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DE102015220639B4 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben Download PDF

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DE102015220639B4
DE102015220639B4 DE102015220639.4A DE102015220639A DE102015220639B4 DE 102015220639 B4 DE102015220639 B4 DE 102015220639B4 DE 102015220639 A DE102015220639 A DE 102015220639A DE 102015220639 B4 DE102015220639 B4 DE 102015220639B4
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Germany
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bonding
electrode terminal
bonded
semiconductor device
hole
Prior art date
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Yutaka Yoneda
Hidetoshi Ishibashi
Masao Kikuchi
Tatsunori YANAGIMOTO
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Halbleitervorrichtung (100), aufweisend:- ein Bond-Ziel; und- einen Elektrodenanschluss (3), der an das Bond-Ziel gebondet ist, wobei:- der Elektrodenanschluss (3) und das Bond-Ziel durch Ultraschall-Bonden an einer Bond-Oberfläche (3j), die dem Bonden auszusetzen ist, gebondet werden,- der Elektrodenanschluss (3) ein Durchdringungs-Vertiefungsteil mit mindestens einer freibleibenden Durchgangsbohrung (20) aufweist, das an allen Seiten von der Bond-Oberfläche (3j) umgeben ist, und- die mindestens eine Durchgangsbohrung (20) ein Ausmaß aufweist, welches gleich der Dicke des Elektrodenanschlusses (3) oder größer ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben, insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung für Leistungsanwendungen.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • In einer herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung, insbesondere einer Starkstrom-Leistungshalbleitervorrichtung ist es notwendig, einen Elektrodenanschluss auf einer großen Fläche zu bonden, damit ein hoher Strom effektiv fließen kann. Somit ist ein Lötmittel für das Bonden des Elektrodenanschlusses verwendet worden (siehe offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 2006- 253 516 A ). Inzwischen ist es als Folge eines Anstiegs der Temperatur einer Umgebung, in welcher die Leistungshalbleitervorrichtung verwendet wird, für ein herkömmlich verwendetes Lötmittel-Bonden potenziell unmöglich geworden, einer geforderten Zuverlässigkeit zu entsprechen. Gemäß dem herkömmlichen Lötmittel-Bonden kann, wenn die Leistungshalbleitervorrichtung einen isolierenden Beschichtungsuntergrund mit einer Keramikplatte und auf gegenüberliegenden Oberflächen der Keramikplatte ausgebildeten leitfähigen Mustern und eine mit einem Lötmittel an den isolierenden Beschichtungsuntergrund gebondete Basisplatte aufweist, ein während des Lötmittel-Bondens des Elektrodenanschlusses verursachtes Überhitzen das Lötmittel wieder schmelzen, welches für das Bonden zwischen der Basisplatte und der isolierenden Beschichtungsgrundlage verwendet wurde. Dies hat es unmöglich gemacht, Lötmittelarten mit nahe beieinander liegenden Schmelzpunkten zu verwenden, wodurch eine Verwendung von mehreren Lötmittelarten notwendig wird, was das Problem eines komplizierten Herstellungsprozesses verursacht.
  • Die vorstehend genannten Probleme können durch ein Verfahren zum Bonden des Elektrodenanschlusses an ein leitfähiges Muster auf dem isolierenden Beschichtungsuntergrund mit Ultraschall gelöst werden. Ultraschall-Bonden ist ein Bonden in festem Zustand und benötigt keinen Erhitzungsschritt. Somit kann während eines Bondens des Elektrodenanschlusses der Elektrodenanschluss auf einer großen Fläche gebondet werden, ohne das für ein Bonden zwischen der Basisplatte und dem isolierenden Beschichtungsuntergrund verwendete Lötmittel erneut zu schmelzen. Zusätzlich kann Ultraschall-Bonden die Zuverlässigkeit eines gebondeten Teils verglichen mit einem Lötmittel-Bonden verbessern.
  • Gemäß einem Ultraschall-Bonden wird ein zu bondendes Material gebondet, indem es zum Vibrieren mit Ultraschallgeschwindigkeit gebracht wird, während es durch ein Ultraschallhorn angepresst wird. Zu dieser Zeit durchbricht das Ultraschall-Bonden eine Oxidschicht auf einer zu bondenden Oberfläche, sodass die Oxidschicht zur Seite auf die Außenseite eines gebondeten Teils geschoben wird. Als Folge einer Vergrößerung der Fläche des zu bondenden Teils wird die Oxidschicht in der Mitte des gebondeten Teils nicht zur Seite auf die Außenseite des Elektrodenanschlusses geschoben sondern bleibt auf der Verbindungsoberfläche. Somit bleibt ein Teil der Verbindungsoberfläche mit der verbleibenden Oxidschicht ungebondet. Wenn die Oxidschicht in der Mitte des Anschlusses wirksam zur Seite auf die Außenseite des gebondeten Teils geschoben werden kann, kann der ungebondete Teil in der Mitte des Anschlusses beseitigt werden, so dass eine Bond-Ausführung verbessert wird. Dies kann eine Ungleichmäßigkeit der Qualität des gebondeten Teils verringern.
  • Die folgende Technik ist in Bezug auf Ultraschall-Bonden offenbart worden. Ein Überstand wird auf einer Bond-Endoberfläche eines Elektrodenanschlusses, der an ein auf einen isolierenden Beschichtungsuntergrund montiertes Halbleiterelement zu bonden ist, geformt. Der Überstand weist eine Höhe von mindestens einem Niveau auf, das nicht unter der Dicke einer Oxidschicht liegt, die auf einer Oberfläche eines Bond-Gegenstücks ausgebildet ist. Dann wird eine Bond-Oberfläche mit Ultraschall an ein leitfähiges Muster oder das Halbleiterelement gebondet.
  • Gemäß einem Ultraschall-Bonden wird ein zu bondendes Material gebondet, indem es zum Vibrieren mit Ultraschallgeschwindigkeit gebracht wird, während es durch ein Ultraschallhorn angepresst wird. Ein Elektrodenanschluss einer Halbleitervorrichtung wird in einem Ultraschall-Bond auf einer großen Fläche gebondet. Somit kann eine auf einer Oberfläche des zu bondenden Materials erzeugte Oxidschicht oder eine Verschmutzung wie Staub, Öl oder Feuchtigkeit, die auf der Oberfläche des zu bondenden Materials haften, während des Ultraschall-Bondens nicht zur Seite auf die Außenseite des gebondeten Teils geschoben werden, so dass sie in einer Bond-Oberfläche verbleiben. Ein Teil der Bond-Oberfläche mit der verbliebenen Oxidschicht oder Verschmutzung bleibt ungebondet. Aus diesem Grund kann, wenn die Oxidschicht in der Mitte des Anschlusses wirksam zur Seite auf die Außenseite des gebondeten Teils geschoben werden kann, der ungebondete Teil in der Mitte des Anschlusses beseitigt werden, so dass eine Bond-Ausführung verbessert wird. Dies kann eine Ungleichmäßigkeit der Qualität des gebondeten Teils verringern, während eine ausreichende Bond-Ausführung selbst in einer kleinen Fläche erreicht wird.
  • Gemäß der offengelegten, japanischen Patentanmeldung JP 2005- 259 880 A wird zum Beispiel ein Überstand auf einer Bond-Endoberfläche eines Elektrodenanschlusses geformt, der an ein auf einen isolierenden Beschichtungsuntergrund montiertes Halbleiterelement zu bonden ist. Der Überstand weist eine Höhe von mindestens einem Niveau auf, das nicht unter der Dicke einer Oxidschicht liegt, die auf einer Oberfläche eines Bond-Gegenstücks ausgebildet ist. Dann wird eine Bond-Oberfläche mit Ultraschall an ein leitfähiges Muster oder das Halbleiterelement gebondet. Durch Verwenden eines Elektrodenanschlusses dieser Struktur wird die Bond-Endoberfläche des Elektrodenanschlusses über einer Bond-Oberfläche eines Gegenstückteils platziert, und ein Druck und eine Ultraschallvibration werden durch ein Ultraschallhorn angewendet. Dies bewirkt, dass der im Voraus auf einer Bond-Oberfläche des Elektrodenanschlusses ausgebildete Überstand auf einer Oberfläche des Gegenstückteils rutscht, um die Oxidschicht zu spalten und aufzubrechen. Dies generiert einen direkten Kontakt mit einer eigentlichen Oberfläche unter der Oxidschicht. Wenn in diesem Stadium eine Ultraschallvibration kontinuierlich angewendet wird, tritt ein plastischer Fluss auf der Bond-Oberfläche des Elektrodenanschlusses einschließlich des Überstands auf, sodass ein Teil, in dem eigentliche Metalloberflächen aneinander haften, vergrößert wird. Als eine Folge werden der Elektrodenanschluss und das Gegenstückteil mit Ultraschall mit ausreichender Bond-Stärke gebondet, ohne von der Oxidschicht beeinflusst zu werden.
  • Die vorstehend genannte Technik der offenbarten japanischen Patentanmeldung JP 2005-259 880 A erreicht ein Ultraschall-Bonden mit ausreichender Bond-Stärke. Diese Technik ermöglicht jedoch keine Prüfung, um festzustellen, ob die Oxidschicht von einem Mittenbereich des Anschlusses entfernt wurde und ein resultierendes Ultraschall-Bonden, wie aus einem Erscheinen nach dem Bonden gesehen, eine ausreichende Bond-Stärke aufweist. Aus diesem Grund kann, wenn Staub auf der Außenseite des Überstands haftet und ein Teil mit dem Staub ungebondet bleibt, zum Beispiel dieses ungebondete Teil nach dem Bonden nicht erkannt werden.
  • Die DE 10 2012 215 055 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung sowie eine entsprechende Leistungshalbleiteranordnung als solche. Dabei werden ein dielektrischer Isolationsträger mit einer Oberseite und einer auf der Oberseite angeordneten oberen Metallisierungsschicht, ein Halbleiterchip und wenigstens ein elektrisch leitender Kontaktpin bereitgestellt, wobei jeder Kontaktpin ein erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist. Der Halbleiterchip wird durch Sintern oder Diffusionslöten mit der oberen Metallisierungsschicht verbunden. Zwischen dem ersten Ende und der oberen Metallisierungsschicht wird Material des Kontaktpins in direkten physischen Kontakt mit dem Material der oberen Metallisierungsschicht gebracht.
  • Die JP 2008 - 205 253 A offenbart eine Halbleitervorrichtung, zum Bespiel im Zusammenhang mit einem IC-Chip, wobei ein Bondziel von einem Leiter oder einer Leiterkugel gebildet wird und ein Metallanschluss mit einem Bereich zum Ausgleich von mechanischen Spannungen als Elektrodenanschluss dienen, welcher mit dem Leiter oder der Leiterkugel als Bondziel verbunden ist. Der Bereich zum Ausgleich von mechanischen Spannungen weist einen Materialbereich auf, der von allen Seiten von einer Bondoberfläche umgeben ist.
  • Die US 2013 / 0 221 504 A1 und JP 2002- 134 568 A beschreiben ähnliche Anordnungen für Halbleitervorrichtungen und entsprechende Herstellungsverfahren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, einen Elektrodenanschluss und ein Bond-Ziel mit einer hohen Bond-Stärke zu bonden und eine Beobachtung eines gebondeten Teils, wie aus einem Erscheinen nach dem Bonden gesehen, zu ermöglichen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein Bond-Ziel und einen zu dem Bond-Ziel gebondeten Elektrodenanschluss auf. Der Elektrodenanschluss und das Bond-Ziel werden durch Ultraschall-Bonden an einer Bond-Oberfläche gebondet, auf die ein Bonden anzuwenden ist. Der Elektrodenanschluss weist ein Durchdringungs- oder Eindring-Vertiefungsteil mit mindestens einer frei bleibenden Durchgangsbohrung auf, das an allen Seiten von der Bond-Oberfläche umgeben ist, wobei die mindestens eine Durchgangsbohrung ein Ausmaß aufweist, welches gleich der Dicke des Elektrodenanschlusses oder größer ist.
  • In der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung wird das Eindring-Vertiefungsteil im Voraus in dem Elektrodenanschluss bereitgestellt, bevor ein Ultraschall-Bonden ausgeführt wird. Dadurch wird während des Ultraschall-Bondens eine Oxidschicht oder eine Verunreinigung, die auf der Bond-Oberfläche um das Vertiefungsteil vorhanden ist, zur Seite auf die Innenseite des Vertiefungsteils geschoben. Als eine Folge wird die Oxidschicht während des Ultraschall-Bondens von der Bond-Oberfläche entfernt, sodass ein gebondetes Teil mit ausreichender Bond-Stärke gebildet wird. Zusätzlich kann das gebondete Teil durch das in dem Elektrodenanschluss ausgebildete Vertiefungsteil eingesehen werden. Dies ermöglicht eine Beschaffenheitsprüfung, um zu sehen, ob der Elektrodenanschluss gebondet ist.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Teil-Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
    • 2 ist eine Teil-Draufsicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;
    • 3A, 3B und 3C zeigen einen Ultraschall-Bond-Schritt für eine Halbleitervorrichtung gemäß einem vergleichenden Beispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4A, 4B und 4C zeigen einen Ultraschall-Bond-Schritt für die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform;
    • 5 ist eine Teil-Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform;
    • 6 ist eine Teil-Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der Erfindung; und
    • 7 ist eine Teil-Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Eine Halbleitervorrichtung als eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden korrespondierende Komponenten oder ähnliche Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In den Darstellungen der Zeichnungen sind die jeweiligen Größen oder Verkleinerungsmaßstäbe von korrespondierenden Komponenten zwischen den Zeichnungen unabhängig. Als ein Beispiel können bezüglich Schnittansichten, die jeweilige Strukturen zeigen, welche teilweise gegeneinander verändert sind, Strukturen, die zwischen diesen Schnittansichten gemein sind, in unterschiedlichen Größen oder Verkleinerungsmaßstäben gezeigt sein. Gemäß einer eigentlichen Struktur der Halbleitervorrichtung weist die Halbleitervorrichtung eine größere Anzahl an Komponenten auf. Um die Beschreibung zu vereinfachen, werden jedoch nur diejenigen Komponenten gezeigt, die für die Beschreibung benötigt werden, und andere Komponenten (wie ein Leistungshalbleiterelement und ein Gehäuse) werden weggelassen.
  • Erste bevorzugte Ausführungsform
  • Struktur
  • 1 ist eine Teil-Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform. 2 ist eine Teil-Draufsicht der Halbleitervorrichtung 100. Wie in 1 gezeigt, weist die Halbleitervorrichtung 100 einen isolierenden Beschichtungsuntergrund 5, ein Wärmeableitungsteil 6 und einen Elektrodenanschluss 3 auf. Der isolierende Beschichtungsuntergrund 5 weist eine isolierende Platte 51 und ein leitfähiges Muster 52a und ein leitfähiges Muster 52b auf, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der isolierenden Platte 51 ausgebildet sind. Das Wärmeableitungsteil 6 ist mit einem Lötmittel 8 an eine Wärmeableitungsoberflächenseite (Seite des leitfähigen Musters 52b) des isolierenden Beschichtungsuntergrunds 5 gebondet. Der Elektrodenanschluss 3 ist durch Ultraschall-Bonden an eine Schaltungsoberflächenseite (Seite des leitfähigen Musters 52a) des isolierenden Beschichtungsuntergrunds 5 gebondet. Der Elektrodenanschluss 3 und das leitfähige Muster 52a sind an einer Bond-Oberfläche 3j mit Ultraschall gebondet.
  • Der Elektrodenanschluss 3 ist ein Verdrahtungsteil, um ein Leistungshalbleiterelement wie einen Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT) und eine externe Schaltung elektrisch zu verbinden. Es wird bevorzugt, dass der Elektrodenanschluss 3 aus einem Metall mit niedrigem elektrischem Widerstand besteht. Im Allgemeinen besteht der Elektrodenanschluss 3 aus einer geschnittenen Platte oder gestanzten Platte zum Beispiel aus Cu oder AI. Der Elektrodenanschluss 3 weist ein Ende auf, das mit einem Teil versehen ist, das an das leitfähige Muster 52a gebondet ist. Der Elektrodenanschluss 3 weist ein entgegengesetztes Ende auf, das elektrisch mit einem unterschiedlichen Schaltungsteil oder einer externen Schaltung verbunden ist. Der Teil des Elektrodenanschlusses 3, der an das leitfähige Muster 52a gebondet ist, ist mit einer Durchgangsbohrung 20 versehen, die als ein Eindring-Vertiefungsteil geformt ist. Die Durchgangsbohrung 20 ist auf allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben. Insbesondere sind der Elektrodenanschluss 3 und das leitfähige Muster 52a um die Durchgangsbohrung 20 in dem Elektrodenanschluss 3 mit Ultraschall gebondet.
  • Das in der ersten bevorzugten Ausführungsform genannte Vertiefungsteil bedeutet von allen Seiten umgebene Durchgangsbohrungen mit verschiedenen Formen wie ein rundes Loch, ein Langloch und ein quadratisches Loch. Bei einer Ausführungsform zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung kann das Vertiefungsteil als eine Aussparung geformt sein, die auf zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist wie ein Schlitz 21 gemäß 6.
  • In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Durchgangsbohrung 20 in dem Elektrodenanschluss 3 als ein Eindring-Vertiefungsteil geformt. Es wird bevorzugt, dass die Durchgangsbohrung 20 als ein rundes Loch oder ein Langloch geformt wird, das einfach hergestellt werden kann. Insbesondere wird bevorzugt, dass, wenn die Durchgangsbohrung 20 als ein Langloch geformt ist, die lange Seite des Langlochs vertikal zu einer Richtung einer Ultraschallschwingung liegt. Es wird bevorzugt, dass die Durchgangsbohrung 20 ein Ausmaß aufweist, das im Wesentlichen gleich der Dicke des Elektrodenanschlusses 3 oder größer ist. Wenn die Dicke des Elektrodenanschlusses 3 zum Beispiel 1.0mm beträgt, wird bevorzugt, dass die Durchgangsbohrung 20 als ein rundes Loch einen Durchmesser von 1,0 mm oder mehr aufweist, und die Durchgangsbohrung 20 als ein Langloch eine Breite von 1,0 mm oder mehr aufweist.
  • Der isolierende Beschichtungsuntergrund 5 weist die isolierende Platte 51 und die leitfähigen Muster 52a und 52b, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der isolierenden Platte 51 ausgebildet sind, auf. Die isolierende Platte 51 ist ein elektrischer Isolator. Es wird bevorzugt, dass die isolierende Platte 51 aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht. Eine Keramikplatte mit einer Dicke von 0,635mm oder 0,32mm und zum Beispiel aus AIN, Si3N4 oder A1203 bestehend wird im Allgemeinen als die isolierende Platte 51 verwendet. Die leitfähigen Muster 52a und 52b bestehen im Allgemeinen aus dem gleichen Material. Das leitfähige Muster 52a, das an den Elektrodenanschluss 3 zu bonden ist, fungiert als ein Verdrahtungsteil, um ein Leistungshalbleiterelement und eine externe Schaltung elektrisch zu verbinden. Somit wird bevorzugt, dass das leitfähige Muster 52a aus einem Metall mit einem geringen elektrischen Widerstand besteht. Die leitfähigen Muster 52a und 52b bestehen im Allgemeinen aus einem Material wie Cu oder AI mit einer Dicke von zum Beispiel 1,0 mm oder weniger.
  • Das Wärmeableitungsteil 6 ist mit dem Lötmittel 8 an einen oder mehrere isolierende Beschichtungsuntergründe 5 gebondet. Das Wärmeableitungsteil 6 selbst fungiert als eine wärmeableitende Platte. Zusätzlich ist eine Oberfläche des Wärmeableitungsteils 6 gegenüber einer Oberfläche davon, die mit dem Lötmittel 8 gebondet ist, zum Beispiel mit einer Wärmeleitpaste mit einem Kühlkörper verbunden. Dies bewirkt, dass das Wärmeableitungsteil 6 in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugte Wärme wirksam nach außen ableitet. Aus diesem Grund wird bevorzugt, dass das Wärmeableitungsteil 6 aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. Im Allgemeinen wird eine Platte mit einer Dicke von etwa 1 bis etwa 5mm und aus einem Metall wie Cu, AI oder AlSiC bestehend als das Wärmeableitungsteil 6 verwendet.
  • Das Lötmittel 8 wird zum Bonden zwischen der Wärmeableitungsoberflächenseite des isolierenden Beschichtungsuntergrunds 5 und dem Wärmeableitungsteil 6 verwendet. Aus diesem Grund wird bevorzugt, dass das Lötmittel 8 aus einem Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt und einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht. Im Allgemeinen wird eine Legierung aus Metall wie Sn, Pb, Ag oder Cu als das Lötmittel 8 verwendet. Im Hinblick auf eine Zuverlässigkeit und Wärmeableitungsleistung wird bevorzugt, dass das Lötmittel 8 eine Dicke von etwa 0.1 bis etwa 0.3mm aufweist.
  • Herstellungsverfahren
  • 3A, 3B und 3C zeigen einen Ultraschall-Bond-Schritt für eine Halbleitervorrichtung 10, die als ein vergleichendes Beispiel der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben wird. 4A, 4B und 4C zeigen einen Ultraschall-Bond-Schritt für die Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform.
  • Der Ultraschall-Bond-Schritt für die Halbleitervorrichtung 10 des vergleichenden Beispiels wird erst bezüglich 3A, 3B und 3C beschrieben. In der Halbleitervorrichtung 10 ist eine Elektrodenanschlussspitze des Elektrodenanschlusses 3 einschließlich der Bond-Oberfläche 3j flach. Wie in 3A gezeigt, wird während des Ultraschall-Bondens, während Druck in der Richtung eines Pfeils A auf eine Oberfläche der Elektrodenanschlussspitze gegenüber der Bond-Oberfläche 3j durch ein Ultraschallhorn 50 ausgeübt wird, eine Ultraschallschwingung, die in den Richtungen der Pfeile B wirkt, an ein Bond-Zielteil angelegt. Zu dieser Zeit vibriert der Elektrodenanschluss 3 auf dem leitfähigen Muster 52a, sodass eine Oxidschicht 30, welche die Oberfläche des Elektrodenanschlusses 3 und die des leitfähigen Musters 52a bedeckt, aufgebrochen wird. Dies bildet einen direkten Kontakt zwischen einer eigentlichen Oberfläche des Elektrodenanschlusses 3 und der des leitfähigen Musters 52a.
  • Wenn das Bonden weiter fortschreitet, tritt ein plastischer Fluss auf, sodass eine Verbindung auf der Bond-Oberfläche 3j gebildet wird, wie in 3B gezeigt, wodurch der Elektrodenanschluss 3 und das leitfähige Muster 52a gebondet werden. Zu dieser Zeit wird, wie in 3C gezeigt, die aufgebrochene Oxidschicht 30 nahe der äußeren Umfangslinie der Bond-Oberfläche 3j zur Seite auf die Außenseite eines gebondeten Teils geschoben. Somit kann eine vorteilhafte Bond-Stärke auf der äußeren Umfangslinie des gebondeten Teils erzielt werden. Währenddessen wird die Oxidschicht 30 in der Mitte und ihrer Umgebung der Bond-Oberfläche 3j nicht zur Seite auf die Außenseite der Bond-Oberfläche 3j geschoben, sondern verbleibt in der Mitte und ihrer Umgebung der Bond-Oberfläche 3j. Ein Teil der Bond-Oberfläche 3j mit der verbleibenden Oxidschicht 30 bleibt ungebondet.
  • Somit wird ein Bonden in der Mitte und ihrer Umgebung der Bond-Oberfläche 3j nicht erreicht.
  • Der Ultraschall-Bond-Schritt für die Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform wird als Nächstes unter Bezugnahme auf 4A, 4B und 4C beschrieben. In der Halbleitervorrichtung 100 wird die Durchgangsbohrung 20 im Voraus durch einen mechanischen Prozess in der Spitze des Elektrodenanschlusses 3 gebildet. Wie in 4A gezeigt, wird während des Ultraschall-Bondens, während Druck durch das Ultraschallhorn 50 in der Richtung eines Pfeils A auf eine Oberfläche der Elektrodenanschlussspitze gegenüber der Bond-Oberfläche 3j ausgeübt wird, eine Ultraschallschwingung, die in den Richtungen der Pfeile B wirkt, an ein Bond-Zielteil angelegt. Zu dieser Zeit vibriert der Elektrodenanschluss 3 auf dem leitfähigen Muster 52a, sodass eine Oxidschicht 30, welche die Oberfläche des Elektrodenanschlusses 3 und die des leitfähigen Musters 52a bedeckt, aufgebrochen wird. Dies bildet einen direkten Kontakt zwischen der eigentlichen Oberfläche des Elektrodenanschlusses 3 und der des leitfähigen Musters 52a.
  • Wenn das Bonden weiter fortschreitet, tritt ein plastischer Fluss auf, sodass eine Verbindung auf der Bond-Oberfläche 3j gebildet wird, wie in 4B gezeigt, wodurch der Elektrodenanschluss 3 und das leitfähige Muster 52a gebondet werden. Zu dieser Zeit wird, wie in 4C gezeigt, die aufgebrochene Oxidschicht 30 nahe der äußeren Umfangslinie der Bond-Oberfläche 3j zur Seite auf die Außenseite der Bond-Oberfläche 3j geschoben. Somit kann eine vorteilhafte Bond-Stärke auf der äußeren Umfangslinie der Bondoberfläche 3j erzielt werden. Weiter wird die Oxidschicht 30 in der Mitte und ihrer Umgebung der Bond-Oberfläche 3j zur Seite auf die Innenseite der Durchgangsbohrung 20 geschoben. Dies macht es möglich, eine vorteilhafte Bond-Stärke nicht nur auf der äußeren Umfangslinie sondern auch in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j zu erzielen. Als eine Folge wird eine ausreichende Bond-Stärke auf einer kleinen Bond-Fläche erreicht.
  • Die Halbleitervorrichtung 10, die als vergleichendes Beispiel beschrieben wird, ermöglicht keine Prüfung, um zu sehen, ob eine vorteilhafte Bond-Stärke in dem Mittenbereich der Bond-Oberfläche 3j angesichts einer Beschaffenheit nach dem Bonden erzielt wurde. Somit kann, selbst wenn ein Teil der Mitte des Elektrodenanschlusses 3 ungebondet gelassen wird, dieser ungebondete Teil nach dem Bonden nicht betrachtet werden.
  • Im Gegensatz dazu werden in der Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform der Elektrodenanschluss 3 und das leitfähige Muster 52a um die Durchgangsbohrung 20 in dem Elektrodenanschluss 3 mit Ultraschall gebondet. Dies ermöglicht ein Betrachten des Teils des Elektrodenanschlusses 3, der an das leitfähige Muster 52a gebondet ist, durch die Durchgangsbohrung 20. Formen der Durchgangsbohrung 20 in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschlusses 3 ermöglicht eine Prüfung, um zu sehen, ob eine vorteilhafte Bond-Stärke in der Mitte des gebondeten Teils angesichts einer Beschaffenheit nach dem Bonden erzielt wurde. In dieser Hinsicht wird bevorzugt, dass die Durchgangsbohrung 20 in dem Mittenbereich der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschlusses 3 gebildet ist.
  • Erste Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform
  • 5 ist eine Teil-Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 100A gemäß einer ersten Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform. In der Halbleitervorrichtung 100 ist eine Durchgangsbohrung 20 in der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschlusses 3 ausgebildet. In der Halbleitervorrichtung 100A sind mehrere, wie etwa zwei Durchgangsbohrungen 20 so ausgebildet, dass sie auf allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschlusses 3 umgeben sind. Die mehreren Durchgangsbohrungen 20 in dem Elektrodenanschluss 3 auszubilden, macht es möglich, die Oxidschicht 30 einfach zur Seite auf die Innenseite der Durchgangsbohrungen 20 zu schieben. Die mehreren Durchgangsbohrungen 20 auszubilden, wird auch insofern bevorzugt, als ein gebondetes Teil, das von seiner Beschaffenheit durch die Durchgangsbohrungen 20 betrachtet werden kann, vergrößert werden kann.
  • In einem mit Ultraschall gebondeten Teil fließt ein Strom in der Richtung der Dicke des Elektrodenanschlusses 3 durch das mit Ultraschall gebondete Teil. Hinsichtlich der Struktur einer Leistungshalbleitervorrichtung wird Wärme über einen Pfad abgeleitet, der sich in der Richtung der Dicke des mit Ultraschall gebondeten Teils erstreckt. Somit kann selbst bei Vorhandensein der Durchgangsbohrung 20 in der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschlusses 3 eine Fläche, in der ein Strom konzentriert fließen soll, um die Durchgangsbohrung 20 beseitigt oder verkleinert werden, wenn die Fläche der Bond-Oberfläche 3j größer ist als die Querschnittsfläche des Elektrodenanschlusses 3. Dies verhindert ein Auftreten eines ungewöhnlichen Erhitzens aufgrund eines konzentrierten Stromflusses, sodass eine Strommenge auf einem Pegel gehalten werden kann, der eine elektrische Leitung ermöglicht. Abhängig von einer Stromstärke kann eine durch elektrische Leitung erzeugte Wärme durch teilweise oder gesamte Verbreiterung der Spitze des Elektrodenanschlusses 3, sodass sie breiter als der übrige Teil des Elektrodenanschlusses ist, reduziert werden. In dieser Hinsicht wird bevorzugt, dass die Durchgangsbohrung 20 so ausgebildet ist, dass sie auf allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben wird.
  • Wenn die Durchgangsbohrung 20 nur innerhalb der Bond-Oberfläche 3j ausgebildet ist und die Fläche der Bond-Oberfläche 3j größer ist als die Querschnittsfläche des Elektrodenanschlusses 3, kann eine Fläche, in der ein Strom konzentriert fließen soll, um die Durchgangsbohrung 20 beseitigt oder verkleinert werden. In diesem Fall kann die hochzuverlässige Halbleitervorrichtung 100, die auf einen hohen Strom reaktionsfähig ist, erreicht werden, die eine Gestaltung eines gebondeten Teils mit einer vorteilhaften Bond-Stärke ermöglicht, und die es ermöglicht, eine Beschaffenheitsprüfung nach dem Bonden durchzuführen, um zu sehen, ob eine Mittenfläche des Elektrodenanschlusses 3 gebondet ist.
  • Ausführungsform zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der Erfindung
  • 6 ist eine Teil-Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 100B gemäß einer Ausführungsform zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der Erfindung. Das Eindring-Vertiefungsteil in dem Elektrodenanschluss 3 kann von jeder Form sein, solange die Form die vorstehend genannte Funktion erfüllt (Funktion des Beseitigens der Oxidschicht und Ermöglichen einer Beschaffenheitsbetrachtung eines gebondeten Teils). Als ein Beispiel kann der Schlitz 21, der sich von der Spitze in Richtung eines Anschluss-Biegeteils 3r des Elektrodenanschlusses 3 erstreckt, als das Vertiefungsteil ausgebildet sein, wie in 6 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, ist der Schlitz 21 so ausgebildet, dass er auf zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist. Der Schlitz 21 kann verkürzt werden, um zu erreichen, dass ein Ursprung des Schlitzes 21 die Bond-Oberfläche 3j berührt. In diesem Fall soll der Schlitz 21 auf drei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben sein.
  • Den Schlitz 21 als das Vertiefungsteil zu formen, kann die Bond-Oberfläche 3j in zwei Teile teilen. Selbst wenn Stress als eine Folge von Temperaturzyklen oder Ähnlichem wiederholt auf ein gebondetes Teil angewendet wird, sodass eine Bruchstelle in einer der Bond-Oberflächen 3j verursacht wird, verhindert somit die andere Bond-Oberfläche 3j in einem gebondeten Zustand, dass der Elektrodenanschluss 3 sich von dem leitfähigen Muster 52a ablöst, wodurch die Bildung eines offenen Schaltkreises verhindert wird. Dies kann eine Ungleichmäßigkeit der Zuverlässigkeit des gesamten gebondeten Teils reduzieren, wodurch die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 100 verbessert wird.
  • Wie in dem Fall aus 5 ist die Anzahl der Schlitze 21 nicht auf einen beschränkt, sondern mehrere Schlitze 21 können vorgesehen sein. Mehr Schlitze vorzusehen kann die Anzahl der geteilten Bond-Oberflächen 3j erhöhen. Dies ermöglicht, dass die Oxidschicht 30 einfach zur Seite auf die Außenseite der Bond-Oberfläche 3j geschoben wird. Die Anzahl der geteilten Bond-Oberflächen 3j zu erhöhen wird auch hinsichtlich eines Reduzierens einer Ungleichmäßigkeit der Zuverlässigkeit des gesamten gebondeten Teils bevorzugt.
  • Für ein Ultraschall-Bonden des Elektrodenanschlusses 3 verursacht ein Bonden des Elektrodenanschlusses 3 in von dem Schlitz 21 geteilten Einheiten der Bond-Oberflächen 3j das Risiko einer Bruchstelle an dem Ursprung des Schlitzes 21 aufgrund von während des Bondens ausgeübten Vibrationen. Somit wird bevorzugt, dass die mehreren durch den Schlitz 21 geteilten Bond-Oberflächen 3j gleichzeitig gebondet werden. Weiter wird bevorzugt, dass das Vertiefungsteil (insbesondere der Schlitz 21) nur in einer Fläche vorgesehen ist, die auf mindestens zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform weist ein Bond-Ziel (insbesondere ein leitfähiges Muster 52a) und den Elektrodenanschluss 3 auf, der an das Bond-Ziel gebondet ist. Der Elektrodenanschluss 3 und das Bond-Ziel werden durch Ultraschall-Bonden an der Bond-Oberfläche 3j, auf die ein Bonden anzuwenden ist, gebondet. Der Elektrodenanschluss 3 weist ein Eindring-Vertiefungsteil (insbesondere eine Durchgangsbohrung 20) auf, das auf mindestens zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 weist der Elektrodenanschluss 3 die Durchgangsbohrung 20, die im Voraus als das Eindring-Vertiefungsteil so ausgebildet wird, dass sie auf allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschluss 3 umgeben ist, mit dem leitfähigen Muster 52a auf. Somit wird die während des Ultraschall-Bondens aufgebrochene Oxidschicht 30 auf der Oberfläche der Bond-Oberfläche 3j zur Seite auf die Innenseite der Durchgangsbohrung 20 geschoben, ohne dass sie in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j verbleibt. Dies erzielt eine vorteilhafte Bond-Stärke nicht nur auf der äußeren Umfangslinie sondern auch in der Mitte des gebondeten Teils. Insbesondere können der Elektrodenanschluss 3 und das leitfähige Muster 52a fest gebondet werden.
  • Weiter können in der Halbleitervorrichtung 100 der gebondete Teil des Elektrodenanschlusses 3 und des leitfähigen Musters 52a von außen durch die Durchgangsbohrung 20 betrachtet werden. Die Durchgangsbohrung 20 in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j auszubilden, ermöglicht eine Prüfung, um zu sehen, ob eine vorteilhafte Bond-Stärke in der Mitte des gebondeten Teils angesichts einer Beschaffenheit des gebondeten Teils erreicht wurde.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform weist das Vertiefungsteil des Elektrodenanschlusses 3 mindestens eine Durchgangsbohrung 20 auf, die von allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • Die Durchgangsbohrung 20 ist als das Vertiefungsteil in dem Elektrodenanschluss 3 vorgesehen. Somit kann das Vertiefungsteil einfach in dem Schritt des Formens des Vertiefungsteils in dem Elektrodenanschluss 3 geformt werden.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Elektrodenanschluss 3 das Vertiefungsteil nur in einer Fläche vorgesehen auf, die von mindestens zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben sein soll.
  • Wenn das Vertiefungsteil nur in einer Fläche vorgesehen ist, die auf mindestens zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben sein soll, und wenn die Fläche der Bond-Oberfläche 3j größer ist als die Querschnittsfläche des Elektrodenanschlusses 3, kann eine Fläche, in der ein Strom konzentriert fließen soll, selbst um das Vertiefungsteil beseitigt oder verkleinert werden. Das Vertiefungsteil vorzusehen, erzielt eine vorteilhafte Bond-Stärke und ermöglicht eine nach dem Bonden durchzuführende Beschaffenheitsprüfung, um zu sehen, ob eine Mittenfläche des Elektrodenanschlusses 3 gebondet ist. Als eine Folge kann die hochzuverlässige Halbleitervorrichtung 100 für Leistungsanwendungen, die auf einen hohen Strom reagieren kann, erhalten werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform weist weiter den isolierenden Beschichtungsuntergrund 5 mit der isolierenden Platte 51 und das auf der Oberfläche der isolierenden Platte 51 ausgebildete leitfähige Muster 52a auf. Das Bond-Ziel ist das leitfähige Muster 52a.
  • Selbst wenn der Elektrodenanschluss 3 Wärme als Folge eines Stromflusses in dem Elektrodenanschluss 3 erzeugt, sodass eine Beanspruchung wiederholt auf das gebondete Teil ausgeübt wird, macht es ein starkes Bonden zwischen dem Elektrodenanschluss 3 und dem leitfähigen Muster 52a dennoch möglich, die hochzuverlässige Halbleitervorrichtung 100 zu erhalten.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 100 der ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Schritte auf: Formen des Vertiefungsteils durch Vertiefen eines Teils des Elektrodenanschlusses 3; Anbringen des Bond-Ziels an ein Ultraschall-Bond-Gerät; Platzieren des Elektrodenanschlusses 3 mit dem Vertiefungsteil auf dem Bond-Ziel; Steuern, dass ein Ultraschall-Horn 50 des Ultraschall-Bond-Geräts auf dem Elektrodenanschluss 3 auf einer Seite gegenüber der Bond-Oberfläche 3j des Elektrodenanschlusses 3 anliegt und Bonden des Elektrodenanschlusses 3 und des Bond-Ziels durch Ultraschall-Bonden, sodass das Vertiefungsteil auf mindestens zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • In der ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Eindring-Vertiefungsteil im Voraus in einem Teil des zu bondenden Elektrodenanschlusses 3 vorgesehen, bevor der Elektrodenanschluss 3 mit Ultraschall an das Bond-Ziel gebondet wird. Durch Vorsehen des Vertiefungsteils im Voraus wird eine Oxidschicht während des Ultraschall-Bondens zur Seite auf die Innenseite des Vertiefungsteils geschoben. Dies hindert die Oxidschicht daran, auf der Bond-Oberfläche 3j zu verbleiben, wodurch ein festes Bonden ermöglicht wird.
  • Nach dem Ultraschall-Bonden kann der gebondete Teil des Elektrodenanschlusses 3 und des Bond-Ziels von außen durch die Durchgangsbohrung 20 betrachtet werden. Die Durchgangsbohrung 20 in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j auszubilden, ermöglicht eine Prüfung, um zu sehen, ob eine vorteilhafte Bond-Stärke in der Mitte des gebondeten Teils angesichts der Beschaffenheit des gebondeten Teils erreicht wurde.
  • In der Halbleitervorrichtung 100A der ersten Modifikation der ersten bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine Durchgangsbohrung 20 eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 20 auf.
  • Eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 20 in dem Elektrodenanschluss 3 auszubilden, macht es möglich, die Oxidschicht 30 einfach zur Seite zu der Innenseite der Durchgangsbohrungen 20 zu schieben. Eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 20 auszubilden, wird auch insofern bevorzugt, als ein gebondetes Teil, das durch die Durchgangsbohrungen 20 in seiner Beschaffenheit betrachtet werden kann, vergrößert wird.
  • In der Halbleitervorrichtung 100B der Ausführungsform zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der Erfindung weist das Vertiefungsteil des Elektrodenanschlusses 3 mindestens einen Schlitz 21, der auf zwei oder drei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • Einen Schlitz 21 als das Vertiefungsteil zu formen, kann die Bond-Oberfläche 3j teilen. Selbst wenn eine Beanspruchung als eine Folge eines Temperaturzyklus oder von Ähnlichem wiederholt auf das gebondete Teil ausgeübt wird, so dass eine Bruchstelle in einer der Bond-Oberflächen verursacht wird, verhindert somit die andere Bond-Oberfläche 3j in einem gebondeten Zustand, dass sich der Elektrodenanschluss 3 von dem leitfähigen Muster 52a ablöst, wodurch das Bilden eines offenen Schaltkreises verhindert wird. Dies kann eine Ungleichmäßigkeit der Zuverlässigkeit des gesamten gebondeten Teils reduzieren, wodurch die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 100 verbessert wird.
  • Zweite bevorzugte Ausführungsform
  • 7 ist eine Teil-Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform. Die zweite bevorzugte Ausführungsform und die erste bevorzugte Ausführungsform (1 und 2) unterscheiden sich voneinander darin, dass in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Elektrodenanschluss 3 an eine Hauptelektrode (insbesondere die Oberflächenelektrode 2), die auf einer Oberfläche eines Leistungshalbleiterelements 1 geformt ist, anstatt an das leitfähige Muster 52a gebondet zu sein. Wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform ist ein Vertiefungsteil in dem Elektrodenanschluss 3 der Halbleitervorrichtung 200 ausgebildet. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Vertiefungsteil die Durchgangsbohrung 20, die auf allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • In der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die auf der Oberfläche des Halbleiterelements 1 geformte Oberflächenelektrode 2 und der Elektrodenanschluss 3 mit Ultraschall gebondet. Transistoren 10 sind unter der Oberflächenelektrode 2 ausgebildet. Eine Oberfläche des Leistungshalbleiterelements 1 gegenüber der Oberfläche davon, auf der die Oberflächenelektrode 2 ausgebildet ist, ist mit einem Lötmittel auf das leitfähige Muster 52a des isolierenden Beschichtungsuntergrunds 5 gebondet.
  • Das Halbleiterelement 1 ist ein Leistungshalbleiterelement, das einen Inverter oder einen Konverter bildet. Die Halbleitervorrichtung 200 der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird nur benötigt, um mindestens ein oder mehr Halbleiterelemente 1 aufzunehmen. Währenddessen wird bevorzugt, dass die Halbleitervorrichtung 200 einen IGBT oder einen MOSFET aufweist, der antiparallel zu einer Diode verbunden ist. Das Halbleiterelement 1 besteht zum Beispiel aus Si, SiC oder GaN. Währenddessen reduziert eine Verwendung von SiC die Fläche der Oberflächenelektrode 2 relativ zu einem Nennstrom eines Chips im Vergleich zu einer Verwendung von Si. Somit erfordert eine Verwendung von SiC eine Verdrahtungstechnik mit höherer Dichte als eine Verwendung von Si. Aus diesem Grund erzielt in einer SiC verwendenden Leistungshalbleitervorrichtung ein Ultraschall-Bonden des Elektrodenanschlusses 3 an die Oberflächenelektrode 2 den Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein großflächig gebondetes Teil durch ein Bonden effektiver zu bilden. Das Halbleiterelement 1 der zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht aus Si und weist eine Nennspannung und einen Nennstrom von jeweils 1400V und 175A auf. Das Halbleiterelement 1 ist 15 mm x 15 mm groß und 15 mm dick.
  • Die Oberflächenelektrode 2 ist eine Metallschicht zum Verdrahten einer auf der Oberfläche des Halbleiterelements 1 geformten Elektrode. Die Oberflächenelektrode 2 besteht im Allgemeinen aus AI. Alternativ besteht die Oberflächenelektrode 2 zum Beispiel aus einer AI-Legierung, Cu oder einer Cu-Legierung. In einigen Fällen ist die Oberflächenelektrode 2 durch Stapeln von Metallen wie Ti, Mo, Ni und Au gebildet. Alle diese Materialien erzielen vergleichbare Wirkungen. Die Oberflächenelektrode 2 der zweiten bevorzugten Ausführungsform besteht aus AI mit einer Dicke von 0,07 mm.
  • Die Halbleitervorrichtung 200 der zweiten bevorzugten Ausführungsform und eine Halbleitervorrichtung ohne ein Vertiefungsteil in dem Elektrodenanschluss 3 werden verglichen. Wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform durch Bezug auf 3A bis 3C beschrieben, wird, wenn der Elektrodenanschluss 3 ohne ein Vertiefungsteil mit Ultraschall gebondet wird, die Oxidschicht 30 in der Mitte und ihrer Umgebung der Bond-Oberfläche 3j nicht zur Seite auf die Außenseite der Bond-Oberfläche 3j geschoben, sondern sie verbleibt auf der Bond-Oberfläche 3j. Ein Teil der Bond-Oberfläche 3j mit der verbliebenen Oxidschicht 30 bleibt ungebondet. Dieser ungebondete Teil bleibt in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j.
  • In der ersten bevorzugten Ausführungsform wird Wärme, die als Folge eines Stromflusses in dem Elektrodenanschluss 3 von dem Elektrodenanschluss 3 erzeugt wird, zu einem Hauptgrund für Stress, der wiederholt auf ein gebondetes Teil ausgeübt wird. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird als Folge zusätzlich durch das Halbleiterelement 1 erzeugter Wärme größerer Stress als der der ersten bevorzugten Ausführungsform wiederholt auf das gebondete Teil ausgeübt.
  • In der Halbleitervorrichtung ohne ein Vertiefungsteil in dem Elektrodenanschluss 3 sollte, um die während des Ultraschall-Bondens in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j verbleibende Oxidschicht 30 zu reduzieren, die Amplitude der Ultraschallvibrationen, die durch das Ultraschallhorn 50 angelegt werden, während des Bondens erhöht werden. Währenddessen deformiert ein Erhöhen der Amplitude den Elektrodenanschluss 3 und die Oberflächenelektrode 2 als eine Folge von Druck und den durch das Ultraschallhorn 50 angelegten Ultraschallvibrationen beträchtlicher. Dies schiebt die Oberflächenelektrode 2 zusammen mit der Oxidschicht 30 zur Seite, so dass die Transistoren 10, die unter der Oberflächenelektrode 2 ausgebildet sind, zerstört werden. Wenn die Deformierung gravierender wird, kollidiert der Elektrodenanschluss 3 mit dem Halbleiterelement 1, so dass das Halbleiterelement 1 zerstört wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird in der Halbleitervorrichtung 200 der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Durchgangsbohrung 20 im Voraus als ein Vertiefungsteil in einem Teil des Elektrodenanschlusses 3, der an die Oberflächenelektrode 2 gebondet ist, so ausgebildet, dass sie auf allen Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • In der Halbleitervorrichtung 200 der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird der Elektrodenanschluss 3, der die Durchgangsbohrung 20 aufweist, die im Voraus als ein Vertiefungsteil in der Bond-Oberfläche 3j ausgebildet wird, mit Ultraschall an die Oberflächenelektrode 2, die auf der Oberfläche des Leistungshalbleiterelements 1 ausgebildet ist, gebondet. Dies erzielt den Vorteil der ersten bevorzugten Ausführungsform effektiver. Weiter wird eine Deformierung der Oberflächenelektrode 2, die durch Druck und über das Ultraschallhorn 50 angelegte Ultraschallvibrationen verursacht wird, unterbunden, wodurch vorteilhaft verhindert wird, dass die Transistoren 10 und das Leistungshalbleiterelement 1 unter der Oberflächenelektrode 2 zerstört werden.
  • Wirkungen
  • Die Halbleitervorrichtung 200 der zweiten bevorzugten Ausführungsform weist weiter den isolierenden Beschichtungsuntergrund 5 mit der isolierenden Platte 51 und das auf der Oberfläche der isolierenden Platte 51 geformte leitfähige Muster 52a und das mit dem leitfähigen Muster 52a verbundene Halbleiterelement 1 auf. Ein Bond-Ziel ist die Hauptelektrode (insbesondere die Oberflächenelektrode 2) des Halbleiterelements 1.
  • Selbst wenn die Amplitude des Ultraschallhorns 50 klein ist, bleibt die Oxidschicht 30 auf der Bond-Oberfläche 3j nicht in der Mitte eines gebondeten Teils sondern wird während des Ultraschall-Bondens zur Seite auf die Innenseite des Vertiefungsteils (insbesondere der Durchgangsbohrung 20) geschoben. Insbesondere kann eine vorteilhafte Bond-Stärke nicht nur auf der äußeren Umfangslinie sondern auch in der Mitte der Bond-Oberfläche 3j erreicht werden. Die zweite bevorzugte Ausführungsform kann eine Deformierung der Oberflächenelektrode 2, die durch Druck und über das Ultraschallhorn 50 angelegte Ultraschallvibrationen verursacht wird, unterbinden. Die zweite bevorzugte Ausführungsform kann auch verhindern, dass die Transistoren 10 und das Leistungshalbleiterelement 1 unter der Oberflächenelektrode 2 zerstört werden.
  • Zusammengefasst weist eine Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung ein Bond-Ziel und einen mit dem Bond-Ziel verbundenen Elektrodenanschluss 3 auf. Der Elektrodenanschluss 3 und das Bond-Ziel werden durch Ultraschall-Bonden an einer Bond-Oberfläche 3j verbunden, die einem Bonden auszusetzen ist. Der Elektrodenanschluss 3 weist ein Eindring-Vertiefungsteil auf, das auf mindestens zwei Seiten von der Bond-Oberfläche 3j umgeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterelement
    2
    Oberflächenelektrode
    3
    Elektrodenanschluss
    3j
    Bond-Oberfläche
    3r
    Anschluss-Biegeteil
    5
    Beschichtungsuntergrund
    6
    Wärmeableitungsteil
    8
    Lötmittel
    10
    Halbleitervorrichtung
    20
    Durchgangsbohrung
    21
    Schlitz
    30
    Oxidschicht
    50
    Ultraschallhorn
    51
    isolierende Platte
    52a
    leitfähiges Muster
    52b
    leitfähiges Muster
    100
    Halbleitervorrichtung

Claims (5)

  1. Halbleitervorrichtung (100), aufweisend: - ein Bond-Ziel; und - einen Elektrodenanschluss (3), der an das Bond-Ziel gebondet ist, wobei: - der Elektrodenanschluss (3) und das Bond-Ziel durch Ultraschall-Bonden an einer Bond-Oberfläche (3j), die dem Bonden auszusetzen ist, gebondet werden, - der Elektrodenanschluss (3) ein Durchdringungs-Vertiefungsteil mit mindestens einer freibleibenden Durchgangsbohrung (20) aufweist, das an allen Seiten von der Bond-Oberfläche (3j) umgeben ist, und - die mindestens eine Durchgangsbohrung (20) ein Ausmaß aufweist, welches gleich der Dicke des Elektrodenanschlusses (3) oder größer ist.
  2. Halbleitervorrichtung (100A) gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine Durchgangsbohrung (20) eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen aufweist.
  3. Halbleitervorrichtung (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, weiter aufweisend einen isolierenden Beschichtungsuntergrund (5) mit einer isolierenden Platte (51) und einem leitfähigen Muster (52a), das auf einer Oberfläche der isolierenden Platte (51) ausgebildet ist, wobei das Bond-Ziel das leitfähige Muster ist.
  4. Halbleitervorrichtung (200) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, weiter aufweisend: - einen isolierenden Beschichtungsuntergrund (5) mit einer isolierenden Platte (51) und einem leitfähigen Muster (52a), das auf einer Oberfläche der isolierenden Platte (51) ausgebildet ist; und - ein Halbleiterelement (1), das mit dem leifähigen Muster (52a) verbunden ist, wobei das Bond-Ziel eine Hauptelektrode des Halbleiterelements (1) ist.
  5. Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das die Schritte aufweist: - Ausbilden des Durchdringungs-Vertiefungsteils durch Vertiefen eines Teils des Elektrodenanschlusses (3); - Anbringen des Bond-Ziels an einer Ultraschall-Bond-Maschine; - Platzieren des Elektrodenanschlusses (3) mit dem Durchdringungs-Vertiefungsteil auf dem Bond-Ziel; und - Veranlassen, dass ein Horn (50) der Ultraschall-Bond-Maschine auf dem Elektrodenanschluss (3) auf einer Seite gegenüber der Bond-Oberfläche (3j) des Elektrodenanschlusses (3) anliegt, und Bonden des Elektrodenanschlusses (3) und des Bond-Ziels durch Ultraschall-Bonden, so dass das Durchdringungs-Vertiefungsteil an allen Seiten von der Bond-Oberfläche (3j) umgeben ist.
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