JP4724355B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ガラス封止型の半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平6−112386号公報には、内部リードとして使用されるジュメット線に外部リードとして使用されるCP線を接合したスラグリードを2本用意し、2本のスラグリードのジュメット線のそれぞれをガラス材からなる円筒状の封止体(ガラススリーブ)の円筒内に両端部側から挿入し、ジュメット線および封止体で形成されるキャビティ内に単一のダイオード素子を封止したダイオード部品に関する技術が記載されている(特許文献1参照)。特開平7−45244号公報には、ガラス封止における加熱による心線の軟化を防止するためのジュメット線としてビッカース硬度がHv150−170の範囲にある心線のNi−Fe系の47重量%で、被覆層として銅を13〜28%の割合で含む無酸素銅でなり、表面に酸化銅が形成されているジュメット線の技術が記載されている(特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−112386号公報
【特許文献2】
特開平7−45244号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者の検討によれば、ガラス封止型の半導体装置では、ガラス封止の温度が高いと、種々の不具合が生じることが分かった。例えば、ガラス封止型ショットキバリアダイオードでは、ガラス封止の際にショットキバリアダイオード素子内の金属電極とシリコンの半導体領域とが反応してシリサイド層を形成し、逆方向のリーク電流を増加させる恐れがある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる。また、PN接合を利用したスイッチングダイオードやツェナーダイオードなどでも、ガラス封止温度が高いと、圧縮または引張り応力が増加して、封止されたダイオード素子とジュメット電極との間の電気的接続の信頼性が低下する恐れがある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる。
【0005】
このため、ガラス封止型の半導体装置では、ガラス封止温度をできるだけ低くすることが望まれる。しかしながら、低融点ガラスを用いてガラス封止温度を下げると、ガラスと内部電極としてのジュメット線との間の接着性が低下することが分かった。これは、ガラス封止型の半導体装置の信頼性の低下を招く恐れがあり、製造歩留まりを低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる。
【0006】
本発明の目的は、信頼性を向上できる半導体装置を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、製造コストを低減できる半導体装置を提供することにある。
【0008】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0010】
本発明の半導体装置は、銅を主成分とする層(銅層)の比率が20重量%以上であるジュメット線を用いてガラス封止型の半導体装置を形成したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【0012】
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【0013】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【0014】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【0015】
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0016】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。
【0017】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置を図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施の形態である半導体装置の構造を示す断面図である。
【0019】
図1に示される半導体装置1は、ガラス封止型の半導体装置であり、例えばガラス封止型ダイオードである。図1に示されるように、半導体装置1は、ジュメット線(デュメット線)からなる電極、すなわちジュメット電極(デュメット電極)2,3と、ガラス封止体(ガラス管、ガラススリーブ)4と、ジュメット電極2,3およびガラス封止体4からなるキャビティ5内に密封(封入、気密封止)された半導体素子(半導体チップ)6とを有している。
【0020】
ガラス封止体4は管状(筒状)の形状を有している。ジュメット電極2とジュメット電極3とは、半導体素子6を介して対向して配置されている。ジュメット電極2,3とそれらの間に挟まれた半導体素子6とが、管状のガラス封止体4内に挿入され、ガラス封止工程での加熱によってガラス封止体4がジュメット電極2,3の外周面に融着されている。従って、ジュメット電極2、半導体素子6およびジュメット電極3がガラス封止体4によって封止されている。
【0021】
半導体素子6は、例えばショットキバリアダイオード(ショットキダイオード)素子などのダイオード素子であり、カソードおよびアノードの一方がジュメット電極2に電気的に接続され、カソードおよびアノードの他方がジュメット電極3に電気的に接続されている。半導体素子6は、一方の主面(表面)に例えば銀(Ag)などからなるバンプ電極7aがカソードまたはアノード側の一方の電極として形成され、他の主面(裏面)に裏面電極7bがカソードまたはアノード側の他方の電極として形成されており、半導体素子6のバンプ電極7aがジュメット電極3に電気的に接続され、半導体素子6の裏面電極7bがジュメット電極2に電気的に接続されている。
【0022】
ジュメット電極2には外部リード8が接続され、ジュメット電極3には外部リード9が接続されている。外部リード8,9は例えば銅と鉄を主成分とする芯線からなる。上記のように、ジュメット電極2,3は、ガラス封止体4内で半導体素子6(のバンプ電極7aおよび裏面電極7b)に接続されており、半導体装置1の内部電極(内部リード、内部端子)として機能することができる。外部リード8,9はガラス封止体4から露出されており、半導体装置1の外部電極(外部端子)として機能することができる。例えば半導体装置1を図示しない配線基板へ実装する際に、外部リード8,9は配線基板上の配線パターンなどに半田などを用いて接続される。
【0023】
図2は、ジュメット電極2,3の断面図である。ジュメット電極2およびジュメット電極3は円柱状の形状を有しており、互いにほぼ同じ形状および構成を有している。なお、図2の断面図は、図1のA−A線に沿ったジュメット電極2の断面に対応し、ジュメット電極3の断面も図2と同様である。
【0024】
ジュメット電極2,3は、ジュメット線からなり、例えば比較的長いジュメット線を所定の長さに切断したものである。図2に示されるように、ジュメット電極2,3は、円柱状の芯部(心材、芯材、芯線)11と、芯部11の外周(側面)に形成された被覆層(銅層12)とを有している。ジュメット電極2,3の芯部11は、例えば、鉄とニッケルとを主成分とする合金(鉄ニッケル(鉄−ニッケル)合金)などのニッケル含有合金からなる。ジュメット電極2,3は、芯部11の被覆層として、銅を主成分とする層、すなわち銅層12を有している。なお、本実施の形態においては、銅層12は、銅を主成分とする層であり、不純物などとして銅以外の成分を若干含有する場合なども含むものとする。また、銅層12の外表面には、亜酸化銅(Cu2O)などからなる酸化銅層14が形成されている。本実施の形態では、後述するように、ジュメット線からなるジュメット電極2およびジュメット電極3のそれぞれは、銅層12の比率が20重量%以上である。
【0025】
半導体素子6は、ジュメット電極2の芯部11上に配置されている。熱膨張係数が比較的近い芯部11上に半導体素子6を配置していることなどにより、半導体素子6とジュメット電極2,3との間の電気的接続の信頼性が向上される。また、芯部11の外周に被覆層として銅層12を形成していることにより、ジュメット電極2,3とガラス材料(ガラス封止体4)の熱膨張率が整合され、ガラス封止が容易になり、ガラス封止後の冷却時にガラス(ガラス封止体4)にクラックが発生するのを防止できる。また、最外層に酸化銅層14を形成していることにより、電極2,3とガラス封止体4との間の接着強度をより向上することができる。例えば、ガラス封止の際にガラス封止体4とともに酸化銅層14も溶融して両者が混じりあい、その後冷却されることにより、ジュメット電極2,3とガラス封止体4との間の接着強度をより向上することができる。
【0026】
次に、半導体装置1の製造工程について説明する。まず、半導体素子(半導体チップ)6の製造工程について説明する。図3〜図6は、半導体素子6の製造工程中の要部断面図である。
【0027】
まず、図3に示されるように、n型の導電型を有する不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P))が高濃度(例えば1×1020個/cm3程度)に導入(ドーピング)されたn+型シリコンからなる半導体基板(半導体ウエハ)21を用意する。それから、気相成長法(エピタキシャル成長法)を用いて半導体基板21上にn型の導電型を有するエピタキシャル層(エピタキシャルシリコン層)22を形成する。エピタキシャル層22には、n型の導電型を有する不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P))が導入(ドーピング)されている。エピタキシャル層22の膜厚は、例えば数μm程度であり、エピタキシャル層22に含まれるn型の不純物濃度は、例えば1×1015個/cm3程度である。
【0028】
次に、熱酸化法などを用いてエピタキシャル層22の表面に酸化シリコン膜23を形成する。それから、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて酸化シリコン膜23上にPSG(Phospho Silicate Glass)膜24を堆積する。これにより、酸化シリコン膜23およびPSG膜24からなる表面保護膜25を形成する。このようにして、図3の構造が得られる。
【0029】
次に、図4に示されるように、フォトリソグラフィ技術により形成された図示しないフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて表面保護膜25をドライエッチングし、エピタキシャル層22に達する開口部26を形成する。また、開口部26の底面積(底面形状)は必要に応じて選択できるが、例えば直径数μm〜数十μm程度の平面円形などとすることができる。
【0030】
次に、図5に示されるように、開口部26の内部を含む表面保護膜5上に、例えばタングステン(W)などからなる金属膜27を形成する。金属膜27は、例えばスパッタリング法などを用いて形成することができる。金属膜27の形成法として、CVD法なども可能である。金属膜27の材料は、形成すべきショットキバリアの大きさに応じた仕事関数を有する金属材料を選択することができ、上記タングステン(W)以外にも、例えばチタン(Ti)、クロム(Cr)、銀(Ag)またはパラジウム(Pd)などを用いることができる。金属膜27の成膜温度は、例えば200〜300℃程度である。
【0031】
それから、熱処理を行って、金属膜27とエピタキシャル層22とを反応させ、金属膜27とエピタキシャル層22との界面に薄いシリサイド(タングステンシリサイド)層28を形成する。このシリサイド化のための熱処理は、例えば400〜600℃程度の温度で行うことができ、熱処理の温度を高くすれば、シリサイド化を促進してシリサイド層28の膜厚を厚くすることができる。シリサイド化が進みすぎると(シリサイド層28が厚くなりすぎると)、形成されるショットキダイオードの逆方向の電流(リーク電流)が大きくなり、シリサイド化が少なすぎても(シリサイド層28が薄すぎても)、形成されるショットキダイオードの逆方向の電流(リーク電流)が大きくなる。このため、要求されるダイオード特性に応じてシリサイド化のための熱処理温度を設定して、シリサイド化の程度(シリサイド層28の厚み)を調節し、製造されるダイオードの特性を所望の値に調整することができる。なお、金属膜27の底部のシリサイド化の反応は、上記シリサイド化のための熱処理工程以外でも、比較的高い温度で行われる各種工程、例えば金属膜27や他の材料膜の成膜工程などにおいても生じ得る。
【0032】
次に、フォトリソグラフィ技術により形成された図示しないフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、金属膜27をパターニングする。
【0033】
次に、金属膜27上を含む表面保護膜25上に、例えばクロム(Cr)などからなる金属膜29を形成する。金属膜29は、例えばスパッタリング法などを用いて形成される。金属膜29の他の材料として、アルミニウム(Al)などを用いることもできる。金属膜29の成膜温度は、例えば200〜300℃程度である。それから、フォトリソグラフィ技術により形成された図示しないフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いたドライエッチングにより、金属膜29をパターニングする。これにより、金属膜27および金属膜29からなり、開口部26の底部にてエピタキシャル層22と接触する金属電極(アノード電極)30が形成される。不要であれば、金属膜29の形成を省略することもできる。金属電極30(の金属膜27)とエピタキシャル層22との間には、両者の仕事関数の差などに起因して、ショットキバリア(ショットキ接合)が形成される。このようにして、図5の構造が得られる。
【0034】
次に、図6に示されるように、半導体基板21上に窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を順次堆積することによって表面最終保護膜31を形成する。それから、フォトリソグラフィ技術により形成された図示しないフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いて表面最終保護膜31をドライエッチングすることにより、金属電極30に達する開口部32を形成する。
【0035】
次に、半導体基板21上に例えばチタン(Ti)膜およびニッケル(Ni)膜を下層から順次蒸着することなどにより、バンプ電極用下地膜33を形成する。この際、ニッケル膜の代わりにパラジウム(Pd)膜などを蒸着してもよい。それから、バンプ電極用下地膜33上にフォトレジスト膜(図示は省略)を塗布し、フォトリソグラフィ技術によってそのフォトレジスト膜にバンプ電極形成領域に対応する開口部を設ける。そして、例えばめっき法によりニッケル(Ni)膜、銅(Cu)膜または銀(Ag)膜などをそのバンプ電極形成領域に堆積することによって、バンプ電極34(上記バンプ電極7aに対応)を形成する。その後、バンプ電極34の形成に用いたフォトレジスト膜を除去した後、例えば水酸化カリウム溶液またはヨウ化アンモニウム溶液を用いたウエットエッチングにより、バンプ電極34の下部のバンプ電極用下地膜33を残し、それ以外のバンプ電極用下地膜33を除去する。このようにして、開口部32から露出する金属電極30上に、バンプ電極34を形成する。金属電極30上のバンプ電極34の厚み(高さ)t1は、例えば25μm程度である。
【0036】
次に、必要に応じて半導体基板21の裏面を研削して薄くする。それから、半導体基板21の裏面をウェットエッチングした後、半導体基板21を洗浄する。その後、例えばスパッタリング法などを用いて半導体基板21の裏面に導電材料(金属材料)を堆積することにより、裏面電極(カソード電極、上記裏面電極7bに対応)35を形成する。裏面電極35は、例えば銀(Ag)膜からなる。裏面電極35の成膜温度は、例えば200〜300℃程度である。その後、必要に応じて半導体基板21が切断(ダイシング)され、個片の半導体素子(半導体チップ)に分離されて、ショットキバリアダイオード(Schottky barrier diode)素子としての半導体素子(半導体チップ)6が形成される。
【0037】
このようにして製造された半導体素子6を用いて、半導体装置1が次のようにして製造される。図7〜図9は、半導体装置1の製造工程の説明図(断面図)である。
【0038】
まず、ジュメット電極2,3形成用の比較的長いジュメット線を、例えばダイヤモンドカッタなどを用いて所定の長さに切断して、ジュメット電極2,3を形成する。従って、ジュメット電極2,3はジュメット線からなり、円柱状の形状を有する。それから、外部リード8をジュメット電極2の端面(片面、切断面、平坦面)の中心位置またはその近傍に接続(溶接)し、外部リード9をジュメット電極3の端面(片面、切断面)の中心位置またはその近傍に接続(溶接)する。例えばアーク溶接法またはスポット溶接法などにより、外部リード8,9をジュメット電極2,3に接続(溶接)することができる。また、ジュメット電極2,3形成用のジュメット線の断面に外部リード8(外部リード9)を接続(溶接)した後に、ジュメット線を切断して、外部リード8(外部リード9)が接続(溶接)されたジュメット電極2(ジュメット電極3)を形成することもできる。
【0039】
次に、組立用治具41を用いてガラス封止を行う。図7に示されるように、組立用治具41の上面には、複数の円形の溝(孔)42が格子状に設けられている。溝42は、組立用治具41の上面に形成された相対的に大きな直径を有する溝(孔)42aと、溝42aの底部に形成された相対的に小さな直径を有する溝(孔)42bとからなる。上記のように外部リード8を接続したジュメット電極2を、組立用治具41の各溝42内に、ジュメット電極2側を上に(外部リード8側を下に)向けて挿入(投入)する。溝42bの直径をジュメット電極2の直径よりも小さく、外部リード8の直径よりも大きくしておくことで、外部リード8だけが溝42bに挿入され、ジュメット電極2は溝42aの底部に固定される。
【0040】
次に、ガラス封止体4となるガラス管(ガラススリーブ)4aを組立用治具41の溝42(溝42a)内に投入(挿入)して、ガラス管4aの孔内にジュメット電極2を嵌め合わせる。あるいは、組立用治具41の溝42内に先にガラス管4aを投入した後に、溝42(溝42a)内に外部リード8を接続したジュメット電極2を投入し、ガラス管4aの孔内にジュメット電極2を嵌め合わせてもよい。
【0041】
次に、図8に示されるように、組立用治具41の溝42(溝42a)内に、上記のようにして製造された半導体素子6を投入する。これにより、半導体素子6が、ガラス管4aの孔内のジュメット電極2上に配置される。この際、半導体素子6の上面(バンプ電極7a(バンプ電極34)形成側の面)または下面(裏面電極7b(裏面電極35)形成側の面)のいずれが上方を向いていもよい。それから、図9に示されるように、組立用治具41の溝42(溝42a)内に、外部リード9を接続したジュメット電極3を、ジュメット電極3側を下に(外部リード9側を上に)向けて挿入(投入)する。これにより、ジュメット電極3はガラス管4aの孔内に嵌め合わされる。半導体素子6は、ジュメット電極2,3により挟まれる。そして、必要に応じて図示しない加圧器具を用いてジュメット電極3に対して荷重をかけ、半導体素子6に対してジュメット電極2,3を押圧した状態とする。
【0042】
次に、図9のようにジュメット電極2,3、半導体素子6およびガラス管4aをセットした組立用治具41を図示しないガラス封止用の加熱装置(加熱炉)に投入し、所定の温度に加熱する。これにより、ガラス管4aが溶融して、ガラス管4aがジュメット電極2,3の外周面に融着する。加熱の後、冷却(徐冷)されて、ガラス管4aが硬化してガラス封止体4となる。これにより、各部材が固定され、図1の半導体装置1が製造される。ガラス封止体4とジュメット電極2,3の外周とが接着(融着、封着)されるので、ジュメット電極2とジュメット電極3との間に位置する半導体素子6は気密封止される。製造された半導体装置1は、組立用治具41から取り出され、半導体装置1の極性を調べるための試験が行われて半導体装置1のアノード側とカソード側とが判別され、必要に応じてマーキングが行われる。また、半導体装置1の配線基板への実装工程では、外部リード8,9が配線基板の配線パターンに半田などを介して接続される。
【0043】
図10は、ガラス封止体4(ガラス管4a)に用いたガラスの特性を示す説明図(表)である。図10では、軟化点(ガラス軟化点、軟化温度)が相対的に高いガラス材料G1と、軟化点(ガラス軟化点、軟化温度)が相対的に低いガラス材料(低融点ガラス)G2とが示されている。ガラス材料G1と比較して、ガラス材料G2は軟化点が低いので、封止温度(封着温度、ガラス封止時の温度、ガラス封止時の炉の温度)を低くすることができる。
【0044】
上記のように、ガラス封止工程では、加熱によりガラス封止体4(ガラス管4a)をジュメット電極2,3の外周面に融着させる。このときの加熱により、半導体素子6の金属電極30の金属膜27とエピタキシャル層22とが反応してシリサイド化が促進され、シリサイド層28の厚みが厚くなる恐れがある。このシリサイド化の促進は、ショットキバリアダイオードとしての半導体素子6の逆方向の電流(リーク電流)を増加させるように作用する。このため、金属膜27形成後に行う金属膜27下部のシリサイド化のための熱処理工程において、要求されるダイオード特性に応じて熱処理温度を設定し、シリサイド化の程度(シリサイド層28の厚み)を調節していたとしても、ガラス封止工程での加熱により、金属膜27のシリサイド化が促進され、ダイオード特性が要求値からはずれてしまう恐れがある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる可能性がある。このため、ガラス封止の温度をできるだけ低温にすることが好ましい。
【0045】
また、ガラス封止温度が高いと、圧縮または引張り応力が増加して、半導体素子6とジュメット電極2,3との接着性(電気的接続の信頼性)が低下する恐れがある。この半導体素子6とジュメット電極2,3との電気的接続の信頼性の低下は、半導体素子6が、ショットキバリアダイオード素子である場合だけでなく、ショットキバリアを形成する金属電極を使用しないPN接合型のダイオード素子(例えばPNスイッチングダイオードやツェナーダイオードなど)である場合にも生じ得る。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させ、半導体装置の製造コストを増大させる可能性がある。このため、ガラス封止の温度をできるだけ低温にすることが好ましい。
【0046】
しかしながら、本発明者の検討によれば、低融点ガラス(または軟化点が低いガラス)を用いてガラス封止温度を下げると、ガラス封止体(ガラス管)とジュメット電極との間の接着性が低下する恐れがあることが分かった。これは、ガラス封止体とジュメット電極(ジュメット線)との間の引張り強度を低下させ、半導体装置の製造歩留まりの低下や製造コストの増大を招く恐れがある。
【0047】
図11は、本実施の形態の半導体装置1で用いられたジュメット電極2,3の銅層12の比率および芯部11のニッケル(Ni)含有率(ニッケル比、ニッケル含有量)を示す説明図(表)である。図11には、本実施の形態のジュメット電極2,3だけでなく、比較例としてのジュメット電極(ジュメット線)DCEも載せてある。
【0048】
図11に示されるように、本実施の形態の半導体装置1においては、使用するジュメット電極2およびジュメット電極3は、銅層12の比率が(各ジュメット電極2,3に対して)20重量%以上である。本発明者の検討によれば、ジュメット電極2,3の銅層12のジュメット電極2,3に占める割合(比率)を調整することで、ガラス封止体4(ガラス管4a)の材料として比較的低融点(低軟化点)のガラスを用いてガラス封止温度を下げても、ガラス封止体4と電極2,3との間の接着性を向上し、引張り強度を向上できることが分かった。本実施の形態では、ジュメット電極2,3の銅層12の比率は20重量%以上であるが、ジュメット電極2,3の銅層12の比率が、20〜25重量%の範囲内であればより好ましく、21〜24重量%の範囲内であれば更に好ましい。換言すれば、本実施の形態では、銅層12の比率が20重量%以上であるジュメット線を用いてジュメット電極2,3を形成し、より好ましくは銅層12の比率が20〜25重量%のジュメット線を用いてジュメット電極2,3を形成し、更に好ましくは銅層12の比率が21〜24重量%のジュメット線を用いてジュメット電極2,3を形成する。また、銅層12の厚みt2が、半導体素子6のバンプ電極34(バンプ電極7a)の厚み(高さ)t1よりも厚ければ、より好ましい。
【0049】
図12は、ジュメット電極2,3の代わりに図11に示されるような比較例のジュメット電極DCEを用いた半導体装置(ガラス封止型ダイオード)の引張り強度試験の結果を示すグラフである。図12のグラフでは、ガラス封止体4(ガラス管4a)として図10のガラス材料G1を用いた場合とガラス材料G2を用いた場合とが示されている。引張り強度試験では、外部リード8(または外部リード9)に荷重を加え、どの程度の荷重を印加したときに不良(ガラス封止体4とジュメット電極DCEとの剥離など)が生じるかを、複数のサンプル(半導体装置)に対して測定している。図12の横軸は、引張り荷重(arbitrary unit:任意単位)に対応し、図12の縦軸は、不良サンプルの累積確率に対応する。
【0050】
図12に示されるように、軟化点が相対的に高いガラス材料G1を用いて相対的に高い封止温度でガラス封止を行って半導体装置(ガラス封止型ダイオード)を製造すると(図12の白丸に対応)、ガラス封止体4とジュメット電極DCEとの間の接着性は比較的よく、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合は比較的小さい。しかしながら、軟化点が相対的に低い(低融点の)ガラス材料G2を用いて相対的に低い封止温度でガラス封止を行って半導体装置(ガラス封止型ダイオード)を製造すると(図12の白四角に対応)、ガラス封止体4とジュメット電極DCEとの間の接着性が低下し、比較的低い引張り荷重でも不良が生じてしまう割合が増大する。これは、半導体装置(ガラス封止型ダイオード)の信頼性を低下させ、半導体装置の製造歩留まりを低減させる。
【0051】
図13は、本実施の形態のジュメット電極2,3を用いた半導体装置1の引張り強度試験の結果を示すグラフである。図13のグラフでは、ガラス封止体4(ガラス管4a)として軟化点が比較的低い(低融点の)ガラス材料G2を用いた場合が示されている。また、図13のグラフでは、ジュメット電極2,3の銅層12の比率を20〜21重量%とした場合と、21〜24重量%とした場合と、24〜25重量%とした場合とが示されている。引張り強度試験では、外部リード8(または外部リード9)に荷重を加え、どの程度の荷重を印加したときに不良(ガラス封止体4とジュメット電極2,3との剥離など)が生じるかを、複数のサンプル(半導体装置1)に対して測定した。図13の横軸は、引張り荷重(arbitrary unit:任意単位)に対応し、図13の縦軸は、不良サンプルの累積確率に対応する。
【0052】
図13に示されるように、ジュメット電極DCEよりも銅層12の割合を増加させた本実施の形態のジュメット電極2,3を用いることで、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性(接着強度)を向上し、引張り強度を向上して、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合を小さくすることができる。このようなガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性向上の効果は、ジュメット電極2,3の銅層12の比率を、各ジュメット電極2,3の20重量%以上とすることで得ることができる。
【0053】
これにより、ガラス封止体4(ガラス管4a)の材料として、軟化点が比較的低い(低融点の)ガラス(例えばガラス材料G2)を用いてガラス封止温度を下げても、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性を向上でき、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の引張り強度を向上できる。このため、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合を比較的小さくすることができる。従って、半導体装置1の信頼性を向上し、半導体装置1の製造歩留まりを向上できる。半導体装置1の製造コストも低減できる。また、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性(接着強度)を向上できるので、半導体素子6のバンプ電極7aや裏面電極7bとジュメット電極2,3との間の接触状態が改善される。このため、半導体素子6のバンプ電極7aや面電極7bとジュメット電極2,3との接触面積を小さくすることも可能であり、半導体素子6または半導体装置1の小型化が容易になる。更に、サージ試験においても、オープン不良率を低減できる。
【0054】
各ジュメット電極2,3の銅層12の比率は、各ジュメット電極2,3の20〜25重量%の範囲内であればより好ましく、21〜24重量%の範囲内であれば更に好ましい。これにより、図13からも分かるように、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性(接着強度)をより向上し、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の引張り強度をより向上して、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合をより小さくすることが可能となる。このため、半導体装置1の信頼性をより向上することができる。
【0055】
また、本発明者の検討によれば、ガラス封止体4(ガラス管4a)の材料として、軟化点が比較的低い(低融点の)ガラス(例えばガラス材料G2)を用いてガラス封止温度を下げたことにより、ガラス封止工程中に半導体素子6の金属電極30(の金属膜27)がシリサイド化するのを抑制または防止でき、半導体素子6の特性が変化(変動)するのを抑制または防止できることが確認された。これにより、製造された半導体装置1の電気的特性が安定化され、軟化点が比較的高いガラス(例えばガラス材料G1)を用いた場合と比べて、半導体装置の製造歩留まりが著しく向上することが確認された。
【0056】
また、本発明者の検討によれば、各ジュメット電極2,3の芯部11のニッケル含有率(ニッケル比、ニッケル含有量)は45重量%以下にすることが好ましく、図11に示されるように芯部11のニッケル含有率を41〜43重量%にすればより好ましい。ジュメット電極2,3の芯部11のニッケル含有率を上記のような値とすることで、軟化点が比較的低い(低融点の)ガラス材料(例えばガラス材料G2)を用いてガラス封止温度を下げたときの、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性(接着強度)をより向上することができる。このため、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の引張り強度をより向上し、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合をより小さくすることが可能となる。従って、半導体装置1の信頼性をより向上することができる。
【0057】
また、本発明者は、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性と、ジュメット電極2,3における酸化銅層14の厚みとの関連性についても検討した。図14は、ジュメット電極2,3における酸化銅層14の厚みを変えた場合の半導体装置1の引張り強度試験の結果を示すグラフである。図14のグラフでは、ガラス封止体4(ガラス管4a)として軟化点が比較的低い(低融点の)ガラス材料G2を用い、ジュメット電極2,3の酸化銅層14の厚みを1.0〜1.2μmとした場合と、酸化銅層14の厚みを1.5μmとした場合と、酸化銅層14の厚みを1.6〜1.8μmとした場合とが示されている。なお、本実施の形態では、ジュメット電極2,3の酸化銅層14の厚みは、ガラス封止工程前の状態における酸化銅層14の厚みのことをいう。図14の横軸は、引張り荷重(arbitrary unit:任意単位)に対応し、図14の縦軸は、不良サンプルの累積確率に対応する。
【0058】
図14から分かるように、各ジュメット電極2,3の酸化銅層14の厚みを1.5μm以下にすることで、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性(接着強度)を向上し、引張り強度を向上して、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合をより小さくすることができる。これにより、ガラス封止体4(ガラス管4a)の材料として、軟化点が比較的低い(低融点の)ガラス材料(例えばガラス材料G2)を用いてガラス封止温度を下げても、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性を向上でき、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の引張り強度を向上し、低い引張り荷重で不良が生じてしまう割合をより小さくすることができる。従って、半導体装置1の信頼性をより向上し、半導体装置1の製造歩留まりをより向上できる。半導体装置1の製造コストも低減できる。
【0059】
本実施の形態では、上記のように、銅層12の比率が20重量%以上、より好ましくは20〜25重量%、更に好ましくは21〜24重量%であるジュメット電極2およびジュメット電極3を用い、ガラス封止型の半導体装置1を製造している。このようなジュメット電極2,3を用いることで、ガラス封止体4の材料として、軟化点が低い(低融点の)ガラス材料を用いてガラス封止温度を下げたとしても、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性が低下しない。このため、半導体装置の信頼性を向上できるとともに、ガラス封止体4(ガラス管4a)として使用可能なガラス材料の軟化点の範囲が拡大し、ガラス材料の選択の幅が広くなる。このため、半導体装置の製造工程の自由度が増大し、半導体装置の製造が容易となる。半導体装置の製造コストの低減も可能となる。
【0060】
また、本実施の形態では、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性を確保できるので、軟化点が低い(低融点の)ガラス材料(例えば上記ガラス材料G2など)を用いてガラス封止温度を下げることが可能である。例えば、ガラス封止工程でのガラス封止体4(ガラス管4a)の封止温度を、金属膜27(金属電極30)のシリサイド化(すなわち金属膜27とエピタキシャル層22との反応)が促進されない温度とすればより好ましい。また、ガラス封止体4の封止温度(封着温度)を630℃以下(炉の設定温度)とすればより好ましく、620℃以下とすれば更に好ましい。あるいは、ガラス封止体4(ガラス管4a)の軟化点(ガラス軟化点)が560℃以下であればより好ましく、552℃以下であれば更に好ましい。軟化点が低い(低融点の)ガラス材料を用い、ガラス封止温度を低くすることにより、ガラス封止工程において、半導体素子6の金属電極30の金属膜27がエピタキシャル層22と反応してシリサイド化するのを、抑制または防止することができる。このため、半導体素子6の製造後に、半導体素子6の特性(例えば順または逆方向電流特性などの電気的特性)が変化(変動)するのを抑制または防止することができる。従って、所望の特性を有するガラス封止型の半導体装置(ショットキバリアダイオード)を歩留まりよく安定して製造することが可能となる。半導体装置の製造コストも低減できる。ガラス封止工程における封止温度は、半導体素子6の形成工程中に半導体基板21(金属膜27)がさらされる温度に比べて相対的に高いので、ガラス封止型の半導体装置(ショットキバリアダイオード)の電気的特性の安定化には、ガラス封止温度を低くすることが極めて有効である。
【0061】
また、金属膜27(金属電極30)のシリサイド化(エピタキシャル層22との反応)は、金属膜27がタングステンなどからなる場合に促進されやすい(比較的低温でも反応しやすい)。このため、ガラス封止温度を引き下げることができなければ、金属膜27(金属電極30)の材料として、シリサイド化されにくい金属材料しか選択できなくなる。本実施の形態では、ガラス封止の温度を下げてもガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性を確保できるので、低い温度でもガラス封止を行うことが可能となり、シリサイド化が促進されやすいタングステンなどの金属材料をショットキバリアダイオードの金属電極30(金属膜27)の材料として用いることが可能となる。このため、ショットキバリアダイオードの金属電極30(金属膜27)の材料の選択の幅が広がり、種々の特性の半導体装置(ショットキバリアダイオード)を製造することが可能となる。
【0062】
また、ガラス封止温度が高いと、圧縮または引張り応力が増加して、半導体素子6とジュメット電極2,3との接着性(電気的接続の信頼性)が低下する恐れがあるが、本実施の形態では、軟化点が低い(低融点の)ガラス材料を用いてガラス封止温度を下げることが可能となるので、半導体素子6とジュメット電極2,3との電気的接続の信頼性を向上することができる。
【0063】
また、本実施の形態では、ガラス封止体4とジュメット電極2,3との間の接着性の確保(向上)と、半導体装置の特性(電気的特性)の変動防止や半導体素子6とジュメット電極2,3との電気的接続の信頼性の確保(向上)とを両立することが可能となる。
【0064】
また、上記実施の形態では、ガラス封止体4(ガラス管4a)の材料として、図10に示されるような鉛を含有する鉛ガラスを用いている。他の形態として、鉛を含有しないガラス(鉛フリーガラス)をガラス封止体4(ガラス管4a)の材料として用いることもできる。これにより、鉛による汚染などを防止できる。また、半導体装置の製造がより容易となる。
【0065】
(実施の形態2)
上記実施の形態1では、半導体装置1内にガラス封止された半導体素子6としてショトッキバリアダイオード素子を用いている。本実施の形態では、半導体素子6の代わりにショトッキバリアダイオード素子以外のダイオード素子、例えばPN接合を利用したダイオード素子からなる半導体素子(半導体チップ)を用いる。
【0066】
図15〜図18は、本実施の形態の半導体装置で用いられる半導体素子(半導体チップ)6aの製造工程中の要部断面図である。
【0067】
まず、図15に示されるように、n型の導電型を有する不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P))が高濃度に導入(ドーピング)されたn+型シリコンからなる半導体基板(半導体ウエハ)51を用意する。それから、気相成長法(エピタキシャル成長法)を用いて半導体基板51上にn-型の導電型を有するエピタキシャル層(エピタキシャルシリコン層)52を形成する。エピタキシャル層52には、n型の導電型を有する不純物(例えばヒ素(As)またはリン(P))が導入(ドーピング)されている。エピタキシャル層52の膜厚は、例えば数μm〜十数μm程度である。
【0068】
次に、熱酸化法などを用いてエピタキシャル層52の表面に酸化シリコン膜53を形成する。
【0069】
次に、図16に示されるように、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて酸化シリコン膜53を選択的に除去して、エピタキシャル層52に達する開口部54を形成する。その後、酸化シリコン膜53をマスクとし、イオン注入法などを用いて、エピタキシャル層52に、p型の導電型を有する不純物(例えばホウ素(B))を導入し、必要に応じて熱処理を施す。これにより、p型拡散層(p型不純物拡散層、p型半導体領域)55を形成する。このようにして、p型拡散層55とn型のエピタキシャル層52とによるPN(P/N)接合が形成される。
【0070】
次に、図17に示されるように、熱酸化法を用いて、p型拡散層55の露出した表面に酸化膜56を形成する。それから、半導体基板51上に酸化シリコン(SiO2)膜を堆積し、その酸化シリコン膜の表面に例えばCVD法によりPSG(Phospho Silicate Glass)膜を堆積することにより、酸化シリコン膜膜とPSG膜とからなる表面保護膜57を形成する。
【0071】
次に、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて酸化膜56および表面保護膜57を選択的に除去して、開口部(コンタクトホール)58を形成する。このとき、開口部58の底部にはp型拡散層55が露出する。
【0072】
次に、開口部58の内部を含む半導体基板51(表面保護膜57)上に、例えばスパッタリング法を用いて、形成すべきショットキバリアの大きさに応じた仕事関数を有する金属材料、例えば、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銀(Ag)またはパラジウム(Pd)などの金属からなる導体(金属)膜を堆積する。それから、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、その導体膜をパターン化することにより、表面電極59を形成する。
【0073】
次に、図18に示されるように、半導体基板51上に窒化シリコンおよび酸化シリコン膜を順に堆積し、窒化シリコンおよび酸化シリコン膜の積層膜からなる表面最終保護膜60を形成する。それから、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いて、表面最終保護膜60を選択的に除去して、表面電極59の表面を露出させる。
【0074】
次に、上記実施の形態1のバンプ電極用下地膜33およびバンプ電極34と同様にして、表面電極59上にバンプ電極用下地膜61およびバンプ電極62(バンプ電極7aに対応)を形成する。
【0075】
次に、必要に応じて半導体基板51の裏面を研削して薄くした後、上記実施の形態1の裏面電極35と同様にして、半導体基板51の裏面に裏面電極(カソード電極、裏面電極7bに対応)63を形成する。その後、必要に応じて半導体基板51が切断(ダイシング)され、個片の半導体素子(半導体チップ)に分離されて、PN接合型のダイオード素子としての半導体素子6aが形成される。
【0076】
このようにして製造された半導体素子6aを用い、上記実施の形態1と同様にして、本実施の形態の半導体装置1aが製造される。図19は、本実施の形態の半導体装置1aの断面図であり、図1に対応する。
【0077】
図19に示されるように、本実施の形態の半導体装置1aは、ガラス封止型の半導体装置であり、例えばガラス封止型ダイオードである。半導体装置1aは、ジュメット(ジュメット:Dumet)電極2,3とガラス封止体(ガラス管、ガラススリーブ)4とからなるキャビティ内5に半導体素子(半導体チップ)6aが密封(封入)されており、ジュメット電極2,3には外部リード8,9が接続されている。半導体素子6aは、上記のように内部にPN接合を有するダイオード素子である。半導体装置1aは、半導体素子6の代わりに半導体素子6aを用いたこと以外は、上記実施の形態1の半導体装置1とほぼ同様の構成を有するので、半導体素子6a以外の構成(例えばジュメット電極2,3、ガラス封止体4および外部リード8,9)については、ここでは説明を省略する。
【0078】
上記のような半導体素子6aを用いてガラス封止型の半導体装置を製造した場合、ガラス封止温度が高いと、圧縮または引張り応力が増加して、半導体素子6aとジュメット電極2,3との接着性(電気的接続の信頼性)が低下する恐れがある。また、ガラス封止工程において、表面電極59下部がp型拡散層55の表面と反応してシリサイド化して不具合(例えば逆方向のリーク電流の増大など)が生じる恐れがある。これらは、半導体装置の信頼性を低減する可能性がある。本実施の形態では、上記実施の形態1と同様のジュメット電極2,3を用いることで、それらの問題点を解決することができる。すなわち、上記実施の形態1と同様にジュメット電極2,3とガラス封止体4との間の接着性を向上でき、ガラス封止体4として軟化点が低い(低融点の)ガラス材料を用いてガラス封止温度を下げることが可能となる。このため、半導体素子6aとジュメット電極2,3との電気的接続の信頼性を向上することができる。また、ガラス封止工程における表面電極59下部のp型拡散層55の表面との反応(シリサイド化)を抑制または防止でき、表面電極59下部のシリサイド化に起因した不具合(例えば逆方向のリーク電流の増大など)を防止することができる。従って、半導体装置1aの信頼性を向上できる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上し、半導体装置の製造コストを低減できる。
【0079】
(実施の形態3)
上記実施の形態1,2では、半導体装置1内にガラス封止された半導体素子6としてダイオード素子を用いている。本実施の形態では、半導体素子6の代わりにダイオード素子以外の半導体素子(半導体チップ)を用いる。
【0080】
図20は、本実施の形態の半導体装置1bの断面図であり、図1に対応する。
【0081】
図20に示されるように、本実施の形態の半導体装置1bは、ガラス封止型の半導体装置であり、例えばマイクロ波受信用のアンテナを備えた非接触型の電子タグなどとして機能することができる。半導体装置1bは、ジュメット(ジュメット:Dumet)電極2,3とガラス封止体(ガラス管、ガラススリーブ)4とからなるキャビティ内5に半導体素子(半導体チップ)6bが密封(封入)されており、ジュメット電極2,3には外部リード8,9が接続されている。半導体装置1bは、半導体素子6の代わりに半導体素子6bを用いたこと以外は、上記実施の形態1の半導体装置1とほぼ同様の構成を有するので、半導体素子6b以外の構成(例えばジュメット電極2,3、ガラス封止体4および外部リード8,9)については、ここでは説明を省略する。
【0082】
図21は、上記半導体素子(半導体チップ)6bの回路構成を示すブロック図(説明図)である。半導体素子6bは、例えば縦×横=0.3mm×0.4mm程度、厚さ0.15mm程度の単結晶シリコンからなり、その主面の素子形成領域には、整流・送信、クロック抽出、セレクタ、カウンタ、ROMなどの回路が形成されている。また、素子形成領域の外側には、ボンディングパッド(図示せず)が形成されている。
【0083】
上記ROMは、128ビットの記憶容量を有しており、バーコードを利用したタグに比べて大容量のデータを記憶できるようになっている。また、ROMに記憶させたデータは、バーコードに記憶させたデータに比べて不正な改竄が困難であるという利点もある。
【0084】
半導体素子(半導体チップ)6bの主面の素子形成領域上には、バンプ電極(表面電極)7cが形成されており、ジュメット電極3がこのバンプ電極7cに電気的に接続されている。バンプ電極7cは、半導体素子(半導体チップ)6bの主面の周辺部(素子形成領域以外の領域)に形成されたボンディングパッドを通じて図21に示した回路に接続されている。また、半導体素子6bは、その裏面に裏面電極7dが形成されており、ジュメット電極2がこの裏面電極7dに電気的に接続されている。従って、半導体素子6bのバンプ電極7cはジュメット電極3を介して外部リード9に電気的に接続され、半導体素子6bの裏面電極7dはジュメット電極2を介して外部リード8に電気的に接続されている。本実施の形態では、外部リード8または外部リード9は、マイクロ波受信用のアンテナとして機能することができる。外部リード8,9の長さは、例えば周波数2.45GHzのマイクロ波などを効率よく受信できるように最適化することができる。これにより、アンテナとしての外部リード8,9から高周波電磁波エネルギを得て、半導体素子6bが動作することが可能となる。
【0085】
本実施の形態では、上記実施の形態1と同様のジュメット電極2,3を用いることで、上記実施の形態1,2と同様にジュメット電極2,3とガラス封止体4との間の接着性を向上でき、ガラス封止体4として軟化点が低い(低融点の)ガラス材料を用いてガラス封止温度を下げることが可能となる。このため、ガラス封止工程での温度変化などに伴う圧縮または引張り応力を抑制でき、半導体素子6bとジュメット電極2,3との電気的接続の信頼性を向上することができる。従って、半導体装置1bの信頼性を向上できる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上し、半導体装置の製造コストを低減できる。
【0086】
(実施の形態4)
上記実施の形態1では、半導体装置1は外部電極(外部端子)として外部リード8,9を有していた。本実施の形態の半導体装置は、外部リード8,9の代わりに平坦面を有する外部電極(外部端子)を備えており、面実装が可能となる。
【0087】
図22は、本実施の形態の半導体装置1cの断面図であり、上記実施の形態1の図1に対応する。
【0088】
半導体装置1cは、半導体装置1と同様に、ガラス封止型の半導体装置であり、例えばガラス封止型ダイオードである。図22に示されるように、半導体装置1cは、ジュメット線からなるジュメット電極(ジュメット線)2,3と、ガラス封止体(ガラス管、ガラススリーブ)4と、ジュメット電極2,3およびガラス封止体4からなるキャビティ5内に密封(封入)された半導体素子(半導体チップ)6とを有している。ジュメット電極2,3とジュメット電極2およびジュメット電極3に挟まれた半導体素子6とが、管状のガラス封止体4内に挿入され、ガラス封止体4がジュメット電極2,3の外周面に融着されている。
【0089】
本実施の形態の半導体装置1cでは、上記実施の形態1の半導体装置1とは異なり、ジュメット電極2,3には外部リードが接続(溶接)されておらず、外部リードの代わりに、円板状の導体部71,72がジュメット電極2,3に接続(溶接)されている。導体部71,72は、ジュメット電極2,3の直径よりも大きな直径を有する円板形状を有しており、その片面がジュメット電極2,3に接続(溶接)されている。ジュメット電極2,3に接続された導体部71,72は、ガラス封止体4から露出されており、半導体装置1cの外部電極(外部端子)として機能することができる。外部電極(外部端子)としての導体部71,72は平坦な露出面を有しており、半導体装置1cを図示しない配線基板へ実装する際には、導体部71または導体部72の露出面が配線基板上の配線パターンなどに面実装される。
【0090】
半導体装置1cを製造する際には、予めジュメット電極2,3に導体部71,72を接続(溶接)したものを準備しておき、上記実施の形態1と同様にして、導体部71を接続したジュメット電極2と、半導体素子6と、導体部72を接続したジュメット電極3とをガラス管4a(ガラス封止体4)内に挿入し、ガラス管4aを溶融させてジュメット電極2,3および導体部71,72に融着させ、封止する。他の構成や製造工程は、上記実施の形態1とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【0091】
本実施の形態においても、上記実施の形態1と同様のジュメット電極2,3を用いることにより、上記実施の形態1と同様の効果(例えばジュメット電極2,3とガラス封止体4との間の接着性の向上などによる半導体装置の信頼性向上)を得ることができる。更に、本実施の形態の半導体装置1cは、配線基板などへの面実装が可能である。このため、実装面積の節減などが可能となる。また、半導体装置1cの配線基板などへの実装工程が容易となる。
【0092】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0093】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【0094】
銅を主成分とする層の比率が20重量%以上であるジュメット線を用いてガラス封止型の半導体装置を形成したことにより、半導体装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置の構造を示す断面図である。
【図2】ジュメット電極の断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態である半導体装置で用いられる半導体素子の製造工程中の要部断面図である。
【図4】図3に続く半導体素子の製造工程中における要部断面図である。
【図5】図4に続く半導体素子の製造工程中における要部断面図である。
【図6】図5に続く半導体素子の製造工程中における要部断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程の説明図である。
【図8】図7に続く半導体装置の製造工程の説明図である。
【図9】図8に続く半導体装置の製造工程の説明図である。
【図10】ガラス封止体に用いたガラスの特性を示す説明図である。
【図11】本発明の一実施の形態である半導体装置で用いられるジュメット電極の銅層の比率および芯部のニッケル含有率を示す説明図である。
【図12】比較例のジュメット電極を用いた半導体装置の引張り強度試験の結果を示すグラフである。
【図13】本発明の一実施の形態であるジュメット電極を用いた半導体装置の引張り強度試験の結果を示すグラフである。
【図14】ジュメット電極における酸化銅層の厚みを変えた場合の半導体装置の引張り強度試験の結果を示すグラフである。
【図15】本発明の他の実施の形態である半導体装置で用いられる半導体素子の製造工程中の要部断面図である。
【図16】図15に続く半導体素子の製造工程中における要部断面図である。
【図17】図16に続く半導体素子の製造工程中における要部断面図である。
【図18】図17に続く半導体素子の製造工程中における要部断面図である。
【図19】本発明の他の実施の形態である半導体装置の断面図である。
【図20】本発明の他の実施の形態である半導体装置の断面図である。
【図21】半導体素子の回路構成を示すブロック図である。
【図22】本発明の他の実施の形態である半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体装置
1a 半導体装置
1b 半導体装置
1c 半導体装置
2 ジュメット電極
3 ジュメット電極
4 ガラス封止体
4a ガラス管
5 キャビティ
6 半導体素子
6a 半導体素子
6b 半導体素子
7a バンプ電極
7b 裏面電極
7c バンプ電極
7d 裏面電極
8 外部リード
9 外部リード
11 芯部
12 銅層
14 酸化銅層
21 半導体基板
22 エピタキシャル層
23 酸化シリコン膜
24 PSG膜
25 表面保護膜
26 開口部
27 金属膜
28 シリサイド層
29 金属膜
30 金属電極
31 表面最終保護膜
32 開口部
33 バンプ電極用下地膜
34 バンプ電極
35 裏面電極
41 組立用治具
42 溝
42a 溝
42b 溝
51 半導体基板
52 エピタキシャル層
53 酸化シリコン膜
54 開口部
55 p型拡散層
56 酸化膜
57 表面保護膜
58 開口部
59 表面電極
60 表面最終保護膜
61 バンプ電極用下地膜
62 バンプ電極
63 裏面電極
71 導体部
72 導体部
Claims (9)
- 銅を主成分とする層を有する第1および第2電極と、
前記第1および第2電極間に配置され、前記第1および第2電極に電気的に接続された半導体素子と、
前記第1電極、前記半導体素子および前記第2電極を封止するガラス封止体と、
を有し、
前記半導体素子は金属電極を有し、
前記半導体素子はショットキバリアダイオード素子であり、
前記第1および第2電極はジュメット線からなり、
前記第1および第2電極は、前記銅を主成分とする層の比率が21〜24重量%の範囲内であり、
前記第1および第2電極は、前記銅を主成分とする層の外周に形成された酸化銅層を有し、前記酸化銅層は前記ガラス封止体と接触しており、
前記酸化銅層の厚みは、前記第1および第2電極がガラス封止される前の時点で1.0〜1.5μmであり、
前記ガラス封止体の封止温度は、630℃以下であり、
前記ガラス封止体のガラス軟化点は560℃以下であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1および第2電極は、芯部と、前記芯部の外周に形成された前記銅を主成分とする層とを有していることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第1および第2電極の前記芯部は、ニッケル含有合金からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第1および第2電極の前記芯部は、ニッケル含有率が45重量%以下のニッケル含有合金からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第1および第2電極の前記芯部は、ニッケル含有率が41〜43重量%の範囲内にあるニッケル含有合金からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第1および第2電極の前記芯部は、鉄とニッケルとを主成分とする合金からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成されたエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に形成された前記金属電極と、
を有するショットキバリアダイオード素子からなることを特徴とする半導体装置。 - 請求項7記載の半導体装置において、
前記金属電極は、タングステン膜を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記半導体素子はバンプ電極を有し、
前記銅を主成分とする層の半径方向の厚みは、前記バンプ電極の高さ方向の厚みよりも厚いことを特徴とする半導体装置。
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