JP2003243585A - チップ型半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

チップ型半導体素子およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Al−Si合金による熱緩衝板の接合を安定
させ、外部電極とのはんだ接合の強度を確保する熱応力
緩衝板とチップ型半導体素子およびその製造方法の提
案。 【解決手段】 WやMoのような熱応力緩衝板の片面に
は第1層にTi膜、第2層にNi膜からなる積層膜を、
反対面には第1層にAl膜もしくはAl−Si合金膜、
第2層にはAg膜からなる積層膜を電子線真空蒸着もし
くはスパッタリングにより形成した構造であって、主電
極にAl膜もしくはAl−Si合金膜の形成された半導
体素子とこの前記熱応力緩衝板とをAl−Si合金板を
介して接合する製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チップ型半導体素
子とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のチップ型半導体素子は、
リードフレームとのダイスボンディングやMoのような
熱応力緩衝板を取り付ける際、高温はんだを用いてい
る。この高温はんだはPbを90%以上含有しており、
融点が約300℃である。しかし近年、たとえば200
1年4月家電リサイクル法の施行や2008年「廃電子
機器」に関する欧州議会指令が施行されるなど、地球環
境保護推進を目的として環境負荷物質であるPbの使用
削減や全廃が市場要求となっている。そのため、従来の
はんだに変わるろう材を検討することが必要となり、そ
のろう材としてPbを含有しないPbフリーはんだやA
u−Sn合金板やAl−Si合金板が提案されている。
前記Pbフリーはんだは未だ実用には至っておらず、ま
たAu−Sn合金板は高価であるため大量生産品には適
さず、次にAl−Si合金板は融点が577℃と高温と
なるため素子特性の性能低下が憂慮される。
【0003】このような状況の中で、Pbを含有しない
Pbフリーのチップ型半導体素子を製造するためには、
AlとSiの共晶組成からなる合金板(ろう材)を用い
たチップ型半導体素子の製造方法特願2000−397
699号が挙げられる。
【0004】特願2000−397699号によるチッ
プ型半導体素子の構造断面図を図4に示す。これは「複
数のN層とP層で構成され、その角部がパッシベーショ
ン膜で被覆されてなる半導体素子本体10の、先ず片面
にAlを蒸着して主電極12及びゲート電極11を形成
し、次にもう一方の面にAlを蒸着して主電極13を形
成した後、両方の主電極に、それぞれAlとSiからな
る合金板20、21を介し、かつそれぞれMoからなる
熱応力緩衝板30、31のそれぞれ片面にAlを蒸着し
て形成したAl膜50、51を介して、580℃ないし
630℃の温度範囲の不活性または還元性雰囲気中で、
熱応力緩衝板を接着するチップ型半導体素子の製造方
法」である。熱応力緩衝板30、31のAl層との反対
側にはユーザーでの外部電極とのはんだ付けのために、
Ni層3、4を蒸着により形成してある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような特願200
0−397699号により製造したチップ型半導体素子
は、580℃から630℃での接合を可能としている
が、600℃以下での接合では、接合のばらつきに注意
する必要があった。特に、Al−Si合金板とAl膜を
形成した熱応力緩衝板との接合にばらつきが生じやす
い。ばらつきをなくすために十分な余裕を持って接合処
理を行うには、処理温度を上げればよいが、これでは素
子の特性劣化が起こるため、できるだけ避けたい。また
一方で、Mo板にNi膜を形成する際、元々のMo板に
生じていた酸化膜物等の汚染によって、Mo板とNi膜
との密着性が不十分となることがあった。そのため初期
の密着性にもばらつきが生じ、たとえ良い場合でも、5
80℃から630℃での接合処理後、Mo板と外部電極
をはんだ接合した場合に、はんだ接合部の強度が不足
し、剥がれてしまうことがあった。
【0006】そこで、本発明では、Al−Si合金板と
Al膜を形成した熱応力緩衝板との接合の処理温度を上
げることなく、それによって素子の耐圧特性劣化の程度
を少なくし、熱応力緩衝板の接合のばらつきを抑え、か
つ外部電極とのはんだ接合部の強度不足を解消する方法
を提案することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のチップ型半導体素子は、複数のN層とP層で
構成され、その角部がパッシベーション膜で被覆されて
なる半導体素子本体とWやMoからなる熱応力緩衝板が
Al−Si合金膜を介して接合されたチップ型半導体素
子において、前記熱応力緩衝板の前記Al−Si合金膜
と接合する側の面に前記熱応力緩衝板から順にAl膜、
Ag膜を積層して形成し、前記熱応力緩衝板のもう一方
の面には前記熱応力緩衝板から順にTi膜、Ni膜を積
層して形成し、反対面には第1層にAl膜、第2層には
Ag膜の積層膜が形成されたチップ型半導体素子であ
る。これによれば、Al−Si合金板とAl膜を形成し
た熱応力緩衝板との接合の処理温度を上げることなく、
それによって素子の耐圧特性劣化を防ぎ、熱応力緩衝板
の接合のばらつきを抑え、かつ外部電極とのはんだ接合
部の強度不足を解消したチップ型半導体素子である。
【0008】次に、本発明の製造方法は、複数のN層と
P層で構成され、その角部がパッシベーション膜で被覆
されてなる半導体素子本体とWやMoからなる熱応力緩
衝板がAl−Si合金膜を介して接合されたチップ型半
導体素子において、前記熱応力緩衝板の前記Al−Si
合金膜と接合する側の面に前記熱応力緩衝板から順にA
l膜、Ag膜を積層して形成し、前記熱応力緩衝板のも
う一方の面には前記熱応力緩衝板から順にTi膜、Ni
膜を積層して形成し、反対面には第1層にAl膜、第2
層にはAg膜の積層膜を形成した面を介して、580℃
〜630℃の還元性ないしは不活性雰囲気下で接合する
チップ型半導体素子の製造方法である。これによれば、
Al−Si合金板とAl膜を形成した熱応力緩衝板との
接合の処理温度を上げることなく、それによって素子の
耐圧特性劣化を防ぎ、熱応力緩衝板の接合のばらつきを
抑え、かつ外部電極とのはんだ接合部の強度不足を解消
したチップ型半導体素子を製造することが可能である。
【0009】さらに、本発明の製造方法は、熱応力緩衝
板の片面には150℃〜250℃で加熱しながら第1層
に0.04〜0.1μmのTi膜、第2層に3μm以上
のNi膜からなる積層膜を電子線真空蒸着もしくはスパ
ッタリングにより形成し、反対面には第1層に2〜10
μmのAl膜、第2層に0.1〜0.5μmのAg膜か
らなる積層膜を、電子線真空蒸着もしくはスパッタリン
グにより形成するチップ型半導体素子の製造方法であ
る。これによれば、Al−Si合金板とAl膜を形成し
た熱応力緩衝板との接合の処理温度を上げることなく、
それによって素子の耐圧特性劣化を防ぎ、熱応力緩衝板
の接合のばらつきを抑え、かつ外部電極とのはんだ接合
部の強度不足を解消したチップ型半導体素子を製造する
ことが可能である。
【0010】できるだけ処理温度を上げることなく、そ
れによって素子の耐圧特性の劣化を防止し、熱応力緩衝
板の接合のばらつきを抑え、かつ外部電極とのはんだ接
合部の強度不足を解消したチップ型半導体素子を製造す
ることが可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図1を用いて詳しく説明する。
【0012】図1は、本発明の実施の形態におけるチッ
プ型半導体素子に係るトライアック(3端子双方向性サ
イリスタ)の構造断面図である。
【0013】図1において、10は複数のN層とP層で
構成され、その角部がパッシベーション膜15で被覆さ
れてなる半導体素子本体、11はAl膜もしくはAl−
Si合金膜とMo膜とNi膜の3層より積層してなるゲ
ート電極、12はAl膜もしくはAl−Si合金膜から
なる主電極、13は反対面のAl膜もしくはAl−Si
合金膜からなる主電極である。熱応力緩衝板30、31
の片面にはAl膜もしくはAl−Si合金膜50、51
とAg膜40、41が積層され、反対面にはTi膜3、
4とNi膜5、6が積層される構成である。これによれ
ば、Al−Si合金板20、21とAl膜を形成した熱
応力緩衝板との接合の処理温度を上げることなく、それ
によって素子の耐圧特性劣化を防ぎ、熱応力緩衝板の接
合のばらつきを抑え、かつ外部電極とのはんだ接合部の
強度不足を解消したチップ型半導体素子となる。
【0014】本実施の形態では、Si半導体素子本体1
0のサイズが9.2mm角で厚さ360μm、Al膜もし
くはAl−Si合金膜からなる電極12、13の厚みは
2〜10μmである。
【0015】図2は、本発明の実施の形態におけるチッ
プ型半導体素子の製造方法の工程図である。
【0016】図2において、製造過程を説明すると (1)まず、熱応力緩衝板30、31の片面にAl膜も
しくはAl−Si合金膜50、51をその厚みが2〜1
0μmとなるように形成し、その上にAg膜40、41
をその厚みが0.1〜0.5μmとなるように順次電子
線真空蒸着もしくはスパッタリングして積層する。
【0017】(2)次に、反対面に、150℃から25
0℃で加熱しながら、Ti膜3、4をその厚みが0.0
4〜0.1μmとなるように形成し、その上にNi膜
5、6をその厚みが3μm以上となるように順次電子線
真空蒸着もしくはスパッタリングして積層する。
【0018】なお、(1)と(2)は逆に行っても良
い。
【0019】(3)このようにして作成した熱応力緩衝
板30、31のAg膜を形成した面とチップ型半導体素
子10のAl膜もしくはAl−Si合金膜からなる主電
極ととをAl−Si合金板を介して接合するように構成
されたものである。これによれば、Al−Si合金板と
Al膜を形成した熱応力緩衝板との接合の処理温度を上
げることなく、それによって素子の耐圧特性劣化を防
ぎ、熱応力緩衝板の接合のばらつきを抑え、かつ外部電
極とのはんだ接合部の強度不足を解消したチップ型半導
体素子を製造することが可能である。というものであ
る。
【0020】また、AlとSiからなる合金の比率は8
8%Al−12%Siで、電子線真空蒸着もしくはスパ
ッタリングにより形成する。
【0021】なおまた、以上の説明ではチップ型半導体
素子本体にトライアックで構成したものを示したが、図
3に示したようなサイリスタについても同様に実施可能
である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、チ
ップ型半導体素子の耐圧特性劣化を防ぎ、熱応力緩衝板
の接合のばらつきを抑え、かつ熱応力緩衝板と外部電極
とのはんだ接合においても、はんだ接合部の十分な強度
を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるチップ型半導体素
子に係るトライアック(3端子双方向性サイリスタ)の
構造断面図
【図2】同チップ型半導体素子の製造方法の工程図
【図3】本発明の他の実施の形態におけるチップ型半導
体素子に係わるサイリスタ(3端子一方向性サイリス
タ)の構造断面図
【図4】既に提案されたチップ型半導体素子に係わるト
ライアックの構造断面図
【符号の説明】
3、4 Ti膜 5、6 Ni膜 10 半導体素子本体 12 Al膜からなる主電極 11 Al膜からなるゲート電極 13 Al膜からなる主電極 15 パッシベーション膜 20、21 Al−Si合金板 30、31 緩衝板 40、41 Ag膜 50、51 Al膜もしくはAl−Si合金膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のN層とP層で構成され、その角部
    がパッシベーション膜で被覆されてなる半導体素子本体
    とWやMoからなる熱応力緩衝板がAl−Si合金膜を
    介して接合されたチップ型半導体素子において、前記熱
    応力緩衝板の前記Al−Si合金膜と接合する側の面に
    前記熱応力緩衝板から順にAl膜、Ag膜を積層して形
    成し、前記熱応力緩衝板のもう一方の面には前記熱応力
    緩衝板から順にTi膜、Ni膜を積層して形成し、反対
    面には第1層にAl膜、第2層にはAg膜の積層膜が形
    成されたことを特徴とするチップ型半導体素子。
  2. 【請求項2】 複数のN層とP層で構成され、その角部
    がパッシベーション膜で被覆されてなる半導体素子本体
    とWやMoからなる熱応力緩衝板がAl−Si合金膜を
    介して接合されたチップ型半導体素子において、前記熱
    応力緩衝板の前記Al−Si合金膜と接合する側の面に
    前記熱応力緩衝板から順にAl膜、Ag膜を積層して形
    成し、前記熱応力緩衝板のもう一方の面には前記熱応力
    緩衝板から順にTi膜、Ni膜を積層して形成し、反対
    面には第1層にAl膜、第2層にはAg膜の積層膜を形
    成した面を介して、580℃〜630℃の還元性ないし
    は不活性雰囲気下で接合したことを特徴とするチップ型
    半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 熱応力緩衝板の片面には150℃〜25
    0℃で加熱しながら第1層にTi膜、第2層にNi膜か
    らなる積層膜を電子線真空蒸着もしくはスパッタリング
    により形成し、反対面には第1層にAl膜、第2層には
    Ag膜からなる積層膜を、電子線真空蒸着もしくはスパ
    ッタリングにより形成することを特徴とするチップ型半
    導体素子の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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