と炭化水素との雰囲気中でスパッタリングすることによ
り化合物を析出することにより得られる。これは高周波
又は直流電圧の場で行うことができる。このような方法
自体は公知であり、従ってここには特に記載しない（例
えばディミゲン(Dimigen)及びクラーゲス(Klages)の論
文「金属含有ダイヤモンド状被覆の微細構造及び摩擦挙
動(Microstructure and wear behavious of metal-con
taining diamond-like coatings)」Surface and Coatin
g Technology、第49巻(1991年)、第543〜547頁参照）。
上記目的には０．５〜１０μｍの厚さの層で十分である
ことが判明している。
【０００９】上記材料の場合析出された層の抵抗率と摩
擦係数は相互に関係している。この相互関係も同様に上
記文献から公知である。炭素に対する金属の割合が増す
と層の電気抵抗は減少し、滑り摩擦係数は増加する。製
造方法によりこれらの割合の調整が可能になる。デバイ
スの電気的特性に影響を与えない滑動層を形成するには
タングステンと炭素とからなる化合物系の場合炭素に対
して０．１〜０．２の原子比のタングステンが妥当であ
る。一定の電気抵抗を許容できる場合には、炭素に対す
るタングステンの値をより少なくする（０．０５より少
ない例えば０．０２）ことは摩擦係数がそれにより少な
くなるため何等問題とならない。
【００１０】層を銅以外の他の金属、例えばアルミニウ
ム又は銀からなる接触電極に施すこともできる。
【００１１】図２に基づく実施例は主として、接触電極
３、５と半導体基体１との間に、熱膨張係数が半導体基
体のシリコンの熱膨張係数と接触電極の銅の熱膨張係数
との間にあるウェハ１０、１４が配設されている点で図
１に基づく実施例と異なっている。ウェハ１０、１４は
公知の方法におけるようにタングステン又はモリブデン
からなっていてもよい。ウェハ１４は接触電極３の接触
面４の側に層１５を、また半導体基体１の側に層１６を
備えている。両層は炭素と金属との無定形化合物からな
る。ウェハ１４は層１５、１６を介して加圧力だけで接
触電極３又は半導体基体１に密接している。陽極側で半
導体基体１は例えば合金化又は低温接合により、熱膨張
係数が半導体基体のシリコンの熱膨張係数と接触電極５
の銅の熱膨張係数との間にあるウェハ１０と材料的に接
合されている。ウェハ１０は接触電極５の側に層１２を
備えている接触面１１を有する。この層１２もまた炭素
と金属との無定形化合物からなる。陽極側の接触電極５
はその半導体基体の側の接触面６で加圧力だけで層１２
に密接しており、即ちこの層と材料的に接合していな
い。
【００１２】従って負荷の変動の際にウェハ１４は僅か
な摩擦で接触電極３に関してまた半導体基体１に関して
横方向に移動可能である。同様に接触電極５はウェハ１
０及び半導体基体１に関して横方向に移動可能である。
【００１３】図３に基づく実施例は主として、半導体基
体１と陽極側の接触電極５との間にモリブデン又はタン
グステンのウェハ１８があり、その両面に炭素と金属と
の無定形化合物からなる層１９、２０を備えている点で
図２の実施例と異なっている。その際ウェハ１８は層１
９、２０を介して加圧力だけで半導体基体１又は接触電
極５に密接している。こうしてウェハ１８は半導体基体
１に対しても接触電極５に対しても摩擦を少なくして横
方向に滑動することが可能となる。
【００１４】炭素に対する金属の原子比は層の厚さに関
して一定にする必要はなく、上側と下側で異なっていて
もよい。図４に基づく実施例では接触電極３に接してい
る分割層２１は滑動性加圧接触に対して備えられた分割
層２２よりも炭素に対する金属の原子比が高い。従って
分割層２１は電気抵抗が低く、分割層２２は摩擦係数が
低い。層２１は層２２よりも厚いと有利である。そうす
ることにより低い接触抵抗と良好な滑り特性を組み合わ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すパワー半導体デバイス
の側断面図。
【図２】本発明の別の実施例を示すパワー半導体デバイ
スの側断面図。
【図３】本発明の更に別の実施例を示すパワー半導体デ
バイスの側断面図。
【図４】本発明の更に別の実施例を示すパワー半導体デ
バイスの一部側断面図。
【符号の説明】
１ 半導体基体 ２ 陰極接触部 ３ 陰極側接触電極 ５ 陽極側接触電極 ４、６、１１ 接触面 ７、８；１２；１５、１６；１９、２０ 炭素と金属と
の無定形化合物層 １０、１４、１８ ウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−142690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−21033（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−54940（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/52 H01L 25/04 H01L 25/18

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基体（１）、熱膨張係数が半導体
    基体とは異なる金属からなる陽極側及び陰極側の接触電
    極（５、３）及び半導体基体（１）と接触電極（５、
    ３）との間に加圧下に上下に重なり合う少なくとも２つ
    の接触面（４、６）を有するパワー半導体デバイスにお
    いて、少なくとも接触面（４、６）の１つが炭素と金属
    との無定形化合物からなる層（７、８）を備えているこ
    とを特徴とするパワー半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 炭素と金属との無定形化合物層（７、
    ８）が接触電極（３、５）の半導体基体（１）に面する
    接触面（４、６）上に配設されていることを特徴とする
    請求項１記載のパワー半導体デバイス。
  3. 【請求項３】 接触電極（３、５）の少なくとも１つと
    半導体基体（１）との間に熱膨張係数が接触電極の熱膨
    張係数と半導体基体の熱膨張係数との間にある金属から
    なるウェハ（１０、１４；１４、１８）が配設されてお
    り、ウェハがその両接触面に層（１５、１６；１９、２
    ０）を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載
    のパワー半導体デバイス。
  4. 【請求項４】 半導体基体（１）と、熱膨張係数が半導
    体基体の熱膨張係数と陽極側の接触電極（５）の熱膨張
    係数との間にある金属からなるウェハ（１０）とが陽極
    側で材料的に接合しており、接触電極（５）に面するウ
    ェハの接触面（１１）が層（１２）を備えていることを
    特徴とする請求項１又は２記載のパワー半導体デバイ
    ス。
  5. 【請求項５】 層の金属がタングステンであることを特
    徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のパワ
    ー半導体デバイス。
  6. 【請求項６】 層の金属がモリブデンであることを特徴
    とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のパワー
    半導体デバイス。
  7. 【請求項７】 炭素に対する金属の原子比が０．０２〜
    ０．２の間であることを特徴とする請求項１ないし６の
    いずれか１つに記載のパワー半導体デバイス。
  8. 【請求項８】 炭素に対する金属の原子比が０．１〜
    ０．２の間であることを特徴とする請求項７記載のパワ
    ー半導体デバイス。
  9. 【請求項９】 層が約０．５〜１０μｍの厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記
    載のパワー半導体デバイス。
  10. 【請求項１０】 層（７、８；１５、１６；１２；１
    ９、２０）の炭素に対する金属の原子比がその上側と下
    側では異なることを特徴とする請求項１ないし９のいず
    れか１つに記載のパワー半導体デバイス。
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