JPH10501376A - 銀・アルミニウム結合層を用いてスラグに連結された半導体本体を含んで構成されるガラス中に封止された型の半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ガラス中に封止された型の半導体装置、いわゆるガラスビーズダイオードに関し、銀とアルミニウムを含有した結合層（１４）を用いて遷移金属からなるスラグ（５）に連結された対向面（３、４）間にｐｎ接合を有するケイ素半導体本体（１）を含んで構成され、少なくとも半導体本体（１）とスラグ（５）の一部がガラス（１２）で覆われている。本発明によると、半導体装置は、結合層が、７〜１５重量％の範囲の量のアルミニウムと８５〜９３重量％の範囲の量の銀を含んで構成れることを特徴とする。本発明の結合層（１４）は、半導体本体とスラグとの間の良好な接着と優れた電気的接触の達成を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 銀・アルミニウム結合層を用いてスラグに連結さ れた半導体本体を含んで構成されるガラス中に封 止された型の半導体装置 技術分野 本発明は、銀とアルミニウムを含む結合層を用いて遷移金属からなるスラグに 連結された対向面間にｐｎ接合を有するケイ素半導体本体を含んで構成されるガ ラス中に封止された型の半導体装置に関し、少なくとも半導体本体とスラグの一 部とがガラスにより覆われている。 本装置は、ガラスビーズダイオードとも称されるが、非常に優れた不動態化、 半導体本体の密閉した封止、機械的強度、あるいは耐高温性が重要なファクター となる適用に対して特に好適である。ガラスは、半導体本体を不動態化し、湿気 に対するバリヤーを形成する。半導体本体とは別に、ガラスは、半導体本体に隣 接するスラグの一部をも覆う。このような装置では、遷移金属からなるスラグ、 ガラス、および半導体本体は、熱膨張により引き起こされる欠点を排除するため に、同じ順位の大きさの熱膨張率を有する。このような装置は、いわゆる「ろう 付け工程」を用いて比較的高温にてスラグに半導体本体をはんだ付けすることに より、すなわち、比較的高温（約４５０℃以上）におけるはんだ付け工程により 製造される。続いて、ガラスは、はんだ付け工程の温度より低い温度に供される 。 背景技術 前述した型の装置は、特願昭６０−１８７０３２の英文の要約書により知られ ており、これによると、結合層は、１５〜４５重量％の範囲の量のアルミニウム と８５〜５５重量％の範囲の量の銀とを含んで構成される。 実際には、このような結合層は、必ずしも満足のいくものではないことが知れ ている。例えば、半導体本体とスラグとの間の接着性が不十分であったり、電気 的接触が悪かったりすることが多い。 発明の開示 本発明の目的は、とりわけ、前記欠点を除去することにある。 この目的を達成するため、本発明の装置は、結合層が、７〜１５重量％の範囲 の量のアルミニウムと８５〜９３重量％の範囲の量の銀とを含んで構成されるこ とを特徴とする。 これにより、事実満足のいくものであることを証明する結合層を得ることがで きる。 本発明は、半導体本体が、ガラスを供給されるのに先立って必要な予備洗浄処 理にかけられるときに、結合層が、攻撃されるという認識に基づいている。結合 層は、実際のところ全ての洗浄剤によって攻撃を受けるが、特に、習慣的に使用 されるｐＨ７を超える洗浄剤をいわゆるアルカリエッチングの間に使用する場合 に攻撃を受ける。本発明の方法によると、結合層は、いわゆるゼータ相における 銀・アルミニウム合金を含んで構成される（例えば、１９５８年、マグローヒル ブックカンパニー、第２編、エム．ハンセンによる「コンスティテューションオ ブバイナリーアロイ」、１〜３頁、「ＡｇＡｌアロイ」参照）。実際、このよう なゼータ相が、既知の合金より洗浄剤による攻撃に対してより優れた高い耐性を 有することがわかる。このように、本発明の結合層を使用する場合には、結合層 は攻撃を受けない。従って、半導体本体とスラグとの間の接着性および電気的接 触は満足のいくものとなる。 本発明の装置は、好ましくは、結合層が、１０〜１５重量％の範囲の量のアル ミニウムと８５〜９０重量％の範囲の量の銀とを含んで構成されることを特徴と する。この結果として、結合層は、より高い機械的強度を有することとなる。さ らに、アルミニウムの量が１０重量％より少ない場合は、半導体本体のケイ素が 結合層中に溶解するという事実、および溶解したケイ素とスラグの金属との間の ケイ化物のような化合物の形成をもたらし得るために、製造工程における不良品 の割合がより高くなることがわかる。 結合層が、１０〜１２重量％の範囲の量のアルミニウムと８８〜９０重量％の 範囲の量の銀とを含んで構成される場合に、別の利点が得られる。アルミニウム がこのような量である場合には、結合層は約７２７℃という比較的高い融点を示 す。 好ましくは、半導体本体と結合層との間に、チタン含有層を形成する。このよ うなチタン含有層は、半導体本体への結合層のさらによりよい接着性を達成する ことが可能となる。 本発明は、以下の態様を参照することによりより明確となる。 図面の簡単な説明 図１はガラスビーズダイオードを示し、これは、概略図であって、正確な縮尺 に基づいていない。 発明を実施するための最良の形態 図１は、ガラス中に封止された型のガラスビーズダイオード半導体装置を示し 、銀とアルミニウムを含有した結合層１４を用いて遷移金属のスラグ５に連結さ れた対向面３、４間にｐｎ接合２を有するケイ素半導体本体１を含んで構成され 、少なくとも半導体本体１とスラグ５の一部がガラス１２で覆われている。スラ グはタングステンあるいはモリブデン等の金属を含む。選択的に、例えば、鉄、 ニッケル、および銅により形成される群から金属を組み合わせて使用される。こ の組み合わせは、デュメット、フェルニコ、あるいはインバー等の名称でも知ら れている。実際には、好ましくは、モリブデンスラグが使用される。実際には、 前記スラグ５は、通常、結合層１０を用いて連結線８に連結される。 このような装置は、例えば、蒸着あるいはスパッタリングを用いて半導体本体 １に銀層およびアルミニウム層を適用することにより製造される。次に、ケイ素 半導体本体１、モリブデンスラグ５、および銅含有連結線８等のガラスビースダ イオードの部品は、それぞれ図１に示すような関係で配置される。結合層１０の 材料、すなわち、好ましくは、ＡｇＣｕ２８Ｇｅ２Ｃｏ０．２の合金（ここで、 数字は重量％を示す。）から製造されるプレートは、結合層１０の位置で供され る。次に、部品は、８００〜８３０℃の範囲の温度に付される。次に、半導体本 体１は、結合層１４を用いてスラグ５にはんだ付けされ、前記スラグ５は接着層 １０を用いて連結線８にはんだ付けされる。こうしてはんだ付け構造が得られる 。ガラスビーズダイオードの製造のためには、好ましくは、約８３０℃以下の温 度、はんだ付け時間２０分以下が好ましいことが観察された。理由は、より高い 温度、より長いはんだ付け時間では、結合層１０の材料が拡散し、結合層の性質 が変化するからである。はんだ付け工程の後、はんだ付け構造は、ガラス１２が はんだ付け構造に良く付着するように、ｐＨ１１超過の溶液中で、好ましくは、 ４０ｇ／１ＮａＯＨ等の１Ｎのアルカリ溶液中で、いわゆるアルカリエッチング を用いて洗浄する。前記洗浄工程の後、例えば、ショットガラスあるいはフェロ ガラスとしても称されるほう酸鉛ガラスあるいはほう酸亜鉛ガラスのガラス懸濁 液を、こうして形成された構造体上に供する。このガラス懸濁液をはんだ付けの 間に用いられた温度より低い温度、この例では７００〜７３０℃の間で焼結する 。ガラス１２は、半導体本体１と少なくともスラグ５の一部を覆う（図１参照） 。 本発明によると、結合層は、７〜１５重量％の範囲の量のアルニウムと８５〜 ９３重量％の範囲の量の銀を含んで構成される。このために、実施に際して良好 な結合層が得られる。実際、本発明にかかる結合層１４は、洗浄剤による攻撃に 対して非常に高い耐性を示すことがわかった。前記結合層１４は、好ましくは、 １０〜１５重量％の範囲の量のアルミニウムと８５〜９０重量％の範囲の量の銀 を含んで構成される。このために、結合層１４の強度が増加する。さらに、アル ミニウム含量が１０重量％未満の場合、製造工程における不良品の割合がより高 くなる。これは、半導体本体のケイ素が結合層中に溶解するという事実、および 溶解したケイ素とスラグの金属との間のケイ化物等の化合物の形成に原因する。 結合層１４が、１０〜１２重量％の範囲の量のアルミニウムと８８〜９０重量％ の範囲の量の銀を含んで構成される場合、付加的な利点が得られる。結合層１４ が、このようなアルミニウム量を含んで構成される場合、約７２７℃の比較的高 い溶融温度を有し、この結果、半導体本体１を不動態化するために、ガラス１２ を適用する間、結合層１４の再溶融により生じる問題は起きない。 種々の銀・アルミニウムの組成を有する結合層は、例えば、既知の蒸着あるい はスパッタ法を用いて半導体１上に特定の厚さで銀層とアルミニウム層を適用す ることにより得られる。例えば、約１１％の量のアルミニウムと約８９％の量の 銀を含んで構成される結合層に対しては、３．６５μｍの銀層と３μｍのアニミ ニウム層が適用される。アルミニウム層から損傷部分を除去するために、０．６ μｍのアルミニウムをいわゆる予備エッチング法でエッチング除去する。約８２ ０℃のはんだ付け処理の後、所望の結合層１４が得られる。スラグ５への拡散に より、蒸着により適用された組成からわずかに異なる組成の結合層が得られる。 好ましくは、半導体本体と結合層の間に、チタン含有層を適用する。このような チタン含有層により、結合層の半導体本体への非常に良好な接着の達成を可能に する。銀とアルミニウムの層が適用される前に、例えば、蒸着により、半導体本 体にこのような層が適用される。このようなチタン含有層は、例えば、約０．２ ミクロンの厚さを有する。 本願発明は上記の典型的な態様に限定されない。例えば、典型的な態様では、 半導体本体１は、対向面３、４間に１つのｐｎ接合２を備えたダイオードである 。しかしながら、半導体本体１が、多くの系列配置のｐｎ接合２を含んで構成さ れることは、選択的に可能である。このとき、この半導体装置は比較的に高い電 圧を調製するのに好適に使用できる。結合層１４の製造のための特別の技術は先 に記載している。しかしながら、このことは、本発明にかかる装置が、このよう な技術を用いてのみ製造できるということを意味すると理解されるものではない 。例えば、蒸着あるいはスパッタリングの代わりに、電子蒸着あるいは「化学蒸 着」（ＣＶＤ）等の適用技術を使用することができ、あるいは結合層はペースト を用いて供することができる。さらに、銀・アルミニウムの合金は、別個のアル ミニウム層と別個の銀層の代わりに供することができる。また、ガラス１２は上 記とは異なる方法、例えば、半導体本体とスラグの周囲にガラスチューブを供し 、このチューブを溶融することにより供することができる。例では、連結線はス ラグ５に確実にされる。しかしながら、例えば、スラグが適当なはんだ層に供さ れた後、スラグを電気的連結として直接使用することが、選択的に可能である。 このとき、半導体装置はいわゆる「表面実装」装置（ＳＭＤ）として使用できる 。さらに、スラグを先ず銅含有連結導体に、その後、半導体本体にはんだ付けす ることが可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．銀とアルミニウムとを含有した結合層を用いて遷移金属からなるスラグに連 結され、対向面間にｐｎ接合を有する半導体本体を含んで構成され、少なくとも 半導体本体とスラグの一部とがガラスで覆われてなる、ガラス中に封止された型 の半導体装置において、前記結合層が、７〜１５重量％の範囲の量のアルミニウ ムと８５〜９３重量％の範囲の量の銀を含んで構成されることを特徴とする半導 体装置。 ２．前記結合層が、１０〜１５重量％の範囲の量のアルミニウムと８５〜９０重 量％の範囲の量の銀を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の半導体 装置。 ３．前記結合層が、１０〜１２重量％の範囲の量のアルミニウムと８８〜９０重 量％の範囲の量の銀を含んで構成されることを特徴とする請求項１または２記載 の半導体装置。 ４．チタン含有層が、半導体本体と結合層との間に設けられることを特徴とする 請求項１、２または３記載の半導体装置。