JPS61156825A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61156825A
JPS61156825A JP59276104A JP27610484A JPS61156825A JP S61156825 A JPS61156825 A JP S61156825A JP 59276104 A JP59276104 A JP 59276104A JP 27610484 A JP27610484 A JP 27610484A JP S61156825 A JPS61156825 A JP S61156825A
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metal layer
semiconductor device
alloy
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Momoko Takemura
竹村　モモ子
Michihiko Inaba
道彦 稲葉
Toshio Tetsuya
鉄矢　俊夫
Mitsuo Kobayashi
三男 小林
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体装置に係り、特に素子チップをリードフ
レームのような配設台に固定する部分の改良をＩＩｌ−
）だ装置に関する。
（発明の技術的背景とその問題点） 従来、半導体素子チップをリードフレームなどに配設す
る場合、予め素子チップ底面にバナジウム（Ｖ）ＩＩを
被着し、このｖ層とリードフレームの間を錫銅（Ｓｎ−
Ｃｕ）合金からなるろう材により接合する構造が知られ
ている。Ｖ＊は密着性向上のための金属層で例えば５０
０人程定押薄く形成される。
このような構造の半導体装置は、通常の動作では殆ど問
題ないが、いくつかの信頼性試験で接合部が剥がれる、
という不良が発生することが確認されている。接合部の
はがれが生ビないまでも、電気的特性の劣化が認められ
る場合もある。電気的特性の劣化としては例えば、ｎｐ
ｎトランジスタの場合ＶｃＥ（ｓａｔ）の増大等がある
。これは、ろう付の際の加熱工程でろう材中のＣｕがＳ
ｉ！！板まで拡散することに起因すると考えられる。
一方、上記構造のＶｌｌと５ｎ−ｃｕ合金層との間に、
ＣＬＪの基板への拡散を防止する障壁とじてニッケル（
Ｎ　＋　＞層を２５００人程度介在させる構造が知られ
ている。しかし、Ｎｉ層は本来Ｃｕの拡散係数が小さい
にも拘らず、現実にはＣＬＩ拡散に対する障壁として十
分機能せず、この構造によっても電気的特性の改善は余
り認められないことが明らかになった。また、７層が５
００人程介在薄く、Ｎｉ層が１５００人程度８これより
厚い状態では、機械的信頼性も十分ではない。
このため、５ｎ−Ｃｕ合金ろう接合半導体装置は、信頼
性要求水準の比較的低い素子に限られて使用されていた
。
〔発明の目的〕
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、素子の電気
的特性を劣化させることなく、接触不良やはがれも生じ
難いチップ配設構造をもった半導体装置を提供すること
を目的とする。
〔発明の概要〕 本発明においては、半導体素子チップが、その底面に被
着されたチタニウム（Ｔ　ｉ　）　、クロム（Ｃｒ）、
ジルコニウム（Ｚｒ）、　ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム
（Ｖ）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（Ｎ　ｔ　＞　、コバルト
（ＣＯ）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Ｒ層とを介して、５ｎ−Ｃｕ合金からなる
ろう材により配設台に配設固定され、かつ前記第１の金
属層の厚みを第２の金属層のそれより厚くしたことを特
徴とする。
より具体的には第１の金属層を２０００Å以上とし、第
２の金属層を１５００Ａ以下とすることが好ましい。
第１の金属層は従来より厚く形成することによりろう材
中のＱｕが半導体素子チップに拡散するのを防止する障
壁として有効に機能する。第２の金ａｌＰ！はその膨張
係数が第１の金属層と５ｎ−ＣＵ合合金層中間にあり、
熱衝撃が与えられた時の内部応力を緩和する働きをする
。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第２の金属層が熱衝撃を効果的に緩和
する結果、機械的な信頼性に優れた半導体装置が得られ
る。このＭ２の金ｊＩ層を従来の例えばＶＩＭ−Ｎ　１
ｌｌ−３ｎ−Ｃｕ合金層構造のＮｉ層より薄くしてかつ
熱衝撃に強くなる理由は、ＮｉとＣｕとは全率固溶型合
金を形成するものであり、ろう付過程においてＣｕがＮ
ｉ中へ拡散し甚だしい場合は５ｎ−Ｃｕ中に空隙を生じ
て強度低下をもたらすが、Ｎｉ層を薄くすることにより
このＣｕの拡散移動層を減少させることができるためで
ある。
また第１の金属層を第２の金属層より厚くすることによ
り、これが８１１−ＱＬＪ合金月からの素子チップへの
Ｑｕ拡散を効果的に防止して、電気的特性の劣化が防止
される。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図は一実施例の構造を示している。図において１は半導
体素子チップ、２は、７ｔ、　Ｏｒ、　ｚｒ。
Ｎｂ、Ｖのなかの一種またはこれを主成分とする合金か
らなる第１の金属層であり、その厚みは２０００Å以上
とする。３は、Ｎｉ、Ｇｏ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の金属層であり、その厚みは
１５００Å以下とする。
４はろう材としての５ｎ−Ｃｕ合金層でり、その厚みは
２μｍ程度とする。５はＣＵリードフレームの如き配設
台である。
この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に分割される前のウェーハ゛の裏面に第１
の金属層２を２０００Å以上の厚さに被着し、続いて第
１の金属層２の表面に第２の金属層３を１５００Å以下
の厚さに被着し、更にその表面に：　Ｓ　ｎ　６０ｗｔ
％で残分Ｃｕの５ｎ−Ｃｕ合金層４を蒸着法により被着
する。このように三層の金属層を形成したウェーハを各
素子チップ１に分割する。そして配設台５を４１５℃以
上に加熱しておき、素子チップ１の３ｎ−Ｃｕ合金！！
４を配設台５に押圧することにより、３ｎ−ＣＬＪ合金
が融解し、冷却後再び固化して素子チップ１と配設台５
が相互に固着される。
具体的に半導体素子としてｎｐｎ小信号トランジスタ（
Ｔφ−９２）について本発明を実施した時の信頼性評価
の結果を比較例と共に下表に示す。
表の実施例１は、第１の金属層としてＶ！！を２７００
人、第２の金属層としてＮ１ＷＩＩを１５００人、５ｎ
−ｃｕｉｉを２μ瓦形成して配設台に接合したものであ
る。実施例２は、第１の金属層としてＴｉ層を３０００
人、第２の金属層としてＮｉＮを１５００人、３ｎ−Ｃ
ｕ層を１．５μｍ形成して配設台に接合したものである
。また表の比較例１は、７層１０００人と５ｎ−Ｃｕ層
２．ｃｚｍを８４Ｍ形成して配設台に接合したもの、比
較例２はＴｉ層１０００人と５ｎ−Ｃｕ層１．５μｍを
積層して配設台に配設したものである。
表のＴＳＴは熱衝撃テスト（ボイリング１５分／−７５
℃１５分の１０サイクル）の結果、ＦＤｏＴはフレーム
ドライアイステスト（２００℃／−７５℃の１０サイク
ル）の結果であり、耐半田性は２３０℃でＰｂ−８ｎ共
晶半田を５ｎ−Ｃｕ面に付けて剥がす半田めくりテスト
の結果であり、それぞれ試験数（分母）に対する不良発
生数（分子）を示している。
上記表から明らかなように、実施例１．２はいずれも熱
衝撃テストで不良発生はＯであり、従来のものに比べて
信頼性の点で優れていることが確認された。また電気的
特性についても、実施例のものが従来に比べて小さいＶ
ＣＥ　（Ｓａｔ　）が得られることが確認された。
以上述べたように本発明によれば、５ｎ−Ｃｕろう付を
利用して電気的特性に優れた信頼性の高い半導体装置を
得ることができる。
なおデータは第１の金属層としてＶ、Ｔｉを用いた場合
、第２の金属層としてＮｉ層を用いた場合だけを上げた
が、これらの合金を用いた場合にも本発明は有効であり
、またＭｌの金属層としてＯｒ、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或いはそ
の合金を用いた場合にも同様の効果が得られることが確
認されている。
またろう材としての５ｎ−ＣｕｌＦ！は、Ｓｎが３８〜
９２．４ｗｔ％の範囲で適宜選択することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例における。半導体素子を配設台に接
合した状態を示す。 １・・・半導体素子チップ、２・・・第１の金属層、３
・・・第２の金属層、４・・・５ｎ−Ｃｕ！ＩＩ　（ろ
う材）、５・・・配設台。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （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
    ・銅合金からなるろう材により配設台に配設固定され、
    かつ前記第１の金属層の厚みを第２の金属層のそれより
    厚くしたことを特徴とする半導体装置。
  2. （２）前記第１の金属層の厚みが２０００Å以上であり
    、第２の金属層の厚みが１５００Å以下である特許請求
    の範囲第１項記載の半導体装置。
JP59276104A 1984-12-28 1984-12-28 半導体装置 Pending JPS61156825A (ja)

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JP2006108604A (ja) * 2004-09-08 2006-04-20 Denso Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2017112277A (ja) * 2015-12-17 2017-06-22 三菱マテリアル株式会社 接合体、冷却器付きパワーモジュール用基板、冷却器付きパワーモジュール用基板の製造方法

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