Kupfer-Metallisierung für Siliciumcarbid-Leistungshalbleiter zur Steigerung der Lebensdauer

Neue Halbleiter-Generationen mit größerer Bandlücke, wie beispielsweise Siliciumcarbid (SiC), haben das Potenzial die Leistungsdichte zu steigern und können bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden. Um diese Vorteile jedoch nutzen zu können, muss die Lebensdauer der AVT verbessert werden. Während hinsichtlich der rückseitigen Verbindungstechnik (Die-Attach) bereits große Fortschritte gemacht wurden, begrenzt derzeitig vor allem der Oberseitenkontakt die Lebensdauer der AVT. Eine Ursache dafür ist, dass die standardmäßig verwendeten aluminiumbasierten Metallisierungen der elektronischen Bauelemente den Einsatz auf Aluminium Bondverbindungen limitiert, deren Eignung den beschriebenen, zukünftigen Anforderungen nicht genügen. Demnach muss die Enwicklung einer verbesserten Oberseitenkontakt-Verbindung direkt einhergehen mit einer Modifizierung der Chipmetallisierung. Eine unter diesem Aspekt vielverspechende Technologie ist die Verbindung mittels Kupfer-Dickdrahtbonds. Neben den im Vergleich zu Aluminium guten elektrischen als auch thermischen Eigenschaften sind es vor allem die verbesserten mechanischen Eigenschaften des Kupfers, die die Lebensdauer der Verbindung verbessern. Auf der anderen Seite erschwert die erhöhte Härte des Kupfers den Bond-Prozess, so daß auf SiC-Bauelementen nur dicke galvanisch abgeschiedene Kupfer-Metallisierungen das Bonden ermöglichen. Während dünne aluminiumbasierte Metallisierungen auf Silicium-Bauelementen in den letzten Jahrzehnten ausgiebig untersucht wurden, existieren wenige Untersuchungen zu dicken Kupfer-Metallisierungen mit Bauelementen auf Basis von SiC. Innerhalb dieser Arbeit wird dieses System bezüglich seiner gegenseitigen Wechselwirkungen optimiert und hinsichtlich der beschriebenen erhöhten Lebensdaueranforderungen bewertet.