JPS5936822B2 - 圧接形半導体装置 - Google Patents

圧接形半導体装置

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JPS5936822B2
JPS5936822B2 JP589279A JP589279A JPS5936822B2 JP S5936822 B2 JPS5936822 B2 JP S5936822B2 JP 589279 A JP589279 A JP 589279A JP 589279 A JP589279 A JP 589279A JP S5936822 B2 JPS5936822 B2 JP S5936822B2
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electrode
metal layer
metal
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molybdenum
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JP589279A
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辰夫 宮嶋
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • 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
    • H01L2224/831Methods 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 the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
    • H01L2224/83101Methods 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 the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus as prepeg comprising a layer connector, e.g. provided in an insulating plate member

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  • Die Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電極構造を改良した圧接形半導体装置に関す
るものである。
大電力用のダイオードまたはサイリスタ等は圧接電極構
造を有するものが主流となつてきた。
このような圧接電極構造を有する大電力用のダイオード
またはサイリスタは半導体基板と電極との接続をろう材
等によつて行なわないので通電動作時にろう材の熱疲労
が起ることがなく高い信頼度を得ることができる。この
ような圧接形半導体装置には、銅製の陰極外部導出導体
と半導体基板との間に例えばモリブデン、タングステン
等の金属で形成された介在導体を設け、この介在導体を
介して前記陰極外部導出導体が半導体基板に形成された
アルミニウム等のオーム性接触層の表面に圧接される外
部導出導体間接接触形のものと、前記外部導出導体が直
接的に前記半導体基板上のオーム性接触層の表面に圧接
される外部導出導体直接接触形のものとがある。
第1図、第2図はこのような従来の2種類の圧接形ダイ
オードを示す断面図である。
第1図の外部導出導体間接接触形圧接形ダイオードに於
て1は直径637!tmのシリコン基板にガリウムやリ
ン等の不純物を熱拡散してP+NN+構造を形成してな
るダイオード基板、2はこのダイオード基板1をろう材
3を介して支持するモリブデン支持板であり前記ダイオ
ード基板1の陽極側主面1aに接着される。
4は前記ダイオード基板1の陽極側主面1aとは逆の陰
極側主面1bにスパツタ法、化学的気層成長法、蒸着法
等の方法で形成され前記ダイオード基板1とオーム性接
触を成す厚さが10μmのアルミニユウム電極、5は前
記アルミニユウム電極4の表面に押圧される厚さが0.
511のモリブデン円板、タングステン円板等で作られ
た介在導体、6は前記ダイオード基板1を支持する支持
板2に圧接される銅製の陽極外部導出導体、7は前記ダ
イオード基板1に形成されたアルミニユウム電極4に介
在導体5を介して圧接される銅製の陰極外部導出導体で
ある。
これら二つの外部導出導体6,7には前記ダイオード基
板1を挟持するように互に逆方向に例えば200kfI
/Cdの圧力が加えられる。第2図の外部導体直接接触
形圧接形ダイオードに於て1〜4および6,7は前記第
1図の対応する符号と同様の機能を有するが、前記介在
導体5が使用されない点に於て第1図に示すダイオード
とは異なる。
8は前記陰極外部導出導体のダイオード基板1側の主面
に設けられたニツケルメツキ層である。
このニツケルメツキ層8は前記陰極外部導出導体7に加
えられる前記圧力によりダイオード基板1のアルミニユ
ウム電極4に押圧される。上記第1図、第2図に示す従
来の圧接形ダイオードをこの陰極および陽極の両方の外
部導出導体6,7に例えば200k9/dの圧力を加え
、かつ平均電流1500Aで接合温度が150℃になる
ような状態にして50〜700時間通電すると第1図に
示す圧接形ダイオードについては前記アルミニユウム電
極4と前記介在導体5とが、また第2図に示す圧接形ダ
イオードについては前記アルミニユウム電極4と前記ニ
ツケルメツキ層8とが各々部分的に接着することがあり
、この接着部分に生ずる局部応力によりダイオード基板
1にクラツク等が生じ耐圧劣化等の特性不良が生ずる。
このような接着現象は第1図の圧接形ダイオードについ
ては前記ダイオード基板1と介在導体5間、また第2図
の圧接形ダイオードについては前記ダイオード基板1と
陰極外部導出導体7間の各各の熱膨張係数の差によつて
、それらの金属の接触面が前記通電による温度サイクル
によう互にこすり合され二つの金属の原子が互に接近し
この状態で熱エネルギが与えられることにより起るもの
と考えられる。またモリブデン等の融点が1600℃以
上の高融点金属とアルミニユウム等の融点が1600℃
未満の低融点金属間またはニツケルとアルミニユウム等
いずれも融点が1600℃未満の低融点金属間では溶着
温度が低融点金属側に引張られ、互に低温度で接着が起
クやすいことが確かめられているので、これも接着現象
の1つの原因と考えられている。さらにこのような接着
現象は上述の金属の組合せの他にモリブデン等の前記高
融点金属とこれらの金属よりも融点の低いチタン、ニツ
ケル、クロム、鉛、銀、白金シリサイド等の半導体基板
の表面電極用金属との間でも発生しうることがわかつて
いる。
このような接着現象はダイオード基板1の面積が大きく
なる程、一様な圧接接触が困難となるため起ジやすく、
アルミニユウム電極4の圧接接触面面積が約30d以上
になるとこの傾向は顕著になる。またこのようなダイオ
ード基板1の大口径化にともないダイオード基板1中で
の少数キヤリアの寿命の面分布も一様にすることが困難
となジ、上記接着現象の原因となる。さらにこの・よう
な接着現象は圧接圧力にも影響され100kgγ未満の
低い圧接圧力では一様な圧接が困難となり発生しやすい
。この発明は上記従来の圧接形半導体装置の欠点を取除
くためになされたものであ9、通電動作時に接着現象を
生じない圧接形半導体装置を提供するものである。
第3図はこの発明の一実施例になる圧接形ダイオードの
断面図である。
図中第1図と同一符号は相当部分を示すものであジ説明
は省略する。図に於て9は介在導体5が圧接されるアル
ミニユウム電極4の表面にモリブデン、タングステン、
バナジユウム、口ジニウム、イリジユウム、ニオブ、オ
スミユウム、ハフニウム等の融点が1600℃以上の高
融点金属またはこれらの金属の一つを少なくとも含む合
金をスパツタ法によジ被着してなる厚さが0.5〜2μ
mの金属層である。この場合介在導体5の金属層9に圧
接される側の主面の表面粗さを0.5μm未満にしなけ
ればならない。また上記複数の高融点金属のうちその入
手の容易性や価格の観点より通常モリブデンまたはタン
グステンが使用される。上記一実施例によれば介在導体
5が圧接されるアルミニユウム電極4の表面には−E記
高融点金属で形成された金属層9を有するので前述のよ
うに陰極卦よび陽極の両方の外部導出導体6,7に例え
ば200kg/dの押圧力を加え、かつ平均電流150
0Aで接合温度が150℃になるような状態にして10
00時間通電しても、前記ダイオード基板1と陰極外部
導出導体7間でこれらの熱膨張係数の差によつて金属層
9と介在導体5はこすり合されて鏡面になるが両方の金
属が共に上記高融点金属で形成されるためこれらが接着
することはなく。
したが゛つて前記従来の圧接形タイオートのように耐圧
不良等が発生することもなかつた。なお上記介在導体5
の表面粗さを0.5μm未満に形成するのは、この介在
導体5が圧接される上記金属層9にモリブデン等の高融
点でかつ蒸気圧が高くない金属を用いるため、厚く形成
することができず、このためもし上記介在導体5の圧接
面の表面粗さが0.5μmを越えるものであれば、介在
導体5の表面部分が前記金属層9をつき破9直接的にア
ルミニユウム電極4と接触し上記効果を生じなくなるか
らである。上記説明では圧接圧力の2001<9/Cd
の圧接形ダイオードについて述べたが、これよね低い6
0k1論〜99kgjの圧接圧力の圧接形ダイオードに
この発明を応用した場合も前記効果と同様の効果を有す
る。
また金属層9の圧接面面積が30d以上の人口径ダイオ
ード基板1を有する圧接形ダイオードでも上記同様の効
果を有する。第4図はこの発明の他の実施例になる圧接
形ダイオードの断面図であ9、10は第3図に示す一実
施例のアルミニユウム電極4と金属層9からなる二層の
電極に代え、それ自体がオーム性接触の形成が可能なチ
タン、ニツケル、アルミニユウム、白金シリサイド等の
金属と、前記モリブデン、タングステン、バナジユウム
、口ジニウム、イリジユウム、ニオブ、オスミユウム、
ハフニユウム等の融点が1600′C以上の高融点金属
から成る例えばモリブデン・チタン、バナジユウム・チ
タン、バナジユウムニツケル、タングステン・チタン等
の合金をスパツタ法等で直梓的にダイオード基板1の陰
極側主面1b上に形成して成る合金電極である。
上記オーム性接触の形成が可能な金属と上記高融点金属
から成る合金電極10はそれぞれの金属の特性を兼ね備
えているので、このような他の実施例も上記一実施例と
同様の効果を有する。第5図はこの発明の他の実施例に
なる圧接形ダイオードの断面図である。図中第2図と同
一符号は相当部分を示すものであり説明は省略する。図
に於て9aはアルミニユウム電極4の表面にモリブデン
、タングステン、バナジユウム、口ジニウム、イリジユ
ウム、ニオブ、オスミユウム、ハフニユウム等の融点1
600℃以上の高融点金属またはこれらの金属の一つを
少なくとも含む合金をスパツタ法により被着してなる厚
さが0.5〜2μmの第1の金属層、9bは前記陰極外
部導出導体17のダイオード基板1側の主面に前記第2
図に示すニツケルメツキ層8に代え形成された第2の金
属層であり、前記第1の金属層9aと同様の金属から選
ばれる。第2の金属層9bの表面粗さも前記第3図のも
のと同様の理由により0.5sn未満にしなければなら
ない。また上記複数の高融点金属のうちその入手の容易
性や価格の観点よ)通常モリブデンまたはタングステン
が使用される。上記他の実施例によれば互に圧接される
アルミニユウム電極4と陰極外部導出導体7の各々の表
面に第1、第2の金属層9a,9bを形成したので、前
述のように陰極および陽極の両方の外部導出導体6,7
問に互に逆方向に例えば200k9/C7ilの圧力を
加えかつ平均電流1500Aで接合温度が150℃にな
るような状態にして1000時間通電しても、前記ダイ
オード基板1と陰極外部導出導体7間でこれらの熱膨張
係数の差によつて第1、第2の金属層9a,9bが互に
こすジ合されて鏡面になるがこの両方の金属層9a,9
bが共に融点が1600℃以上の高融点金属で形成され
ているため、これらが接着することはなく、したがつて
前記一実施例と同様の効果を有する。第6図はこの発明
の他の実施例になる圧接形ダイオードの断面図であり、
10は第5図に示す他の実施例のアルミニユウム電極4
と第1の金属層9aからなる二層の電極に代え、それ自
体がオーム性接触の形成が可能なニツケルチタン、アル
ミニユウム、白金シリサイド等の金属と、前記モリブデ
ン、タングステン、バナジユウム、ロジユウム、イリジ
ユウム、ニオブ、オスミユウム、ハフニユウム等の高融
点が1600℃以上の高融点金属から成る例えばモリブ
デン・チタン、バナジユウム・チタン、バナジユウム・
ニツケル、タングステン・チタン等の合金をスパツタ法
等で直接的にダイオード基板1の陰極側主面1bに形成
して成る合金電極である。上記オーム性接触の形成が可
能な金属と上記高融点金属から成る合金はそれぞれの金
属の特性を兼ね備えているので、このような他の実施例
も前記一実施例と同様の効果を有する。なお上記説明で
は圧接形ダイオードについて述べたが、この発明はこれ
に限定されるものではなく例えば圧接形サイリスタ、圧
接形トランジスタ等の電力用圧接形半導体装置全般に適
用できる。
以上のようにこの発明は圧接形半導体装置に於て、半導
体基板の主面に被着された電極の少なくとも表面とこの
電極に圧接される金属層とを高融点金属またはこの金属
を含む合金で形成したものであるので、通電動作時に前
記電極と前記金属層の接着現象が発生せず、したがつて
この接着現象による耐圧劣化等が生じないという優れた
効果を有する。
【図面の簡単な説明】 第1図、第2図は従来の圧接形ダイオードを示す断面図
、第3図はこの発明の一実施例になる圧接形ダイオード
を示す断面図、第4図〜第6図はこの発明の他の実施例
になる圧接形ダイオードを示す断面図である。 図中同一符号は相当部分を示すものである。1はダイオ
ード基板、4はアルミニ1ウム電極、5は介在導体、9
は金属層、9aは第1の金属層、9bは第2の金属層、
10は合金電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板と、この半導体基板の主面に被着された
    電極と、この電極に圧接される外部導出導体と、この外
    部導出導体と前記電極との間に介在する金属層とを備え
    たものにおいて、前記電極の少なくとも表面と前記金属
    層とを高融点金属またはこの金属を含む合金で形成した
    ことを特徴とする圧接形半導体装置。 2 高融点金属はモリブデン、タングステン、バナジユ
    ウム、ロジユウム、イリジユウム、ニオブ、オスミユウ
    ムまたはハフニユウムであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の圧接形半導体装置。 3 金属層は電極とこの電極を押圧する外部導出導体と
    で挾持される介在導体であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の圧接形半導体装置。 4 金属層は電極を押圧する外部導出導体の電極側の主
    面に形成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の圧接形半導体装置。 5 電極は半導体基板の主面にアルミニウム、ニッケル
    、チタン、白金シリサイド等の金属で形成されたオーム
    性接触層とこのオーム性接触層上にモリブデン、タング
    ステン、バナジユウム、ロジユウム、イリジユウム、ニ
    オブ、オスミユウム、ハフニユウム等の金属またはこの
    金属を含む合金で形成された表面層から成ることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の圧接形半導体装置。 6 電極はモリブデン、タングステン、バナジユウム、
    ロジユウム、イリジユウム、ニオブ、オスミユウム、ハ
    フニユウム等の金属とチタン、ニッケル、アルミニウム
    、白金シリサイド等の半導体基板とオーム性接触が可能
    な金属との合金で形成されることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の圧接形半導体装置。
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JPS60145657A (ja) * 1984-01-09 1985-08-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPS61105849A (ja) * 1984-10-30 1986-05-23 Internatl Rectifier Corp Japan Ltd 半導体装置の製造方法

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