JPH0786496A - パワー半導体デバイス - Google Patents
パワー半導体デバイスInfo
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- JPH0786496A JPH0786496A JP6200261A JP20026194A JPH0786496A JP H0786496 A JPH0786496 A JP H0786496A JP 6200261 A JP6200261 A JP 6200261A JP 20026194 A JP20026194 A JP 20026194A JP H0786496 A JPH0786496 A JP H0786496A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 少なくとも接触面の１つに無定形炭素／金属
化合物からなる層を備え、接触電極と半導体基体との間
の摩擦を低下させるように改善した加圧接触部を有する
パワー半導体デバイスを提供する。 【構成】 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、接触面４、６の少なくと
も１つが無定形炭素／金属化合物からなる層７、８を備
える。
化合物からなる層を備え、接触電極と半導体基体との間
の摩擦を低下させるように改善した加圧接触部を有する
パワー半導体デバイスを提供する。 【構成】 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、接触面４、６の少なくと
も１つが無定形炭素／金属化合物からなる層７、８を備
える。
Description
【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。
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。
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。
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。
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、接触面の少
なくとも１つが無定形炭素／金属化合物からなる層を備
えることにより解決される。
なくとも１つが無定形炭素／金属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。
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。
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
それぞれ無定形炭素／金属化合物からなる層７、８を備
えている。この炭素／金属化合物は例えば炭素／タング
ステン化合物又は炭素／モリブデン化合物であってもよ
い。そのような無定形層は、例えば金属又は金属炭化物
ターゲットをアルゴン／炭化水素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（Ｍｉｃｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏ
ｕｓｏｆ ｍｅｔａｌ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｄｉａ
ｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ）」Ｓｕｒｆａ
ｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ、第４９号（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。
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
それぞれ無定形炭素／金属化合物からなる層７、８を備
えている。この炭素／金属化合物は例えば炭素／タング
ステン化合物又は炭素／モリブデン化合物であってもよ
い。そのような無定形層は、例えば金属又は金属炭化物
ターゲットをアルゴン／炭化水素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（Ｍｉｃｒｏｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏ
ｕｓｏｆ ｍｅｔａｌ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｄｉａ
ｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ）」Ｓｕｒｆａ
ｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ、第４９号（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／炭素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０．０
２）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。
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／炭素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０．０
２）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。
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。両層は無定形炭素／金属化合物からなる。
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もまた無定形炭
素／金属化合物からなる。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ない。
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。両層は無定形炭素／金属化合物からなる。
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もまた無定形炭
素／金属化合物からなる。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。
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、その両面に無定形炭素／
金属化合物からなる層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１９、
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を半導体基体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。
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、その両面に無定形炭素／
金属化合物からなる層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１９、
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を半導体基体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。
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。
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。
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。
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。
バイスの一部側断面図。
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 無定形炭素／
金属化合物層 １０、１４、１８ ウェハ
金属化合物層 １０、１４、１８ ウェハ
Claims (10)
- 【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つが無定形炭素
／金属化合物からなる層（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。 - 【請求項２】 無定形炭素／金属化合物層（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。 - 【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。 - 【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。 - 【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１つに記載のパワー半導体
デバイス。 - 【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１つに記載のパワー半導体デ
バイス。 - 【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
１つに記載のパワー半導体デバイス。 - 【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。 - 【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１つに記載のパワ
ー半導体デバイス。 - 【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１つ
に記載のパワー半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4326733.5 | 1993-08-09 | ||
| DE4326733 | 1993-08-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786496A true JPH0786496A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3452652B2 JP3452652B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=6494796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20026194A Expired - Fee Related JP3452652B2 (ja) | 1993-08-09 | 1994-08-03 | パワー半導体デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5506452A (ja) |
| EP (1) | EP0638928B1 (ja) |
| JP (1) | JP3452652B2 (ja) |
| DE (1) | DE59407080D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4215101B2 (ja) * | 2004-05-14 | 2009-01-28 | 三菱電機株式会社 | 加圧接触式整流装置 |
| DE102005030466B4 (de) * | 2005-06-28 | 2012-10-25 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterwafer mit Verdrahtungsstrukturen und Halbleiterbauelement sowie Verfahren zur Herstellung desselben |
| EP2503595A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-26 | ABB Research Ltd. | Power semiconductor module and method of manufacturing a power semiconductor module |
| JP7203214B2 (ja) * | 2018-10-19 | 2023-01-12 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 浮動性実装を有する電力半導体装置 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1248811B (ja) * | 1961-03-28 | |||
| DE1514483B2 (de) * | 1965-06-22 | 1971-05-06 | Siemens AG, 1000 Berlin u 8000 München | Druckkontakt halbleiter gleichrichter |
| JPS5030428B1 (ja) * | 1969-03-31 | 1975-10-01 | ||
| FR2044328A5 (ja) * | 1969-05-16 | 1971-02-19 | Comp Generale Electricite | |
| US3859143A (en) * | 1970-07-23 | 1975-01-07 | Rca Corp | Stable bonded barrier layer-telluride thermoelectric device |
| CH528817A (de) * | 1971-03-11 | 1972-09-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Halter für mindestens ein scheibenförmiges Halbleiterelement |
| CH558084A (de) * | 1971-07-20 | 1975-01-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Halter mit mindestens einem scheibenfoermigen halbleiterelement. |
| JPS5116302B2 (ja) * | 1973-10-22 | 1976-05-22 | ||
| JPS603776B2 (ja) * | 1977-06-03 | 1985-01-30 | 株式会社日立製作所 | 半導体素子 |
| JPS55160437A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-13 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| US4320571A (en) * | 1980-10-14 | 1982-03-23 | International Rectifier Corporation | Stencil mask process for high power, high speed controlled rectifiers |
| JPS5778144A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-15 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| US4427993A (en) * | 1980-11-21 | 1984-01-24 | General Electric Company | Thermal stress relieving bimetallic plate |
| JPS5921033A (ja) * | 1982-07-27 | 1984-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | 全圧接型半導体装置 |
| JPS60239044A (ja) * | 1984-05-11 | 1985-11-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板材料 |
| JPH081914B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1996-01-10 | 株式会社東芝 | 圧接型半導体装置 |
| DE3731624A1 (de) * | 1987-09-19 | 1989-03-30 | Asea Brown Boveri | Ausgleichsronde fuer leistungshalbleitermodule |
| DE3838968A1 (de) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Asea Brown Boveri | Verbundwerkstoff auf der basis von kohlenstoff-fasern als bewehrungsgeruest und einer metallischen matrix als fuellstoff und verfahren zu dessen herstellung |
| US5008735A (en) * | 1989-12-07 | 1991-04-16 | General Instrument Corporation | Packaged diode for high temperature operation |
-
1994
- 1994-07-19 EP EP94111249A patent/EP0638928B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-19 DE DE59407080T patent/DE59407080D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-08-03 JP JP20026194A patent/JP3452652B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-08-09 US US08/287,781 patent/US5506452A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0638928A1 (de) | 1995-02-15 |
| US5506452A (en) | 1996-04-09 |
| DE59407080D1 (de) | 1998-11-19 |
| EP0638928B1 (de) | 1998-10-14 |
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