JPS60195953A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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】 〔技術分野〕 本発明は、半導体装置の電極形成に適用して有効な技術
に関するものである。

〔背景技術〕

電子機器の小屋化の傾向に伴ない、高密度実装に適した
リードレスタイプのいわゆるチップキャリア型半導体装
置の需要が、今後一段と増加していくものと考えられる
。

セラミックパッケージからなるチップキャリア型半導体
装置は、パッケージ基板のキャビティ底部に金−シリコ
ン共晶等でベレットを取り付け、該ベレットのポンディ
ングパッドとパッケージの内部電極とを金等のワイヤを
用いて電気的接続を行なった後、該パッケージ基板とキ
ャップとを銀ろう材を用いて接着することにより、内部
を気密封止して形成することができるものである。

また、前記半導体装置の外部電極は、半田付実装を行な
えるように、パッケージ上面に直接被着されているいわ
ゆる印刷導体（メタライズ）層上に第１層としてニッケ
ルを、第２層として金を、めっき等の方法で被着して形
成することができる（特開昭５３−３６４６８号公報）
。

ところで、前記の如き半導体装置では、融点の低い銀ろ
う材を用いているのでパッケージを比較的低温で行なう
ことができるという利点がある反面、ろう材が金、銀を
主成分としているため非常に高価にならざるを得ないと
いう欠点がある。

そこで、パッケージの封止剤として安価な低融点ガラス
を用いることにより、チップキャリア型パッケージから
なる半導体装置のコスト低減を図ることが考えられる。

しかし、低融点ガラスを用いてパッケージを気密封止す
るためには、パッケージ基板とキャップとの間に低融点
ガラスを介在させた状態で、一定時間高温、たとえば４
５０℃に加熱処理をする必要がある。

ところが、前記のような加熱処理を行なう場合は、パッ
ケージの前記ニッケルおよび金の２層からなる外部電極
は、特に金属が薄く形成されている場合は、半田付性が
低下するため、半導体装置を半田を用いて実装すること
ができなくなるという問題が本発明者により見い出され
た。これは、金属が薄いため該金属を通して内側のニッ
ケルが酸化されること、またはニッケルと金との合金化
が進み拡散して表面に達したニッケルが酸化されること
が主な原因であると考えられる。

従って、前記問題は表面金層を厚く形成することにより
解決できるものであるが、金層な厚くするということは
、必然的に半導体装置のコスト上昇という問題を招来す
ることになる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、セラミックパッケージからなるチップ
キャリア型半導体装置の信頼性向上に適用して有効な技
術を提供することにある。

本発明の他の目的は、信頼性の高い前記半導体装置の電
極形成に適用して有効な技術を提供することにある。

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
。

〔発明の概要〕

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、次の通りである。

すなわち、メタライズ層上に第１層として鉄。

ニッケル、コバルトまたは銅と貴金属との加熱処理形成
物を被着し、該第１層上に第２層として貴金属な被着し
て電極を形成することにより、第１層が鉄、ニッケル、
コバルトまたは銅を単独で用いた場合に比べ、半導体装
置をガラスの軟化温度に加熱してパッケージの気密封止
を行なうことにより製造する場合であっても、半田付性
の優れた電極を備えた半導体装置を提供することができ
るものである。

また、前記半導体装置は、メタライズ層上に鉄。

ニッケル、コバルトまたは銅を被着し、その上面に貴金
属な被着した後、還元性または不活性気体雰囲気中にお
いて、所定温度で所定時間加熱処理することにより、第
１層の加熱処理形成物を形成し、その後該第１層上に貴
金属を被着することにより製造することができるもので
ある′。

なお、ここで加熱処理形成物とは金属間化合物を含めた
広い意味の合金をいい、また必ずしも第１層全体が均一
な状態を形成しているものに限るのでなく、貴金属とニ
ッケル等との界面近傍にのみ化学的に安定な合金層を形
成しているものをも含むものである。

〔実施例１〕 図は、本発明による実施例１であるチップキャリア製半
導体装置を、そのほぼ中心を通る面における断面図で示
したものである。

本実施例１０半導体装置は、セラミックからなるパッケ
ージ基板１のキャビティ２の底部にペレット３を金−シ
リコン共晶等のろう材４で取り付け、該ベレットのポン
ディングパッド５と内部電極６とを金等のワイヤ７で電
気的に接続した後、パッケージ基板封止部にセラミック
製キャップ８を低融点ガラス９を介して接着し、キャビ
ティ２を気密封止することにより、完成されてなるもの
である。

なお、本実施例１の半導体装置の特徴は、パッケージ基
板１の表面に（一部は該基板内に埋設されている。）タ
ングステン等の高融点金属で形成されているメタライズ
層１０の上面に、第１層１１としてニッケルと金との加
熱処理形成物を形成し、該第１層１１上面に第２層１２
として金゛を被着することにより、２層構造の内部電極
６および外部電極１３を形成したことにある。

すなわち、前記電極を備えた半導体装置は、□低融点ガ
ラスで気密封止するため、たとえば４５０℃に加熱処理
された場合であっ【も、外部電極の半田付性が保持され
るので、確実に半田付実装な行な５ことができるもので
ある。

これは、前記ガラス封止温度においては、比較的第２層
の金が薄い形状のものであり【も、または第ｉ層にピン
ホールが発生していても、第１層が酸化を受けにくく、
さらには、第１層がニッケルのみで形成されている場合
に比べ、本実施例に示す電１層の加熱処理形成物は第２
層の金と合金を形成し罠くいためと考えられる。したが
って、パッケージの気密封止終了後も、電極形成初期の
状態が、はぼ保持されているので半田付性が保たれてい
るものと考えられる。

本実施例１０半導体装置は、通常の方法で製造されたパ
ッケージ基板１のタングステン等からなるメタライズ層
に、初めにニッケルをめっき等の方法で被着し、次いで
該ニッケル上面に金を同様に被着する。この場合、金属
の被着厚としては、たとえばニッケルが２μｍ、金が０
．５μ倶あれば十分である。

その後、ニッケルおよび金が被着されたパッケージ基板
１を水素等の還元性気体または窒素、アルゴン等の不活
性気体の雰囲気の下で、約４５０℃で３０分間加熱処理
を行ない、第１層や加熱処理形成物とする。

ニツオ〃と金とは比較的含金を形成し易いものであ？、
空気中で加熱する場合は半田付性が著しく低下していく
が、前記のような酸素の存在しない雰囲気の下で加熱処
理を互な？た場合は、耐酸化性の合金が形成されるもの
と考えられる。

な押、第１層形成のた吟ヤ加勢処理は、前記条件に限る
ものでなく、約３００℃以上であれば十分に前記第１層
を形成することができるものである。

第１層を前記の如く形成した後、該第１層上に金を、た
とえばめっきにて被着することにより第２層を形成する
。第２層としては１．たとえば１μ情の厚さがあれば十
分である。

前記の如く形成された２層からなる電極を備えたパッケ
ージ基板１を用いて、通常の方法でペレット付け、ワイ
ヤボンディング等の組立を終了した後、セラミックから
なるキャップとパッケージ基返の封止部との間に低融点
ガラスを介在した状態で、たとえば約４５０℃に加熱し
てパッケージを気密封止することにより、本実施例１の
半導体装置は容成されるものである。

本実施例の半導体装置は、前記の如く比較的化学的に安
定な第１４からなる電極を備えているため、特に外部電
極はパッケージのガラス封止工程に、おいて、高温の状
態で空気にさらされても、なお半田付が良好なものであ
る。

また、第１層が化学的に安定であるため、第２層の貴金
属層を比較的薄く形成しても十分な半田付婢を備えた半
導体装置を提供できるものである。

〔実施例２〕 本発明による実施例２である半導体装置は、前記実施例
１とほぼ同様の構造からなるものであるが、電極のみが
異なるものである。

すなわち、本実施例２の半導体装置は、前記実施例１に
示した電極の第１層１１の材料であるニッケルの代りに
鉄を用いて、その電極を形成したものである。その他、
電極材料を含めた他の構成材料は、全て前記実施例１と
同一のものであり、またその製造方法も準じて行ないう
るものである。

本実施例２のように、鉄を用いて電極を形成した場合、
ニッケルの場合と同様半田付性が優れた電極を備えた半
導体装置を製造することができるものである。これは、
鉄がニッケル同様に化学的に安定な加熱処理形成物から
なる第１層を形成していること罠よると考えられる。

〔実施例３〕 本発明による実施例３である半導体装置は、前記実施例
１に示したものとほぼ同一のものである。

本実施例３０半導体装置は、その電極の第１層が、前記
実施例１のニッケルの代りにコバルトを用いて、コバル
トと金との加熱処理形成物で形成されてなるものであり
、さらに該第１層１１上に第２層１２として金を被着し
てなるものである。

メタライズ層１０上にコバルトな被着し、咳コバルト上
に金を被した２層からなる電極であっても、耐酸化性を
備え、かつ半田付性が良好な電極とすることができるも
のであるが、本実施例３のようにコバルトと金とを非酸
化性雰囲気中で加熱処理して第１層１１上置成すること
により、極めて耐酸化性、半田付性等の優れた電極を形
成することができるものである。それ故、極めて信頼性
の高い半導体装置を製造することができるものである。

なお、コバルトと金とは反応性が低いので比較的高温、
たとえば６００℃〜９００℃の範囲が好ましく、６００
℃位で約３０分間処理すれば、十分な耐酸化性を備えた
電極とすることができる。

〔実施例４〕 本発明による実施例４である半導体装置は、前記実施例
１とほぼ同一の半導体装置である。

本実施例４０半導体装置は、その電極が、メタライズ層
１０上に、銅と銀との加熱処理形成物からなる第１層１
１を、該第１層上に銀からなる第２層１２を被着形成し
たものである。

本実施例４に示す電極も、初めにメタライズ層１０上に
、たとえば０．５〜１．０μ情の銅をめっき等で被着し
、その上に０．５〜１．０μ常の銀を同じくめつき等で
被着した後、所定条件の非酸化性雰囲気中で加熱処理を
行ない第１層とし、該第１層上に約１μ情の金を同様の
方法で被着して第２層１２とすること罠より、形成され
てなるものである。

前記鋼および銀で形成される第１層１１は、前記実施例
１のニッケルおよび金で形成されてなる電極第１層１１
と同様Ｋ、銅と銀との反応性カシ高いので比較的低温、
たとえば３００℃以上で加熱処理した方が好ましい。こ
のように加熱処理を行なうことにより、化学的に安定な
加熱処理形成物からなる第１層を形成することができる
ので、前記実施例３同様に非常に優れた電極を備えた半
導体装置を、それもより安価に製造することができるも
のである。

〔効果〕

（１）　セラミックパッケージからなるチップ式キャリ
ア屋半導体装置の、少なくとも外部電極をメタライズ層
上に鉄、ニッケル、コバルトまたは銅と貴金属との加熱
処理形成物で第１層を形成し、該第１層上に貴金属で第
２層を形成することにより、第１層を化学的に安定にす
ることができるので、ガラス封止温度においても第２層
を通してまたは第２層のピンホール等を通して第１層が
酸化を受けにくい電極を備えた半導体装置を提供するこ
とができる。

（２）第１層が化学的に安定であることより、第２層と
の反応を抑制できるので、第２層との合金形成等による
第２層の破壊を防止することができる。

（３）前記（１）および（２）より、パッケージを低融
点ガラスを用いて気密封止を行なっても、半田付性が良
好な外部電極を備えた半導体装置を提供することができ
る。

（４）前記（３）より、半田付実装を確実に行なうこと
ができる信頼性の高い半導体装置を安価に提供すること
ができる。

（５）電極第１層を鉄またはニッケルと金との加熱処理
形成物で形成することにより、第１層を鉄またはニッケ
ル単独で形成する場合に比べ、第２層の厚さを薄くする
ことが可能で金の使用量を大巾に減らすことができるの
で、半導体装置のコスト低減を達成できる。

（６）　電極第１層をコバルトと金との加熱処理形成物
で形成することにより、非常に化学的に安定な第１層を
形成することができるので、極めて信頼性の高い半導体
装置を提供できる。

（７）前記（６）より、第１層を非常に化学的に安定な
第１層を形成することができるので、第２層の金を一段
と薄くすることができ、大巾なコスト低減を達成するこ
とができる。

（８）第１層を銅と銀との加熱処理形成物で形成するこ
とにより、前記（６）および（７）に記載したと同様な
効果に加えて、安価な材料で形成することができるので
、さらに半導体装置のコスト低減を達成することができ
る。

（９）メタライズ層上に鉄、ニッケル、コバルトまたは
銅を被着し、その上に貴金属な被着した後、還元性また
は不活性気体中で、所定温度にて所定時間処理すること
により、化学的に安定な加熱処理形成物を容易かつ確実
に形成することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、電極材料の組合わせは、必ずしも実施例に示
したものに限るものでない。特に、第２層を金を用いた
ものについてのみ説明したが、銀またはパラジウム等の
他の貴金属であってもよく、電極材料の被着厚も実施例
に示したものに限定するものでないことは言うまでもな
い。

また、電極材料の被着方法としては、めっき法のみを取
り上げたが、蒸着等の他の方法によってもよく、まため
っき法としては電気めっきまたは化学めっきのいずれで
あってもよい。

さらに、電極第１層の加熱処理条件は、使用する材料に
応じて任意に変え得るものであり、実施例に示した温度
９時間等に限定されるものでないことも言うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明による実施例である半導体装置を示す断面
図である。 １・・・パッケージ基板、２・・・キャビティ、３・・
・ベレッ、ト、４・・・ろう材、５・・・ポンディング
パッド、６・・・内部電極、７・・・ワイヤ、８・・・
キャップ、９・・・低融点ガラス、１０・・・メタライ
ズ層、１１・・・第１層、１２・・・第２層、１３・・
・外部電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　セラミックパッケージからなるチップキャリア型
   半導体装置において、パッケージ形成されている。軍属
   のうち少なくとも外部電極が、メタライズ層上に鉄、ニ
   ッケル、コバルトまたは銅と貴金属との加熱処理形成物
   で形成された第１層と該第１層上に貴金属で形成された
   第２層とからなることを臀徴とする半導体装置。 ２、貴金属が金または銀であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記舅の半導体装置。 ３、セラミックパッケージか、らなるチップキャリア型
   半導体装置の製造方法において、パッケージに形成され
   ている電極のうち少なくとも外部電極を、メタ２イズ層
   上に鉄、ニッケル、コバルトまたは銅を被着し、さらに
   そのよ、に貴会μを被着した後、還、元性または不活性
   隼体雰囲気中で加熱処理を行なうことにより第ｉｌｌを
   形成し、その後該第１層上に貴金属な被着して第２層を
   形成することにより形成することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。 ４、加熱処理を、３００℃〜９００℃の温度範囲で行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体
   装置の製造方法。 ５、鉄、ニッケル、コバルト、銅または貴金属をめっき
   法で被着することを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の半導体装置の製造方法。