Właściwości elektryczne i mechaniczne metalizacji kontaktowych Ni i Ti oraz wytworzonych na nich połączeń drutowych do n-SiC

• Autorzy: Kisiel R. , Guziewicz M.

Warianty tytułu

EN

Electrical and mechanical properties of Ni and Ti ohmic contact metallizations and wire bonding connections onto n-SiC

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Węglik krzemu (SiC) stał się obiektem szczególnego zainteresowania głównie tam, gdzie wymaganiom wysokotemperaturowym nie może sprostać krzem [1]. Półprzewodnikowe przyrządy mocy oparte na węgliku krzemu stają się handlowo dostępne do zastosowań wysokomocowych i wysokotemperaturowych, ale nie przekraczających 250 C. Niezawodność przyrządów z SiC jest ograniczona z jednej strony stabilnością termiczną kontaktów omowych wytworzonych w SiC [2], z drugiej strony materiałami stosowanymi do połączeń struktury SiC z podłożem, a także materiałami i technologiami użytymi do wykonania połączeń elektrycznych obszarów aktywnych struktury z wyprowadzeniami obudowy i samymi materiałami stosowanymi na obudowy przyrządów [3-6]. W celu wykorzystania specyficznych zalet oferowanych przez przyrządy SiC, niezbędnym staje się opanowanie technologii niezawodnych kontaktów omowych oraz opracowanie wysokotemperaturowych materiałów do połączenia z podłożem, zastosowanie odpowiednich technologii montażu oraz technologii zamykania tych przyrządów w obudowy. W artykule [7] przedstawiono rozwiązania, jakie można zastosować do wykonania połączeń ciepIno-mechaniczno-elektrycznych miedzy strukturą SiC, a podłożem z ceramiki alundowej lub z azotku glinu.

EN

Unique properties of SiC lead this semiconductor for applications in new electronic devices operating at high temperatures, high power and high frequencies. There are a few problems related to the production of high temperature SiC devices. Developing of reliable ohmic contacts to SiC structure as well as a wire connection between the SiC ohmic contact and package leads are the serious tasks for today. The stability of Ni and Ti Au ohmic contacts onto n-SiC as well as the electrical and mechanical properties of Au and Al wire connection onto metallic contacts of n-SiC were investigated. The ohmic contact to n-SiC was formed by rapid thermal annealing of Ti film and Au metallization has been applied to form electrical connections using Au wire bonds. Long-term tests of the connections we re performed in air at 400 C. Evaluation of electrical parameters as well as morphology and structure of the Al metallization onto Ti or Ni based ohmic contacts and with Al wire bonding electrical connections show good stability after ageing at 400 C & 300 h. For SiC structures with Au metallization and Au wire bonding only Ti based ohmic contacts fulfilI thermal stability requirements.

Słowa kluczowe

PL

węglik krzemu; kontakty omowe; połączenia drutowe Al oraz Au

EN

silicon carbide; ohmic contacts; Al and Au wire bonding

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 50, nr 6
• Strony: 26--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., wykr., tab., il.

Twórcy

autor

Kisiel R.

autor

Guziewicz M.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Bibliografia

• [1] Tsuyoshi Funaki et all.: Power Conversion with SiC Devices at Extremely High Ambient Temperature. IEEE Transaction on Power Electronics. vol. 22, no 4, July 2007.
• [2] Gottfried K., Fritsche H. et all.: A High Temperature Stable Metallization Scheme for SiC Technology Operating at 400°C. MATERIALS Science Forum. vol. 264-268, 1998, pp. 795-798.
• [3] Cappola L., Huff D. et all.: Survey on High Temperature Packaging Materials for SiC Based Power Electronics Modules. IEEE. 2007, pp. 2234-22-39.
• [4] Johnson R., Palmer M., Vang C., Liu.: Packaging Materials and Approaches for High Temperatures SiC Power Devices. Advances Microelectronics, vol. 31. no 1. Jan. 2004, pp. 8-11.
• [5] Mustain H. A., Lostetter A. B., Brown W. D.: Evaluation of Gold and Aluminium Wire Bond Performance for High Temperature Silicon Carbide Power Modules. Electronic Components and Technology, ECTC, May 2005, pp.1623-1628.
• [6] Kiran Vanan, Fred Barlow: High Temperature SiC Packaging for Power Electronics Applications. Proc. of XXXI Conf. IMAPS-Poland. Krasiczyn. Sept. 2007, pp. 111-117.
• [7] Szczepański Z., Kisiel R.: „Problemy montażu struktur SiC stosowanych w elektronice wysokich temperatur i dużych mocy” Elektronika, vol. XLIX nr 7-8/2008, ss. 19-24.
• [8] Szczepański Z., Kisiel R.: SiC Die Connections for High Temperature Applications. 32nd International IMAPS-IEEE CPMT Poland Conference, Warszawa-Pułtusk, 21-24 September 2008, fuli paper CD version, ISBN 978-83-917701-6-0, 6 stron.
• [9] Szmidt J., Kisiel R., Szczepański Z.: Ohmic Contacts and Interconnections for High Temperatures SiC Devices. Proceed. of XXX Intern. Confer. IMAPS-Poland. Kraków 2006, pp. 111-117.
• [10] Crofton J., McMullin P. G., Williams J. R., Bozak M. J.: High temperature ohmic contact to n-type 6H-SiC using nickel J. Appl. Phys. 77 (3) (1995) 1317-1319.
• [11] Marinova Ts., Kakanakova-Georgieva A., Krastev V., Kakanakov R., Neshev M., Kassamakova L., Noblanc O., Arnodo C., Cassette S., Brylinski C., Pecz B., Radnoczi G., Vincze Gy.: Nickel based ohmic contacts on SiC. Mater. Sci. Eng. B46 (1997) 176-179.
• [12] Gasser S., Bachli A., Garland C., Kolawa E., Nicolet M.-A.: Reaction of thin films with (001) 3C-SiC at 700°C. Microelectron. Eng. 37:38 (1997) 529-534.
• [13] Rastegaeva M. G., Andreev A. N., Zelenin V. V., Babanin A. I., Nikitina I. P., Chelnokov V. E., Rastegaev V. P.: Nickel-based metallization in processes of the 6H-SiC device fabrication: Ohmic contacts, masking and packaging. Inst. Phys. Conf. Ser. no 142, IOP Publishing, Bristol, 1996, pp. 581-584.
• [14] Hallin C., Yakimova R., Krastev V., Marinova Ts., Janzen E.: Interface chemistry and electrical properties of annealed Ni and Ni: AI-6H SiC structures, Inst. Phys. Cont. Ser. no. 142, IOP Publishing, Bristol, 1996, pp. 601-604.
• [15] Goesmann F., Schmid-Fetzer R.: Metals on 6H-SiC: Contact formation from the materials science point of view. Mater. Sci. Eng. B46 (1997) 357-362.
• [16] Roccaforte F., La Via F., Raineri V.: Int. J. of High Speed Electronics and Systems 15 (4) (2005) 781-820.
• [17] Kuchuka A. V., Guziewicz M., Ratajczak R., Wzorek M., Kladko V. P., Piotrowska A.: Long-term stability of Ni-silicide ohmic contact to n-type 4H-SiC. Microelectronic Engineering 85, (2008) 2142-2145.
• [18] Makharti A., La Via F., Raineri V., Calcagno L., Frisina F.: Structural characterization of Ti - SiC reaction. Microelectr. Eng. 55 (2001) 375-381.
• [19] Wakelkamp W. J. J., Van Loo F. J. J., Metselaar R.: Phase relations in the Ti-Si-C system. J. Eur. Ceram. Soc. 8 (1991) 135-139.
• [20] Goesmann F., Schmid-Fetzer R.: Temperature-dependent interface reactions and electrical contact properties of titanium on 6H-SiC. Semicond. Sci. Technol. 10 (1995) 1652-1658.
• [21] Kisiel R., Guziewicz M.: High Temperature Applications of Al Wire Connection to SiC Structures. Proceedings of ISSE 2008, 7-11 May, Budapeszt, Hungary, ISBN 978-963-06-4915-5, pp. 266-270.
• [22] Guziewicz M., Kisiel R., Piotrowska A., Kamińska E., Kuchuk A., Ratajczak R., Stonert A., Paszkowicz W.: Characterization of Tibased Ohmic Contacts compatible with Al wire Bonding for High Power SiC Oevices. 9th International Workshop on Expert Evaluation & Control of Compound Semiconductor Materials & Technologies, 1-4 th June 2008, EXMATEC 2008, Łódź, Poland, ISBN 978-83-915220-1-1, pp. 59-60.