JPH04352432A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH04352432A
JPH04352432A JP12642391A JP12642391A JPH04352432A JP H04352432 A JPH04352432 A JP H04352432A JP 12642391 A JP12642391 A JP 12642391A JP 12642391 A JP12642391 A JP 12642391A JP H04352432 A JPH04352432 A JP H04352432A
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JP
Japan
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layer
alloy
metal layer
semiconductor element
tin
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Application number
JP12642391A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Tetsuya
鉄矢 俊夫
Masami Osada
正美 長田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83191Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on the semiconductor or solid-state body

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Abstract

PURPOSE:To manufacture the title device easily at low cost. CONSTITUTION:At the bottom of a semiconductor element chip are stacked a first metallic layer 2 of vanadium and a second metallic layer 3 of nickel, and further on the surface of the second metallic layer 3 is stacked a tin-gold- copper alloy layer 4, and by pressing this alloy layer 4 to a table 5, which is heated to a temperature higher than the melting point of the alloy layer 4, so as to fuse it, and then, cooling it so as to solidify it, the semiconductor element chip 1 is fixed to the table 5 by brazing material 6 consisting of tin- gold-copper alloy. Hereby, the quantity of used gold can be reduced without affecting the semiconductor element chip 1, and it can easily be manufactured at low cost.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[発明の目的][Object of the invention]

【0002】0002

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子チップをリ
ードフレームなどの配設台に固定させた半導体装置及び
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element chip is fixed to a mounting base such as a lead frame, and a method for manufacturing the same.

【0003】0003

【従来の技術】従来、リードフレームなどの配設台に半
導体素子チップを固定するための技術として、例えば特
公昭59−2174号公報には金・ゲルマニウム合金に
よる接合構造が示されている。これは半導体素子チップ
の底面に複数の金属層を形成し、その後に最外層の金属
層の表面に金・ゲルマニウム合金層を積層し、この金・
ゲルマニウム合金層を半導体素子チップを配設台の表面
に固定するときのろう材として用いる技術である。しか
し上記の技術においてはろう材となる金・ゲルマニウム
合金層がゲルマニウムの量が12重量%と少なく、多く
の残部分が金となっていて金の使用量が多くなるため、
この接合構造は非常に高価なものとなる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for fixing a semiconductor element chip to a mounting table such as a lead frame, for example, Japanese Patent Publication No. 59-2174 discloses a bonding structure using a gold-germanium alloy. This method involves forming multiple metal layers on the bottom surface of a semiconductor element chip, and then laminating a gold/germanium alloy layer on the surface of the outermost metal layer.
This is a technology that uses a germanium alloy layer as a brazing material when fixing a semiconductor element chip to the surface of a mounting table. However, in the above technology, the amount of germanium in the gold/germanium alloy layer that serves as the brazing material is as small as 12% by weight, and most of the remaining portion is gold, resulting in a large amount of gold being used.
This joining structure is very expensive.

【0004】一方、金を使用しない接合構造として半導
体素子チップの底面に複数の金属層を形成し、それらの
金属層の底面にろう材として錫・銅合金を用いて配設台
上に固着する技術があるが、加工管理が難しく接触不良
とか剥がれが生じやすい等信頼性が低くなる問題がある
。すなわち、マウント温度を一定にするとろう材の膜質
や合金比率のばらつきにより溶融状態が変わり場合によ
っては固着強度が弱くなり剥がれが生じる虞があり、ま
たろう材の溶融状態を安定化させるために、マウント温
度を調整変更するとろう材の接合部分以外での反応状態
に変化が生じ、同様に剥がれが生じたり、金属の抵抗等
が変化し、装置特性が変化する虞があった。
On the other hand, as a bonding structure that does not use gold, a plurality of metal layers are formed on the bottom surface of a semiconductor element chip, and a tin-copper alloy is used as a brazing material on the bottom surface of these metal layers to fix it on a mounting table. Although there is technology, there are problems with low reliability, such as difficult processing control and easy contact and peeling. In other words, if the mounting temperature is kept constant, the molten state may change due to variations in the film quality or alloy ratio of the brazing material, which may weaken the adhesion strength and cause peeling. Adjusting and changing the mount temperature would cause a change in the reaction state of the brazing filler metal in areas other than the joint, which could cause peeling, change the resistance of the metal, and change the device characteristics.

【0005】それゆえに半導体素子チップや配設台等に
影響を与えない温度のもとに安定した条件で容易に製造
することができ、接触不良やはがれが生じ難く、製造コ
ストが低廉なものとすることが求められている。
[0005] Therefore, it can be easily manufactured under stable conditions at a temperature that does not affect the semiconductor element chip or the mounting table, etc., it is difficult to cause poor contact or peeling, and the manufacturing cost is low. is required to do so.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のような高価な材
料を多量に用いるために製造コストが高く、加工管理が
難しい等の状況に鑑みて本発明はなされたもので、その
目的とするところは半導体素子チップ等に影響を与える
ことなしに容易に製造することができ、かつ製造コスト
が低廉である半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とにある。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned situations in which manufacturing costs are high due to the use of large quantities of expensive materials, and processing control is difficult. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can be easily manufactured without affecting semiconductor element chips and the like, and which can be manufactured at low cost.

【0007】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置及び
その製造方法は、半導体素子チップが、その底面に被着
されたチタニウム,クロム,ジルコニウム,ニオブ,バ
ナジウムの中の一種またはこれを主成分とする合金から
なる第1の金属層と、ニッケル,コバルトのいずれかま
たはこれを主成分とする合金からなる第2の金属層とを
介して、錫・金・銅合金からなるろう材により配設台に
固定されていることを特徴とし、また半導体素子チップ
が、その底面に被着されたチタニウム,クロム,ジルコ
ニウム,ニオブ,バナジウムの中の一種またはこれを主
成分とする合金からなる第1の金属層と、ニッケル,コ
バルトのいずれかまたはこれを主成分とする合金からな
る第2の金属層と、第1及び第2の金属層の間に介在さ
せた金・アンチモン合金からなる第3の金属層とを介し
て、錫・金・銅合金からなるろう材により配設台に固定
されていることを特徴としており、それぞれろう材が3
5〜40重量%の金と、4〜6重量%の銅と、残部分を
錫とした合金で構成されていることを特徴とするもので
あり、また、半導体素子チップの底面側にニッケル,コ
バルトのいずれかまたはこれを主成分とする合金からな
る第2の金属層を成層した後、この第2の金属層の表面
に錫・金・銅合金層を成層し、その後加熱した配設台表
面に合金層を押圧し融解させて該配設台に半導体チップ
を固着させるようにしたことを特徴とするものであり、
さらに半導体素子チップの底面側にニッケル,コバルト
のいずれかまたはこれを主成分とする合金からなる第2
の金属層を成層した後、この第2の金属層の表面に錫・
銅を含む錫・銅合金層を成層し、この錫・銅合金層の表
面に該錫・銅合金層より融点の低い金属層を間に介在さ
せて金層を成層し、その後加熱した配設台表面に金層を
押圧し錫・銅合金層を融解させて該配設台に半導体素子
チップを固着させるようにしたことを特徴とするもので
ある。
[Means for Solving the Problems] A semiconductor device and a method for manufacturing the same of the present invention provide a semiconductor device chip having one or more of titanium, chromium, zirconium, niobium, and vanadium deposited on the bottom surface thereof. A brazing filler metal made of a tin-gold-copper alloy is used to connect the first metal layer made of an alloy of It is characterized by being fixed to a mounting base, and the semiconductor element chip is made of a first material made of one of titanium, chromium, zirconium, niobium, vanadium or an alloy mainly composed of titanium, which is adhered to the bottom surface of the semiconductor element chip. a second metal layer made of either nickel or cobalt or an alloy containing these as a main component; and a third metal layer made of a gold-antimony alloy interposed between the first and second metal layers. It is characterized in that it is fixed to the mounting base with a brazing material made of tin, gold, and copper alloy through the metal layer of
It is characterized by being composed of an alloy consisting of 5 to 40% by weight of gold, 4 to 6% by weight of copper, and the balance being tin, and also has nickel and nickel on the bottom side of the semiconductor element chip. After a second metal layer made of cobalt or an alloy mainly composed of cobalt is formed, a tin-gold-copper alloy layer is formed on the surface of the second metal layer, and then heated. The semiconductor chip is fixed to the mounting base by pressing and melting an alloy layer on the surface,
Furthermore, a second layer made of nickel, cobalt, or an alloy mainly composed of nickel or cobalt is placed on the bottom side of the semiconductor element chip.
After layering the second metal layer, the surface of this second metal layer is coated with tin.
A method in which a tin/copper alloy layer containing copper is layered, a gold layer is layered on the surface of the tin/copper alloy layer with a metal layer having a lower melting point than the tin/copper alloy layer interposed therebetween, and then heated. This device is characterized in that a gold layer is pressed onto the surface of the table and the tin/copper alloy layer is melted to fix the semiconductor element chip to the mounting table.

【0009】[0009]

【作用】上記のように構成された半導体装置及びその製
造方法は、半導体素子チップの底面に第1の金属層及び
第2の金属層が成層されており、さらに錫・金・銅合金
層が成層され、この合金層を加熱した配設台に押圧して
融解し固化することで錫・金・銅合金からなるろう材に
より半導体素子チップが配設台に固定される。あるいは
また、半導体素子チップの底面に成層した金属層にさら
に錫・銅を含む合金層とこれより融点が低い金属層と金
層を成層し、この金層を加熱した配設台に押圧して融点
が低い金属層を融解し良熱伝導状態にした後に錫・銅を
含む合金層を融解し固化することで、錫・金・銅合金か
らなるろう材により半導体素子チップが配設台に固定さ
れる。それによって、ろう材中の金の使用量を低減し、
かつ半導体素子チップに影響を与えることなく、また難
しい加工管理を要さずに信頼性の高い固着を実現するこ
とができる。
[Operation] In the semiconductor device and the manufacturing method thereof configured as described above, a first metal layer and a second metal layer are layered on the bottom surface of a semiconductor element chip, and a tin-gold-copper alloy layer is further layered. By pressing this alloy layer against a heated mounting table, melting and solidifying it, the semiconductor element chip is fixed to the mounting table using a brazing material made of a tin-gold-copper alloy. Alternatively, an alloy layer containing tin and copper, a metal layer with a lower melting point, and a gold layer are further layered on the metal layer formed on the bottom surface of the semiconductor element chip, and this gold layer is pressed against a heated mounting table. By melting the metal layer with a low melting point to make it a good heat conductor, and then melting and solidifying the alloy layer containing tin and copper, the semiconductor element chip is fixed to the mounting base using a brazing material made of tin, gold, and copper alloy. be done. This reduces the amount of gold used in the brazing filler metal,
Moreover, highly reliable fixing can be achieved without affecting the semiconductor element chip and without requiring difficult processing control.

【0010】0010

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0011】先ず、第1の実施例を図1及び図2により
説明する。図1は接合前の断面図、図2は接合後の断面
図である。図において1はシリコン基板上に所定の半導
体素子、例えばnpn型のトランジスタが形成されてな
る半導体素子チップであり、半導体素子チップ1の下面
にはバナジウム(V)からなる第1の金属層2が0.0
6〜0.08μmの厚さに成層されている。第1の金属
層2の下面にはニッケル(Ni)からなる第2の金属層
3が0.2〜0.3μmの厚さに成層されている。また
第2の金属層3の下面には金(Au)が35〜40重量
%、銅(Cu)が4〜6重量%、残部分を錫(Sn)と
したSn・Au・Cu合金層4が1.5〜3.0μmの
厚さに成層されている。なお5はCuのリードフレーム
などの配設台である。そして半導体素子チップ1はSn
・Au・Cu合金層4をろう材6として配設台5に固着
されている。6a はSn・Au・Cu合金のろう材6
と配設台5との反応層である。
First, a first embodiment will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view before bonding, and FIG. 2 is a cross-sectional view after bonding. In the figure, 1 is a semiconductor element chip in which a predetermined semiconductor element, for example, an npn type transistor, is formed on a silicon substrate, and a first metal layer 2 made of vanadium (V) is formed on the lower surface of the semiconductor element chip 1. 0.0
It is laminated to a thickness of 6 to 0.08 μm. A second metal layer 3 made of nickel (Ni) is layered on the lower surface of the first metal layer 2 to a thickness of 0.2 to 0.3 μm. Further, on the lower surface of the second metal layer 3, there is a Sn/Au/Cu alloy layer 4 containing 35 to 40% by weight of gold (Au), 4 to 6% by weight of copper (Cu), and the remainder being tin (Sn). are layered to a thickness of 1.5 to 3.0 μm. Note that 5 is a stand for arranging a Cu lead frame and the like. The semiconductor element chip 1 is Sn
- The Au/Cu alloy layer 4 is fixed to the installation stand 5 using the brazing material 6. 6a is Sn/Au/Cu alloy brazing material 6
This is a reaction layer between the base plate 5 and the mounting table 5.

【0012】また、上記構造は次のようにして製造され
る。まず、半導体素子チップ1の状態に分割される前の
ウエハの下面に第1の金属層2を0.06〜0.08μ
mの厚さに被着し、続いて第1の金属層2の表面に第2
の金属層3を0.2〜0.3μmの厚さに被着し、さら
に第2の金属層3の表面にSn・Au・Cu合金層4を
1.5〜3.0μmの厚さに被着する。上記の各被着は
スパッタリングあるいは真空蒸着法により行う。続いて
第1の金属層2、第2の金属層3及びSn・Au・Cu
合金層4が底面に被着されたウエハを各半導体素子チッ
プ1に分割する。そして予め370℃以上に加熱された
配設台5の所定の位置に、分割された半導体素子チップ
1のSn・Au・Cu合金層4を押圧するようすること
により、Sn・Au・Cu合金層4を融解させる。そし
て半導体素子チップ1の位置が変わらないようにして融
解したSn・Au・Cu合金層4を、半導体素子チップ
1の特性に影響が無い時間内で冷却を開始して固化させ
る。これによって半導体素子チップ1はSn・Au・C
u合金のろう材6によって配設台5上に固着される。な
お、Vの第1の金属層2は半導体素子チップ1とNiの
第2の金属層3との接着層として、Niの第2の金属層
3は半導体素子チップ1へのろう材6の拡散防止層とし
て作用している。
Further, the above structure is manufactured as follows. First, a first metal layer 2 of 0.06 to 0.08 μm is coated on the lower surface of the wafer before it is divided into semiconductor element chips 1.
m, and then a second metal layer 2 is deposited on the surface of the first metal layer 2.
A metal layer 3 is deposited to a thickness of 0.2 to 0.3 μm, and a Sn/Au/Cu alloy layer 4 is further deposited to a thickness of 1.5 to 3.0 μm on the surface of the second metal layer 3. to adhere to. Each of the above depositions is performed by sputtering or vacuum evaporation. Subsequently, the first metal layer 2, the second metal layer 3 and Sn/Au/Cu
A wafer having an alloy layer 4 deposited on its bottom surface is divided into semiconductor element chips 1. Then, by pressing the Sn/Au/Cu alloy layer 4 of the divided semiconductor element chip 1 onto a predetermined position of the mounting table 5 which has been heated to 370° C. or higher in advance, the Sn/Au/Cu alloy layer 4 is pressed. Melt 4. Then, the melted Sn-Au-Cu alloy layer 4 is solidified by starting cooling within a time that does not affect the characteristics of the semiconductor element chip 1 while keeping the position of the semiconductor element chip 1 unchanged. As a result, the semiconductor element chip 1 is made of Sn, Au, C.
It is fixed onto the installation table 5 with a brazing filler metal 6 made of U alloy. The first metal layer 2 of V serves as an adhesive layer between the semiconductor element chip 1 and the second metal layer 3 of Ni, and the second metal layer 3 of Ni serves as a bonding layer between the semiconductor element chip 1 and the second metal layer 3 of Ni. It acts as a protective layer.

【0013】このように形成された第1の実施例によれ
ば、Sn・Au・Cu合金層4は300〜350℃の範
囲に融点があり、配設台5を予め370℃以上に加熱し
ておくことによりSn・Au・Cu合金層4を安定した
溶融状態で融解させておくことができ、容易にCuの配
設台5と反応させられてSn・Au・Cu合金をろう材
6として固着させることができ、半導体素子チップ1の
特性に影響を与えることなく、難しい加工管理を要さず
に剥がれが生じない信頼性の高い固着を実現させること
ができる。またろう材6として金を主体とするものでは
なく、Sn・Au・Cu合金を用いているため金の使用
量が少なく安価なものとなり、製造コストも低廉なもの
となる。
According to the first embodiment formed in this way, the Sn-Au-Cu alloy layer 4 has a melting point in the range of 300 to 350°C, and the mounting table 5 is heated to 370°C or higher in advance. By keeping the Sn/Au/Cu alloy layer 4 in a stable molten state, it can be easily reacted with the Cu mounting base 5 to form the Sn/Au/Cu alloy as the brazing material 6. It is possible to achieve highly reliable adhesion that does not cause peeling, without affecting the characteristics of the semiconductor element chip 1, and without requiring difficult processing control. Further, since the brazing material 6 is not mainly made of gold but is made of a Sn-Au-Cu alloy, the amount of gold used is small and the product is inexpensive, resulting in low manufacturing costs.

【0014】次に、第2の実施例を図3乃至図5により
説明する。図3は接合前の断面図、図4は接合後の断面
図、図5は分布図である。図において、所定の半導体素
子が形成された半導体素子チップ1の下面には第1の実
施例と同じく厚さが0.06〜0.08μmのVからな
る第1の金属層2が成層されている。第1の金属層2の
下面にはAuとアンチモン(Sb)がそれぞれ50重量
%で、厚さが0.12〜0.18μmの第3の金属層7
が成層されている。そして第3の金属層7の下面にはN
iからなる厚さが0.45〜0.55μmの第2の金属
層8が成層されている。また第2の金属層3の下面には
Auが35〜40重量%、Cuが4〜6重量%、残部分
をSnとしたSn・Au・Cu合金層4が1.5〜3.
0μmの厚さに成層されている。そして第1の実施例と
同様にSn・Au・Cu合金層4をろう材6として配設
台5に半導体素子チップ1が固着されている。なお7a
 は半導体素子チップ1の底面のシリコン(Si)とA
u・Sbの第3の金属層7とが反応して形成されたSi
・Au・Sbの合金である。
Next, a second embodiment will be explained with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a cross-sectional view before bonding, FIG. 4 is a cross-sectional view after bonding, and FIG. 5 is a distribution diagram. In the figure, a first metal layer 2 made of V and having a thickness of 0.06 to 0.08 μm is layered on the lower surface of a semiconductor element chip 1 on which a predetermined semiconductor element is formed, as in the first embodiment. There is. On the lower surface of the first metal layer 2 is a third metal layer 7 containing 50% by weight each of Au and antimony (Sb) and having a thickness of 0.12 to 0.18 μm.
are stratified. The lower surface of the third metal layer 7 has N
A second metal layer 8 having a thickness of 0.45 to 0.55 μm is layered. Further, on the lower surface of the second metal layer 3, there is a Sn/Au/Cu alloy layer 4 containing 35 to 40% by weight of Au, 4 to 6% by weight of Cu, and the balance of Sn.
It is layered to a thickness of 0 μm. Similarly to the first embodiment, the semiconductor element chip 1 is fixed to the mounting table 5 using the Sn.Au.Cu alloy layer 4 as the brazing material 6. Furthermore, 7a
is silicon (Si) on the bottom surface of the semiconductor element chip 1 and A
Si formed by reacting with the third metal layer 7 of u・Sb
・It is an alloy of Au and Sb.

【0015】また、上記構造は第1の実施例と同様に次
のようにして製造される。まず、半導体素子チップ1の
状態に分割される前のウエハの下面に第1の金属層2を
0.06〜0.08μmの厚さに被着し、続いて第1の
金属層2の表面に第3の金属層7を0.12〜0.18
μmの厚さに被着し、また第3の金属層7の表面に第2
の金属層8を0.45〜0.55μmの厚さに被着し、
さらに第2の金属層8の表面にSn・Au・Cu合金層
4を1.5〜3.0μmの厚さに被着する。上記の各被
着はスパッタリングあるいは真空蒸着法により行う。続
いて第1,第3,第2の金属層2,7,8及びSn・A
u・Cu合金層4が底面に被着されたウエハを各半導体
素子チップ1に分割する。そして予め370℃以上に加
熱された配設台5の所定の位置に、分割された半導体素
子チップ1のSn・Au・Cu合金層4を押圧するよう
することにより、Sn・Au・Cu合金層4を融解させ
る。そして半導体素子チップ1の位置が変わらないよう
にして融解したSn・Au・Cu合金層4を、半導体素
子チップ1の特性に影響が無い時間内で冷却を開始して
固化させる。これによって半導体素子チップ1はSn・
Au・Cu合金のろう材6によって配設台5上に固着さ
れる。
Further, the above structure is manufactured in the following manner in the same manner as in the first embodiment. First, the first metal layer 2 is deposited to a thickness of 0.06 to 0.08 μm on the lower surface of the wafer before it is divided into semiconductor element chips 1, and then the surface of the first metal layer 2 is coated. The third metal layer 7 is 0.12 to 0.18
A second metal layer 7 is deposited on the surface of the third metal layer 7 to a thickness of μm.
a metal layer 8 of 0.45 to 0.55 μm thick,
Furthermore, a Sn-Au-Cu alloy layer 4 is deposited on the surface of the second metal layer 8 to a thickness of 1.5 to 3.0 μm. Each of the above depositions is performed by sputtering or vacuum evaporation. Subsequently, first, third, second metal layers 2, 7, 8 and Sn.A
A wafer having a u/Cu alloy layer 4 deposited on the bottom surface is divided into semiconductor element chips 1. Then, by pressing the Sn/Au/Cu alloy layer 4 of the divided semiconductor element chip 1 onto a predetermined position of the mounting table 5 which has been heated to 370° C. or higher in advance, the Sn/Au/Cu alloy layer 4 is pressed. Melt 4. Then, the melted Sn-Au-Cu alloy layer 4 is solidified by starting cooling within a time that does not affect the characteristics of the semiconductor element chip 1 while keeping the position of the semiconductor element chip 1 unchanged. As a result, the semiconductor element chip 1 becomes Sn.
It is fixed onto the installation table 5 by a brazing material 6 made of Au/Cu alloy.

【0016】また、上記Sn・Au・Cu合金層4の融
解、冷却固化の過程で、第3の金属層7は360℃で溶
け出し、極めて薄い厚さの第1の金属層2の一部より露
出した半導体素子チップ1の底面のSiと反応してSi
・Au・Sbの合金7a が形成される。すなわち、A
u・Sb合金の共晶温度である360℃及びAu・Si
合金の共晶温度である370℃を利用することでSi・
Au・Sbの三元合金が形成される。そして半導体素子
チップ1に形成されているnpn型のトランジスタのコ
レクタ・エミッタ間飽和電圧(VCEsat )は、図
3の分布図に示すようにコレクタ電流(IC )及びベ
ース電流(IB )がそれぞれIC =100mA、I
B =10mAのときに、従来のものでは約140mV
であったものが、本実施例の発明のものでは約120m
Vと低いものとなった。
Furthermore, in the process of melting, cooling and solidifying the Sn/Au/Cu alloy layer 4, the third metal layer 7 begins to melt at 360°C, and a part of the extremely thin first metal layer 2 is melted. Reacts with Si on the more exposed bottom surface of the semiconductor element chip 1 to form Si.
- An alloy 7a of Au and Sb is formed. That is, A
The eutectic temperature of u・Sb alloy is 360℃ and Au・Si
By utilizing the eutectic temperature of the alloy, 370°C, Si.
A ternary alloy of Au and Sb is formed. As shown in the distribution diagram of FIG. 3, the collector-emitter saturation voltage (VCEsat) of the npn type transistor formed in the semiconductor element chip 1 is such that the collector current (IC) and base current (IB) are respectively IC = 100mA, I
When B = 10mA, the conventional one has about 140mV
However, in the invention of this example, the length was about 120 m.
It was as low as V.

【0017】このように形成された第2の実施例によれ
ば、上述の第1の実施例と同様の作用、効果が得られる
と共に、半導体素子チップ1を配設台5に固着接合する
時の加熱により半導体素子チップ1の底面にSi・Au
・Sbの合金が形成され、これによって接触抵抗が低減
して良好なオーミック性が得られ、電気特性が改善され
る。
According to the second embodiment formed in this manner, the same functions and effects as those of the first embodiment described above can be obtained, and when the semiconductor element chip 1 is firmly bonded to the mounting base 5, Si/Au is formed on the bottom surface of the semiconductor element chip 1 by heating.
- An alloy of Sb is formed, which reduces contact resistance, provides good ohmic properties, and improves electrical properties.

【0018】次に、第3の実施例を図6及び図7により
説明する。図6は接合前の断面図、図7は接合後の断面
図である。図において、所定の半導体素子が形成された
半導体素子チップ1の下面には厚さが0.07μmのV
からなる第1の金属層9が成層されている。第1の金属
層9の下面にはAuとSbがそれぞれ50重量%で、厚
さが0.18μmの第3の金属層10が成層されている
。そして第3の金属層10の下面にはNiからなる厚さ
が0.5μmの第2の金属層11が成層されている。 また第2の金属層11の下面にはCuが6重量%、残部
分をSnとしたSn・Cu合金層12が1.3μmの厚
さに成層されている。さらにSn・Cu合金層12の下
面には厚さが0.2μmのSn層13が成層され、さら
にまたSn層13の下面には厚さが0.3μmのAu層
14が成層されている。そしてSn・Cu合金層12及
びSn層13が融解され、Au層14が拡散されてろう
材15を形成して配設台5に半導体素子チップ1が固着
されている。
Next, a third embodiment will be explained with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a sectional view before joining, and FIG. 7 is a sectional view after joining. In the figure, the lower surface of a semiconductor element chip 1 on which a predetermined semiconductor element is formed has a VV with a thickness of 0.07 μm.
A first metal layer 9 consisting of is laminated. On the lower surface of the first metal layer 9, a third metal layer 10 containing 50% by weight each of Au and Sb and having a thickness of 0.18 μm is laminated. A second metal layer 11 made of Ni and having a thickness of 0.5 μm is layered on the lower surface of the third metal layer 10. Further, on the lower surface of the second metal layer 11, a Sn/Cu alloy layer 12 containing 6% by weight of Cu and the remainder Sn is laminated to a thickness of 1.3 μm. Furthermore, an Sn layer 13 with a thickness of 0.2 μm is layered on the lower surface of the Sn/Cu alloy layer 12, and an Au layer 14 with a thickness of 0.3 μm is further layered on the lower surface of the Sn layer 13. Then, the Sn/Cu alloy layer 12 and the Sn layer 13 are melted, the Au layer 14 is diffused, and a brazing material 15 is formed, thereby fixing the semiconductor element chip 1 to the mounting table 5.

【0019】また、上記構造は上述の各実施例と同様に
次のようにして製造される。まず、半導体素子チップ1
の状態に分割される前のウエハの下面に第1の金属層9
を0.07μmの厚さに被着し、続いて第1の金属層9
の表面に第3の金属層10を0.18μmの厚さに被着
し、また第3の金属層10の表面に第2の金属層11を
0.5μmの厚さに被着し、さらに第2の金属層11の
表面にSn・Cu合金層12を1.3μmの厚さに被着
する。さらにまたSn・Cu合金層12の表面にSn層
13を0.2μmの厚さに被着し、またSn層13の表
面にAu層14を0.3μmの厚さに被着する。上記の
各被着はスパッタリングあるいは真空蒸着法により行う
。続いて第1,第3,第2の金属層9,10,11及び
Sn・Cu合金層12さらにSn層13、Au層14が
底面に被着されたウエハを各半導体素子チップ1に分割
する。そして予め400±10℃に加熱された配設台5
の所定の位置に、分割された半導体素子チップ1のAu
層14を押圧するようにして、例えば0.4秒間加熱す
ることにより、Sn層13を先ず融解させ、続いてSn
・Cu合金層12を融解させる。そして半導体素子チッ
プ1の位置が変わらないようにして融解したSn層13
及びSn・Cu合金層12を冷却し固化させる。これに
よって半導体素子チップ1はSn・Cu合金にAuが拡
散されたSn・Au・Cu合金のろう材15によって配
設台5上に固着される。なお9a は半導体素子チップ
1の底面のSiとAu・Sbの第3の金属層9とが反応
して形成されたSi・Au・Sbの合金であり、15a
 はSn・Au・Cu合金のろう材15と配設台5との
反応層である。
Further, the above structure is manufactured in the following manner in the same manner as in each of the above embodiments. First, semiconductor element chip 1
A first metal layer 9 is placed on the bottom surface of the wafer before it is divided into
to a thickness of 0.07 μm, followed by a first metal layer 9
A third metal layer 10 is deposited on the surface of the third metal layer 10 to a thickness of 0.18 μm, a second metal layer 11 is deposited on the surface of the third metal layer 10 to a thickness of 0.5 μm, and A Sn/Cu alloy layer 12 is deposited on the surface of the second metal layer 11 to a thickness of 1.3 μm. Furthermore, a Sn layer 13 is deposited on the surface of the Sn/Cu alloy layer 12 to a thickness of 0.2 μm, and an Au layer 14 is deposited on the surface of the Sn layer 13 to a thickness of 0.3 μm. Each of the above depositions is performed by sputtering or vacuum evaporation. Subsequently, the wafer, on which the first, third, and second metal layers 9, 10, and 11, the Sn/Cu alloy layer 12, the Sn layer 13, and the Au layer 14 are deposited on the bottom surface, is divided into semiconductor element chips 1. . Then, the installation table 5 was heated to 400±10°C in advance.
The Au of the divided semiconductor element chip 1 is placed at a predetermined position of
The Sn layer 13 is first melted, for example by heating for 0.4 seconds while pressing the layer 14, and then the Sn
- Melt the Cu alloy layer 12. Then, the Sn layer 13 is melted without changing the position of the semiconductor element chip 1.
Then, the Sn/Cu alloy layer 12 is cooled and solidified. As a result, the semiconductor element chip 1 is fixed onto the mounting table 5 by the brazing material 15 made of a Sn.Au.Cu alloy in which Au is diffused into the Sn.Cu alloy. Note that 9a is an alloy of Si, Au, and Sb formed by the reaction between Si on the bottom surface of the semiconductor element chip 1 and the third metal layer 9 of Au and Sb;
is a reaction layer between the Sn/Au/Cu alloy brazing filler metal 15 and the mounting table 5.

【0020】上記Sn層13及びSn・Cu合金層12
を融解させ、Au層を拡散させて冷却固化する過程にお
いては、熱伝導の悪い初期の状態でSn・Cu合金層1
2よりも融点の低いSn層13が先ず融解され、融解に
よって熱伝導が良くなった状態でSn・Cu合金層12
が続いて融解される。これによって安定した融解から固
化までの過程が得られる。このため半導体素子チップ1
の配設台5上への固着が、従来は0.5%以上の不良の
発生率であったものが本実施例では発生しなくなった。 また第2の実施例と同様に第3の金属層10によって半
導体素子チップ1にSi・Au・Sbの合金が形成され
、半導体素子チップ1に形成されているnpn型のトラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ間飽和電圧(VCEsa
t )は、従来のものに比較し本実施例のものは低いも
のとなった。
[0020] The Sn layer 13 and the Sn/Cu alloy layer 12
In the process of melting, diffusing and cooling the Au layer, the Sn/Cu alloy layer 1 is in an initial state with poor thermal conductivity.
The Sn layer 13, which has a lower melting point than that of 2, is melted first, and in a state where the heat conduction is improved by melting, the Sn/Cu alloy layer 12 is melted.
is subsequently melted. This provides a stable process from melting to solidification. Therefore, the semiconductor element chip 1
In the present embodiment, the occurrence of defects such as sticking to the mounting table 5, which conventionally had a failure rate of 0.5% or more, no longer occurs. Further, as in the second embodiment, an alloy of Si, Au, and Sb is formed on the semiconductor element chip 1 by the third metal layer 10, and between the collector and emitter of the npn type transistor formed on the semiconductor element chip 1. Saturation voltage (VCEsa
t) was lower in this example than in the conventional one.

【0021】このように第3の実施例によっても、上述
の第2の実施例と同様の作用、効果が得られる。
As described above, the third embodiment also provides the same functions and effects as the second embodiment described above.

【0022】尚、上記の各実施例においては、第1の金
属層2,9としてVを用い、第2の金属層3,8,11
としてNiを用いた場合を上げたが、これらの合金や、
第1の金属層としてTi,Cr,Zr,Nbあるいはそ
の合金を用いた場合、第2の金属層としてCoあるいは
その合金を用いた場合にも同様の効果が得られ、さらに
第3の実施例において第2の金属層11の下面にSn・
Cu合金層12を設けているがSn・Cu・Au合金層
でもよく、またSn層13に替えて上層となるSn・C
uを含む合金層よりも融点の低い金属層でもよい等、要
旨を逸脱しない範囲内で本発明は適宜変更して実施し得
るものである。
In each of the above embodiments, V is used as the first metal layers 2, 9, and V is used as the second metal layers 3, 8, 11.
Although the case where Ni was used as the
Similar effects can be obtained when Ti, Cr, Zr, Nb, or an alloy thereof is used as the first metal layer, and when Co or an alloy thereof is used as the second metal layer. In the lower surface of the second metal layer 11, Sn.
Although the Cu alloy layer 12 is provided, it may also be a Sn/Cu/Au alloy layer, or an upper layer of Sn/C may be used instead of the Sn layer 13.
The present invention can be practiced with appropriate modifications within the scope of the gist, such as a metal layer having a lower melting point than the alloy layer containing u.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、半導体素子チップの底面側に成層された錫・金・銅
合金層を加熱した配設台に押圧して融解し固化すること
で錫・金・銅合金からなるろう材により半導体素子チッ
プを配設台に固定する、あるいは、半導体素子チップの
底面側に成層された錫・銅を含む合金層とこれより融点
が低い金属層と金層を加熱した配設台に押圧し、融点が
低い金属層を融解し錫・銅を含む合金層を融解し固化す
ることで錫・金・銅合金からなるろう材により半導体素
子チップを配設台に固定する構成としたことにより、半
導体素子チップ等に影響を与えることなしに低廉な製造
コストで容易に製造することができる等の効果を奏する
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, the present invention is a method of melting and solidifying a tin-gold-copper alloy layer formed on the bottom side of a semiconductor element chip by pressing it against a heated mounting table. The semiconductor element chip is fixed to the mounting base using a brazing filler metal made of tin, gold, and copper alloy, or an alloy layer containing tin and copper layered on the bottom side of the semiconductor element chip and a metal layer with a lower melting point than this are layered on the bottom side of the semiconductor element chip. The metal layer with a low melting point is melted, and the alloy layer containing tin and copper is melted and solidified by pressing the gold layer onto a heated mounting table, thereby forming a semiconductor chip using a brazing material made of tin, gold, and copper alloy. By having a configuration in which the device is fixed to the mounting table, it is possible to easily manufacture the device at a low manufacturing cost without affecting the semiconductor element chip or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係わる模式的に示す接
合前の断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view before bonding according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に係わる模式的に示す接
合後の断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view after bonding according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例に係わる模式的に示す接
合前の断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view before bonding according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例に係わる模式的に示す接
合後の断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view after bonding according to a second embodiment of the present invention.

【図5】npn型トランジスタのコレクタ・エミッタ間
飽和電圧の分布図である。
FIG. 5 is a distribution diagram of collector-emitter saturation voltage of an npn transistor.

【図6】本発明の第3の実施例に係わる模式的に示す接
合前の断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view before bonding according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例に係わる模式的に示す接
合後の断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view after bonding according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体素子チップ 2…第1の金属層 3…第2の金属層 4…錫・金・銅合金層 5…配設台 6…ろう材 1...Semiconductor element chip 2...First metal layer 3...Second metal layer 4...Tin/gold/copper alloy layer 5…Arrangement stand 6...Brazing material

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体素子チップが、その底面に被着
されたチタニウム,クロム,ジルコニウム,ニオブ,バ
ナジウムの中の一種またはこれを主成分とする合金から
なる第1の金属層と、ニッケル,コバルトのいずれかま
たはこれを主成分とする合金からなる第2の金属層とを
介して、錫・金・銅合金からなるろう材により配設台に
固定されていることを特徴とする半導体装置。
Claim 1: A semiconductor element chip has a first metal layer made of one of titanium, chromium, zirconium, niobium, and vanadium or an alloy mainly composed of titanium, chromium, zirconium, niobium, and vanadium, and nickel and cobalt. 1. A semiconductor device, characterized in that it is fixed to a mounting table with a brazing filler metal made of a tin-gold-copper alloy via a second metal layer made of one of these or an alloy containing the same as a main component.
【請求項2】  半導体素子チップが、その底面に被着
されたチタニウム,クロム,ジルコニウム,ニオブ,バ
ナジウムの中の一種またはこれを主成分とする合金から
なる第1の金属層と、ニッケル,コバルトのいずれかま
たはこれを主成分とする合金からなる第2の金属層と、
前記第1及び第2の金属層の間に介在させた金・アンチ
モン合金からなる第3の金属層とを介して、錫・金・銅
合金からなるろう材により配設台に固定されていること
を特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor element chip has a first metal layer made of one of titanium, chromium, zirconium, niobium, and vanadium or an alloy mainly composed of titanium, chromium, zirconium, niobium, and vanadium, and nickel and cobalt. A second metal layer made of one of these or an alloy containing the same as a main component;
It is fixed to the installation base with a brazing material made of tin, gold, and copper alloy through a third metal layer made of gold and antimony alloy interposed between the first and second metal layers. A semiconductor device characterized by:
【請求項3】  ろう材が35〜40重量%の金と、4
〜6重量%の銅と、残部分を錫とした合金で構成されて
いることを特徴とする請求項1,2記載の半導体装置。
[Claim 3] The brazing filler metal is 35 to 40% by weight of gold, and 4
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is made of an alloy containing up to 6% by weight of copper and the remainder tin.
【請求項4】  半導体素子チップの底面側にニッケル
,コバルトのいずれかまたはこれを主成分とする合金か
らなる第2の金属層を成層した後、この第2の金属層の
表面に錫・金・銅合金層を成層し、その後加熱した配設
台表面に前記合金層を押圧し融解させて該配設台に前記
半導体チップを固着させるようにしたことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
4. After layering a second metal layer made of nickel, cobalt, or an alloy mainly composed of nickel or cobalt on the bottom side of the semiconductor element chip, tin or gold is deposited on the surface of the second metal layer. - A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a copper alloy layer is laminated, and then the alloy layer is pressed onto the surface of a heated mounting table and melted, thereby fixing the semiconductor chip to the mounting table.
【請求項5】  半導体素子チップの底面側にニッケル
,コバルトのいずれかまたはこれを主成分とする合金か
らなる第2の金属層を成層した後、この第2の金属層の
表面に錫・銅を含む錫・銅合金層を成層し、この錫・銅
合金層の表面に該錫・銅合金層より融点の低い金属層を
間に介在させて金層を成層し、その後加熱した配設台表
面に前記金層を押圧し前記錫・銅合金層を融解させて該
配設台に前記半導体素子チップを固着させるようにした
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. After layering a second metal layer made of either nickel or cobalt or an alloy mainly composed of nickel or cobalt on the bottom side of the semiconductor element chip, tin or copper is deposited on the surface of this second metal layer. A metal layer having a melting point lower than that of the tin-copper alloy layer is interposed on the surface of the tin-copper alloy layer, and a gold layer is deposited on the surface of the tin-copper alloy layer, and then heated. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the semiconductor element chip is fixed to the mounting table by pressing the gold layer onto the surface and melting the tin-copper alloy layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001176890A (en) * 1999-12-21 2001-06-29 Rohm Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006108604A (en) * 2004-09-08 2006-04-20 Denso Corp Semiconductor device and its manufacturing method

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