JP2000340685A - ガラスシール電子部品 - Google Patents

ガラスシール電子部品

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JP2000340685A
JP2000340685A JP14776499A JP14776499A JP2000340685A JP 2000340685 A JP2000340685 A JP 2000340685A JP 14776499 A JP14776499 A JP 14776499A JP 14776499 A JP14776499 A JP 14776499A JP 2000340685 A JP2000340685 A JP 2000340685A
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JP
Japan
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glass
semiconductor layer
electrode
diode
electronic component
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JP14776499A
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Kozo Matsuo
浩三 松尾
Hironobu Kawachi
宏信 河内
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイグレーションの発生を抑制することので
きるガラスシールダイオードを提供する。 【解決手段】 半導体層6と、これの表面に形成された
表面電極7と、半導体層6の裏面に形成された裏面電極
8とを有するダイオードチップ1がガラス3によってシ
ールされたガラスシールダイオードであって、裏面電極
8は、水の存在によるイオン化のしにくい金属材料によ
って形成された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体チップが
ガラスによって封止されたガラスシール電子部品に関す
る。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、スイッチングダイオードや整流ダイオードには、
ダイオードチップがガラスによって封止されたガラスシ
ールダイオードが用いられている。ガラスシールダイオ
ードの構造の一例を、図3に示す。このガラスシールダ
イオードは、ダイオードチップ1が2個のデュメット2
に挟み込まれ、ダイオードチップ1および各デュメット
2が略円筒形状のガラス3によって封止された構成とさ
れている。各デュメット2の端面には、アノード側リー
ド線4およびカソード側リード線5がそれぞれ接続され
ている。
【0003】ダイオードチップ1は、pn接合を有する
半導体層6の表面に、Agからなる表面電極(バンプ)
7が形成され、上記半導体層6の裏面に、Agからなる
裏面電極8が形成されている。
【0004】ここで、表面電極7および裏面電極8にA
gが用いられる理由としては、Agは酸化しにくいこ
と、他の金属に対して比較的軟質であり、電気抵抗率が
小さいことなどが挙げられる。すなわち、ダイオードチ
ップ1およびデュメット2をガラス3でシールする場
合、約600℃の温度で加熱するが、この加熱によりガ
ラス3は膨張、収縮する。その収縮に対する緩衝材とな
るものとしてAgが好適だからである。また、裏面電極
8側では、デュメット2の表面に形成される凹凸による
接触抵抗を抑える必要があり、そのために軟質金属であ
り、電気抵抗率が小さいAgが適当である。
【0005】ところで、上記ガラスシールダイオードに
おいて、たとえば、ガラス3やデュメット2に微細な隙
間や孔があったり、ガラス3のシールが十分でなかった
りした場合、ガラスシールダイオード内に水分が侵入す
るときがある。そして、この水分が結露した状態で、ア
ノード、カソード間に逆電圧が印加されると、アノー
ド、カソード間が短絡するに至る現象、いわゆるマイグ
レーションが発生することがある。
【0006】この現象は、従来、半導体層6の表面に形
成された表面電極7におけるAgによるものと考えられ
ていたが、本願発明者らの実験研究により、半導体層6
の裏面に形成された裏面電極8におけるAgによるもの
であることがわかった。
【0007】図4は、Agによるマイグレーションの発
生を検証するための実験装置の構成を示す図である。同
図によると、アルミニウム箔Fを敷いたSUS製のステ
ージS上に、ダイオードチップ1を載置し、ダイオード
チップ1の周囲を超純水あるいは市水で浸す。表面電極
7にプローブPをあてて、表面電極7、ステージS間に
5Vの直流逆電圧を4分間、印加する。
【0008】上記実験方法において、裏面電極8が形成
されたダイオードチップ1と、裏面電極8が形成されて
いないダイオードチップ1とについて実験を行ったとこ
ろ、前者では、マイグレーションが発生したことを確認
し、後者では、マイグレーションが発生しなかったこと
を確認した。
【0009】このようなAgによるマイグレーション
は、以下のような発生形態で生ずることが考えられる。
すなわち、ガラスシールダイオード内の水分が結露した
状態で、数ボルトの逆電圧が印加されると、ダイオード
チップ1のカソード側である裏面電極8では、(1)〜(3)
式に示すような化学反応が生じ、Agがイオン化され
る。
【0010】
【数1】
【数2】
【数3】
【0011】すなわち、カソード側では、裏面電極8の
Agと水酸化イオンとが反応し、水AgOH(水酸化
銀)が生成される。このAgOHは、(2)式に示すよう
に、コロイド状のAg2 O(酸化銀)を生成したり、
(3)式に示すように、イオン化されたAgを生成する。
【0012】イオン化されたAgは、結露した水分中を
移動し、ダイオードチップ1のアノード側である表面電
極7に達する。そして、表面電極7では、(4)式に示す
ような化学反応(還元反応)が生じ、ダイオードチップ
1の表面にAgが析出する。
【0013】
【数4】
【0014】この析出したAgによりダイオードチップ
1に導電経路が生じ、これにより、アノード、カソード
間が短絡するに至る。このように、ガラスシールダイオ
ードにおいて、ダイオードチップ1の裏面電極8をAg
によって形成すると、Agによるマイグレーションが発
生することがあった。
【0015】
【発明の開示】本願発明は、上記した事情のもとで考え
出されたものであって、マイグレーションの発生を抑制
することのできるガラスシール電子部品を提供すること
を、その課題とする。
【0016】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。
【0017】本願発明の第1の側面におけるガラスシー
ル電子部品によれば、半導体層と、これの表面に形成さ
れた表面電極と、半導体層の裏面に形成された裏面電極
とを有する半導体チップがガラスによってシールされた
ガラスシール電子部品であって、裏面電極は、水の存在
によるイオン化のしにくい金属材料によって形成された
ことを特徴とする。上記裏面電極の金属材料としては、
Au、Al、PtまたはAu合金などが好適に使用され
る。
【0018】本願発明によれば、半導体チップの裏面電
極が、水の存在によるイオン化のしにくい、Auなどの
金属材料によって形成されているので、たとえば、ガラ
スシール電子部品としてのガラスシールダイオード内が
結露した状態で、ガラスシールダイオードに逆電圧が印
加されても、裏面電極の金属のイオン化が抑えられ、マ
イグレーションを抑制することができる。
【0019】本願発明の好ましい実施の形態によれば、
半導体層と裏面電極との間に、半導体層の材料が合金化
するのを阻止するためのバリヤ層が介在される。このバ
リヤ層の金属材料としては、たとえば、Ni、Tiまた
はCrなどの高融点金属からなる。
【0020】この構成によれば、半導体層と裏面電極と
の間には、高融点金属からなり、半導体層の材料が合金
化するのを阻止するためのバリヤ層が介在されるので、
ガラスを封入する際の高熱によって半導体層の材料が合
金化するのを防止でき、電子部品、たとえば、ダイオー
ドの品質を充分に維持することができる。
【0021】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【0023】本願発明に係るガラスシール電子部品とし
てのガラスシールダイオードは、従来の技術の欄で説明
したガラスシールダイオードの構造と基本的に同様であ
るので、ここでは、再び、図3を参照して、ガラスシー
ルダイオードの構造の一例を説明する。
【0024】このガラスシールダイオードは、ダイオー
ドチップ1と、ダイオードチップ1を挟み込んだ2個の
デュメット2と、デュメット2の外周面を覆うように、
ダイオードチップ1および各デュメット2をシールする
略円筒状のガラス3とによって構成される。2個のデュ
メット2のうち、一方のデュメット2にはアノード側リ
ード線4が溶接されて接続され、他方のデュメット2に
はカソード側リード線5が溶接されて接続されている。
【0025】デュメット2は、例えば、Fe−Ni合金
の表面をCuで被覆されて構成されている。各デュメッ
ト2は、後述するダイオードチップ1の表面電極または
裏面電極に対して適当な接触圧が加えられて各電極に接
続されている。
【0026】図1は、ダイオードチップ1の構造を示す
図である。ダイオードチップ1は、半導体層6と、半導
体層6の表面に形成された表面電極7と、半導体層6の
裏面に形成された裏面電極8と、半導体層6および裏面
電極8の間に介装されて形成されたバリヤ層9とによっ
て構成されている。
【0027】半導体層6は、n型Si基板に不純物が拡
散されてp型半導体層が形成されたもので、両者により
pn接合が形成されている。
【0028】表面電極7は、半導体層6の表面にめっき
などによってバンプにして形成され、酸化しにくく、ガ
ラス3のシール時におけるガラス3の収縮に対して緩衝
の機能を果たす金属材料によって形成されている。上記
金属材料としては、例えば、Agが適用されるが、これ
に限るものではない。
【0029】裏面電極8は、半導体層6の裏面に蒸着等
によって形成され、Au、Al、またはPtなどが適用
される。また、これらの金属に代わり、Au−Siなど
のAu合金が適用されてもよい。これらの金属および合
金は、水が存在してもイオン化されにくいといった特徴
がある。また、Auなどは、比較的軟質であることか
ら、デュメット2の表面の凹凸に対する接触抵抗を抑え
るのに都合がよい。なお、裏面電極8に適用される金属
材料は、上記の条件に適合する金属または合金であるな
らば、これらに限るものではない。
【0030】バリヤ層9は、裏面電極8に用いられた金
属材料による半導体層6の合金化を阻止するためのもの
である。バリヤ層9に好適な金属材料としては、ガラス
3のシール時における高温下でも支障のない、例えば、
Ni、TiまたはCrなどの高融点金属、あるいはCr
−Niの合金が適用される。
【0031】なお、裏面電極8およびバリヤ層9の金属
材料を上記のように組み合わせて、従来の技術の欄で示
した実験構成により、マイグレーションの発生の有無を
実験したところ、マイグレーションは発生しなかったこ
とが確認されている。
【0032】このように、ダイオードチップ1の裏面電
極8に、Auなどのイオン化しにくい金属材料を用いる
ことにより、ガラスシールダイオード内で水分が結露し
た状態で逆電圧が印加されても、Agのようにイオン化
して水分中を移動し、アノード、カソード間を短絡させ
るといったマイグレーションを発生させることがない。
そのため、スイッチングや整流といったガラスシールダ
イオードとしての機能を良好に実現することができ、品
質がより向上されたガラスシールダイオードを提供する
ことができる。
【0033】しかも、半導体層6と裏面電極8との間に
は、バリヤ層9が形成されているため、裏面電極8にA
uなどを用いても、半導体層6の材料が合金化するのを
抑制することができ、品質の向上により一層寄与するこ
とができる。
【0034】次に、本ガラスシールダイオードの製造方
法について、図2を参照して説明する。まず、シリコン
ウェハとしてのn型Si基板11の表面を熱酸化して、
SiO2 層12を形成する。フォトエッチングによりS
iO2 層12に開口窓を形成し、この開口窓を通じて熱
拡散によりp型不純物を拡散させ、p型半導体層13を
形成する。この場合、n型シリコン基板11、SiO2
層12、およびp型半導体層13が上記半導体層6に対
応する。
【0035】続いて、半導体層6の表面にAgなどのめ
っきを行い、表面電極7を形成する。次いで、半導体層
6の裏面にスパッタリングあるいは真空蒸着法などによ
り、厚みが約0. 3μmの、Tiからなるバリヤ層9を
形成する。さらに、バリヤ層9の表面に、スパッタリン
グなどにより、厚みが約1. 0μmの、Auからなる裏
面電極8を形成する。そして、シリコンウェハをダイシ
ングなどにより所定の大きさにカットし、ダイオードチ
ップ1を得る。
【0036】このようにして製作されたダイオードチッ
プ1を略円筒形状のガラス3内に、2個のデュメット2
の端面で互いに挟み込むようにして保持する。そして、
一方あるいは双方のデュメット2に外側から軸方向に対
して押圧力を加えることにより、各デュメット2の端面
とダイオードチップ1との接触圧を適当な大きさに維持
しながら、ガラス3を加圧および加熱(約600℃)す
る。これにより、ガラス3とデュメット2の外周面とが
密着してシールされ、ガラスシールダイオードを得る。
【0037】このように、本実施形態におけるガラスシ
ールダイオードにおいては、従来のガラスシールダイオ
ードと同様の工程で製作できるので、製作コストをアッ
プさせるようなことはない。
【0038】もちろん、この発明の範囲は上述した実施
の形態に限定されるものではない。上記実施形態では、
半導体層6の裏面は、裏面電極8、バリヤ層9の2層構
造としたが、たとえば、3層以上の構成にされてもよ
い。
【0039】また、上記半導体層の構成は、ガラスシー
ルダイオードに限らず、トランジスタなどの他の電子部
品に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係るガラスシールダイオードに適用
されるダイオードチップの構造を示す図である。
【図2】ダイオードチップの詳細構造を示す図である。
【図3】ガラスシールダイオードの構造を示す図であ
る。
【図4】マイグレーションの発生を検証するための実験
装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 ダイオードチップ 3 ガラス 6 半導体層 7 表面電極 8 裏面電極 9 バリヤ層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体層と、これの表面に形成された表
    面電極と、前記半導体層の裏面に形成された裏面電極と
    を有する半導体チップがガラスによってシールされたガ
    ラスシール電子部品であって、 前記裏面電極は、水の存在によるイオン化のしにくい金
    属材料によって形成されたことを特徴とする、ガラスシ
    ール電子部品。
  2. 【請求項2】 前記裏面電極は、Au、Al、Ptまた
    はAu合金からなる、請求項1に記載のガラスシール電
    子部品。
  3. 【請求項3】 前記半導体層と前記裏面電極との間に、
    前記半導体層の材料が合金化するのを阻止するためのバ
    リヤ層が介在される、請求項1または2に記載のガラス
    シール電子部品。
  4. 【請求項4】 前記バリヤ層は、高融点金属からなる、
    請求項3に記載のガラスシール電子部品。
JP14776499A 1999-05-27 1999-05-27 ガラスシール電子部品 Pending JP2000340685A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010171365A (ja) * 2008-12-26 2010-08-05 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
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