DE2336152B2 - Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, das einen Halbleiterkörper mit mehreren Zonen abwechselnden 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 DE-OS 2122 487 beschrieben worden. Die auf die Aluminiumelektrode aufgebrachte Silberschicht 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 Halbleiterbauelements, also bei Erwärmung, dazu kommen, daß die Silberschicht der Elektrode mit der Kontaktelektrode zusammenwächst. Da die Kontaktelektrode in der Regel aus einem Metall besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient von dem des Halbleiterkörpers abweicht, kann es im Laufe des Betriebes, insbesondere bei extremen Lastwechseln und damit einhergehenden Temperaturwechseln, zur Zerstörung oder mindestens Verschlechterung des Kontaktes kommen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, 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%. Zweckmäßigerweise ist das Aluminium im Silber fein verteilt.

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Halbleiterelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 ein Halbleiterelement gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel und

Fig.3 den Längsschnitt durch ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement nach F i g. 1.

Das Halbleiterelement nach F i g. 1 weist einen Halbleiterkörper auf, der mit 1 bezeichnet ist. Dieser 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; 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. Mit 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 zugekehrten Seite Aluminium, das zweckmäßigerweise fein verteilt ist und dessen Anteil unter 20% liegt Zur Kontktierung des Halbleiterelements wird die Kontaktelektrode 4 auf die Elektrode des Halbleiterkörpers aufgepreßt

In F i g. 2 ist ein weiteres Halbleiterelement gezeigt; gleiche Teile wie in F i g. 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 1 ist eine Elektrode 7 aus Aluminium angebracht, die mit einer Silberschicht 8 versehen ist. Das Halbleiterelement weist eine untere Kontaktelektrode 11 auf, deren Aufbau der Kontaktelektrode 9 entspricht. Bestehen die Kontaktelektroden 9 und U aus einem anderen Metall als Silber, z. B. Kupfer oder Molybdän, sind sie mit Silberschichten 10 bzw. 12 versehen, die mit den Kontaktelektroden 9 und 11 z.B. durch Auflöten, Aufplattieren, Aufsprühen oder Aufwalzen verbunden sind. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Silberschichten 3 und 8 mindestens an ihrer den Kontaktelektroden zugekehrten Seite einen Anteil fein verteilten Aluminiums auf, der zweckmäßigerweise unter 20% liegt.

Es hat sich beim Betrieb — also unter Druck- und Wärmeanwendung — von Halbleiterbauelementen, in denen die beschriebenen Halbleitereleimente 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 Halbleiterkörpers abweicht oder nicht. Die bekannten guten Eigenschaften eines Druckkontakts, nämlich insbesondere die, auf den Halbleiterkörper und seine Elektroden keine oder nur unwesentliche 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 μπι dick sein. Solche Elektroden werden zweckmäßigerweise durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt Die Silberschicht kann z. B. durch Aufdampfen einer 2 μηι dicken Silberschicht hergestellt werden. Anschließend an das Aufdampfen der Aluminiumschicht und der Silberschicht werden diese Schichten bei einer Temperatur zwischen 300 und 550⁰C 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 «ies Aluminiums der Elektroden 2 bzw. 7 in die Silberschicht 3 bzw. 8 hinein bis zur Oberfläche dieser Schichten. Der Aluminiumgehalt der Siiberschichten 3 bzw. 8 verhindert nun ein Zusammenwachsen zwischen Elektrode und Kontaktelektrode unter allen Betriebsbedingungen.

Die Erfindung ist nicht an die genannten Schichtdikken gebunden. Für Bauelemente kleinerer Leistung genügt beispielsweise eine Dicke der Aluminiumschichten von 5 μηι und eine Dicke der Silberschichten von etwa 0,5 μπι. Bei einer Sinterung zwischen 5 und 10 Minuten bei einer Temperatur zwischen 300 und 550⁰C diffundiert auch hier das Aluminium bis zur Oberfläche der Silberschicht.

Der Aluminiumanteil in den Silberschichten kann auch beispielsweise durch gleichzeitiges Aufdampfen von Silber und Aluminium aus getrennten Verdampfern auf die Aluminiumelektrode eingestellt werden.

In F i g. 3 ist ein Halbleiterbauelement gezeigt, in das ein Halbleiterelement gemäß Fig. 1 eingebaut wurde. Teile mit gleicher Funktion wie in F i g. 1 sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das aus dem Halbleiterkörper 1 und den Elektroden 2,3 und 6 bestehende Halbleiterelement sitzt auf einem Boden 14, der beispielsweise aus Kupfer besteht. Zwischen die Elektrode 6 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 liegt zwischen 10 und 50 N/mm². Die Federn 17 stützen

ίο 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 aufweist, durch die ein Stempel 16 hindurchgeführt ist.

is Der Stempel 16 ist 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 wird damit verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement, das einen Halbleiterkörper mit mehreren Zonen abwechselnden 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, der Kontaktelektrode (4,9, II) zugekehrten Seite Aluminium enthält.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium in der Silberschicht (3) fein verteilt ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Aluminiums in der Silberschicht (3) unter 20% liegt.