JPH07335865A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH07335865A JPH07335865A JP12731594A JP12731594A JPH07335865A JP H07335865 A JPH07335865 A JP H07335865A JP 12731594 A JP12731594 A JP 12731594A JP 12731594 A JP12731594 A JP 12731594A JP H07335865 A JPH07335865 A JP H07335865A
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- aluminum
- electrode
- type semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、圧接型の半導体装置におい
て、熱サイクルによる電極の変形を防止することであ
る。 【構成】電極を、アルミニウム層とこれより硬度が大き
な金属層とからなる多層構造とする。 【効果】硬度が大きな金属層により電極が変形しにくく
なる。これにより、圧接型半導体装置の信頼性が向上す
るとともに寿命が長くなる。
て、熱サイクルによる電極の変形を防止することであ
る。 【構成】電極を、アルミニウム層とこれより硬度が大き
な金属層とからなる多層構造とする。 【効果】硬度が大きな金属層により電極が変形しにくく
なる。これにより、圧接型半導体装置の信頼性が向上す
るとともに寿命が長くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧接構造形の半導体装
置のカソード電極構造に係り、特にスタック等に組み上
げられた加圧状態において、温度サイクルによる熱疲労
の応力がカソード側電極に加わっても変形しにくい電極
構造に関する。
置のカソード電極構造に係り、特にスタック等に組み上
げられた加圧状態において、温度サイクルによる熱疲労
の応力がカソード側電極に加わっても変形しにくい電極
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の圧接構造形のゲートター
ンオフサイリスタ(以下ＧＴＯと略す)のセル断面構造及
びカソード側アルミ電極の電極構造を示す。シリコン等
の半導体で形成されたＧＴＯのセル断面５のアノード側
にはアノード電極６が設けられ、カソード側及びゲート
部には真空蒸着法等で形成されたアルミニウム製のカソ
ード電極２及びゲート電極４が設けられている。実際の
圧接構造形のＧＴＯは、一つの円形半導体基体に多数の
セルが形成されたものである。この半導体基体を、その
上下に設けられた銅製の電極によって挟み、これらの銅
製の電極を外部から規定の圧力で加圧することによっ
て、多数のセルを並列に接続する。
ンオフサイリスタ(以下ＧＴＯと略す)のセル断面構造及
びカソード側アルミ電極の電極構造を示す。シリコン等
の半導体で形成されたＧＴＯのセル断面５のアノード側
にはアノード電極６が設けられ、カソード側及びゲート
部には真空蒸着法等で形成されたアルミニウム製のカソ
ード電極２及びゲート電極４が設けられている。実際の
圧接構造形のＧＴＯは、一つの円形半導体基体に多数の
セルが形成されたものである。この半導体基体を、その
上下に設けられた銅製の電極によって挟み、これらの銅
製の電極を外部から規定の圧力で加圧することによっ
て、多数のセルを並列に接続する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】スタック等の実装状態
で使用する場合、ＧＴＯは温度上昇する動作期間と温度
下降する休止期間との繰り返し、すなわち温度サイクル
のもとで使用される。
で使用する場合、ＧＴＯは温度上昇する動作期間と温度
下降する休止期間との繰り返し、すなわち温度サイクル
のもとで使用される。
【０００４】ＧＴＯのセル断面５及び上述の銅製の電極
による圧接構造では、使用している部材の熱膨張係数の
差から、温度上昇，下降の繰り返しによる熱疲労の応力
が発生する。この応力はほとんど、柔らかい金属である
アルミニウム製のカソード電極２に伝わり、図３に示す
様にカソード電極２の変形を発生させる。長期間の使用
によって、この変形が著しくなってくるとカソード電極
２がゲート電極４の方まで伸び、ゲート・カソード間が
短絡するという欠点があった。従って、ＧＴＯの熱疲労
寿命若しくは素子の寿命は、アルミニウム電極の変形に
よるゲート・カソード間の短絡によって決まってしまう
と言っても過言ではなかった。
による圧接構造では、使用している部材の熱膨張係数の
差から、温度上昇，下降の繰り返しによる熱疲労の応力
が発生する。この応力はほとんど、柔らかい金属である
アルミニウム製のカソード電極２に伝わり、図３に示す
様にカソード電極２の変形を発生させる。長期間の使用
によって、この変形が著しくなってくるとカソード電極
２がゲート電極４の方まで伸び、ゲート・カソード間が
短絡するという欠点があった。従って、ＧＴＯの熱疲労
寿命若しくは素子の寿命は、アルミニウム電極の変形に
よるゲート・カソード間の短絡によって決まってしまう
と言っても過言ではなかった。
【０００５】本発明の目的は、上記の問題を排除するこ
とである。
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、半導体装
置の複数に分割された電極が、半導体基体と接触するア
ルミ層と、そのアルミニウム層の表面に設けるアルミニ
ウムよりも硬度が大きな金属の層とを有することにより
達成できる。
置の複数に分割された電極が、半導体基体と接触するア
ルミ層と、そのアルミニウム層の表面に設けるアルミニ
ウムよりも硬度が大きな金属の層とを有することにより
達成できる。
【０００７】
【作用】アルミニウム層の表面にアルミニウムよりも硬
い金属層が有るので、加圧圧接状態で熱応力が加わって
も電極が変形しにくくなる。
い金属層が有るので、加圧圧接状態で熱応力が加わって
も電極が変形しにくくなる。
【０００８】さらに、アルミニウム層は半導体基体との
接着性が良く、かつアルミニウム層とその表面の金属層
との接着性も良いので、半導体基体とアルミニウム層と
の界面、及びアルミニウム層とその表面の金属層との界
面における剥離が起こりにくくなる。また、アルミニウ
ム層により、半導体基体と電極とを低抵抗にて接触する
ことができる。
接着性が良く、かつアルミニウム層とその表面の金属層
との接着性も良いので、半導体基体とアルミニウム層と
の界面、及びアルミニウム層とその表面の金属層との界
面における剥離が起こりにくくなる。また、アルミニウ
ム層により、半導体基体と電極とを低抵抗にて接触する
ことができる。
【０００９】以上のように、本発明によれば、熱疲労に
対して信頼性が高くかつ寿命の長い圧接型の半導体装置
を得ることができる。
対して信頼性が高くかつ寿命の長い圧接型の半導体装置
を得ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
る。
【００１１】図１は、本発明の１実施例であるＧＴＯに
おける一つのセル断面を示す。このＧＴＯセル５は、ｐ
ｎｐｎ４層からなるシリコンの半導体基体を持ってい
る。そして、隣接する半導体層は、互いに導電型が異な
る。本図では上側の、半導体基体の一方の主表面におい
ては、ｎ型半導体層の表面にカソード電極２を設け、こ
のｎ型半導体層に隣接するｐ型半導体層の露出面にゲー
ト電極４を設ける。また、本図では下側の、半導体基体
の他方の主表面においては、ｐ型半導体層の表面にアノ
ード電極６を設ける。ここで、カソード電極２は、ｎ型
半導体層とオーミック接触するアルミニウム層２２と、
このアルミニウム層の表面に形成するモリブデン層４１
とからなる。また、ゲート電極４も同様に、ｐ型半導体
層とオーミック接触するアルミニウム層４２と、その表
面に形成するモリブデン層４１とからなっている。な
お、ゲート電極については、アルミニウム層４２のみで
も良い。
おける一つのセル断面を示す。このＧＴＯセル５は、ｐ
ｎｐｎ４層からなるシリコンの半導体基体を持ってい
る。そして、隣接する半導体層は、互いに導電型が異な
る。本図では上側の、半導体基体の一方の主表面におい
ては、ｎ型半導体層の表面にカソード電極２を設け、こ
のｎ型半導体層に隣接するｐ型半導体層の露出面にゲー
ト電極４を設ける。また、本図では下側の、半導体基体
の他方の主表面においては、ｐ型半導体層の表面にアノ
ード電極６を設ける。ここで、カソード電極２は、ｎ型
半導体層とオーミック接触するアルミニウム層２２と、
このアルミニウム層の表面に形成するモリブデン層４１
とからなる。また、ゲート電極４も同様に、ｐ型半導体
層とオーミック接触するアルミニウム層４２と、その表
面に形成するモリブデン層４１とからなっている。な
お、ゲート電極については、アルミニウム層４２のみで
も良い。
【００１２】ここで、本発明を適用した実際のＧＴＯ
は、一つの円形半導体基体に図１のようなセルが多数形
成されたものである。そして、そのＧＴＯは、図７に示
すパッケージに納めて使用する。このパッケージにおい
ては、半導体基体１０の両面に、熱膨張係数の大きさが
シリコンに近いモリブデンまたはタングステンの外部電
極板１１及び１２を接触させる。これら外部電極板と半
導体基体１０を、銅ポスト電極８及び９により挟む。そ
して、銅ポスト電極８及び９に加圧力を与えることによ
って、半導体基体１０に設けられたカソードおよびアノ
ード電極と外部電極板とが低抵抗で接触するとともに、
外部電極板と同ポスト電極も低抵抗で接触する。また、
半導体基体の中央部には、外部ゲート電極１３が圧接さ
れるが、その際の加圧力は皿バネ１４を介して与えられ
る。外部ゲート電極１３にはゲートリード１５が接続さ
れ、これがパッケージの外に取り出される。
は、一つの円形半導体基体に図１のようなセルが多数形
成されたものである。そして、そのＧＴＯは、図７に示
すパッケージに納めて使用する。このパッケージにおい
ては、半導体基体１０の両面に、熱膨張係数の大きさが
シリコンに近いモリブデンまたはタングステンの外部電
極板１１及び１２を接触させる。これら外部電極板と半
導体基体１０を、銅ポスト電極８及び９により挟む。そ
して、銅ポスト電極８及び９に加圧力を与えることによ
って、半導体基体１０に設けられたカソードおよびアノ
ード電極と外部電極板とが低抵抗で接触するとともに、
外部電極板と同ポスト電極も低抵抗で接触する。また、
半導体基体の中央部には、外部ゲート電極１３が圧接さ
れるが、その際の加圧力は皿バネ１４を介して与えられ
る。外部ゲート電極１３にはゲートリード１５が接続さ
れ、これがパッケージの外に取り出される。
【００１３】本実施例によれば、カソード電極２のモリ
ブデン層２１が外部電極板１２と接触する。このとき、
モリブデンはアルミニウムよりも硬度が大きいので、加
圧力が加わった状態で熱サイクルがかかっても、カソー
ド電極２は変形しにくい。従って、カソード電極２が伸
びてゲート電極４と短絡するのを防止できる。また、半
導体層とモリブデン層２１の間に、モリブデンよりも半
導体層との接触性や接着性の良いアルミニウム層２２が
介在するので、低抵抗かつ十分な接着強度で多層構造の
カソード電極を形成できる。従って、カソード電極を多
層構造にしても半導体基体と金属層の界面や金属層同志
の界面において剥離が発生しない。以上のように、本実
施例のＧＴＯは、熱サイクルに対して信頼性が高くかつ
寿命が長くなる。
ブデン層２１が外部電極板１２と接触する。このとき、
モリブデンはアルミニウムよりも硬度が大きいので、加
圧力が加わった状態で熱サイクルがかかっても、カソー
ド電極２は変形しにくい。従って、カソード電極２が伸
びてゲート電極４と短絡するのを防止できる。また、半
導体層とモリブデン層２１の間に、モリブデンよりも半
導体層との接触性や接着性の良いアルミニウム層２２が
介在するので、低抵抗かつ十分な接着強度で多層構造の
カソード電極を形成できる。従って、カソード電極を多
層構造にしても半導体基体と金属層の界面や金属層同志
の界面において剥離が発生しない。以上のように、本実
施例のＧＴＯは、熱サイクルに対して信頼性が高くかつ
寿命が長くなる。
【００１４】図４は、図１に示したＧＴＯの電極形成プ
ロセスを示す。但し、一つのセルのカソード側のみを示
す。
ロセスを示す。但し、一つのセルのカソード側のみを示
す。
【００１５】まず、カソード側エミッタ層（ｎ）とカソ
ード側ベース層（ｐ）に、化学的エッチング方法などに
より段差を設ける（ａ）。次に、これらの層の表面に金
属アルミニウムを蒸着し、さらにホトエッチングにより
パターンニングして、カソード電極のアルミニウム層２
２及びゲート電極のアルミニウム層４２を形成する
（ｂ）。そして、アルミニウム層２２及びアルミニウム
層４２の表面にモリブデンをメッキした後、または真空
蒸着した後、ホトエッチングによりカソード電極のモリ
ブデン層２１及びゲート電極のモリブデン層４１を形成
する（ｃ）。
ード側ベース層（ｐ）に、化学的エッチング方法などに
より段差を設ける（ａ）。次に、これらの層の表面に金
属アルミニウムを蒸着し、さらにホトエッチングにより
パターンニングして、カソード電極のアルミニウム層２
２及びゲート電極のアルミニウム層４２を形成する
（ｂ）。そして、アルミニウム層２２及びアルミニウム
層４２の表面にモリブデンをメッキした後、または真空
蒸着した後、ホトエッチングによりカソード電極のモリ
ブデン層２１及びゲート電極のモリブデン層４１を形成
する（ｃ）。
【００１６】図５は、本発明の他の実施例である。この
実施例では、カソード電極２を、アルミニウム層２２と
モリブデン層２１の２層構造とし、さらに表面に金など
の酸化しにくい金属７をメッキしたものである。本実施
例によれば、カソード電極表面が酸化しにくいので、外
部電極板を圧接したときの接触抵抗を低減できる。これ
により、接触抵抗に起因するオン電圧の増加やターンオ
フ性能の劣化が生じない。なお、カソード電極表面だけ
でなく、ゲート電極表面もメッキしても良い。図６は、
本発明の別の実施例である。この実施例では、カソード
電極のアルミニウム層２２およびゲート電極のアルミニ
ウム層４２が露出しないように、それぞれカソード電極
２のモリブデン層２１およびゲート電極のモリブデン層
４１で覆ったものである。本実施例によれば、図１の実
施例よりも、さらに熱サイクルに対するカソード電極２
の変形が起こりにくくなる。なお、図１の実施例と同様
に、ゲート電極については、アルミニウム層４２のみで
も良い。また、図５の実施例と同様に、さらに金などを
メッキしても良い。
実施例では、カソード電極２を、アルミニウム層２２と
モリブデン層２１の２層構造とし、さらに表面に金など
の酸化しにくい金属７をメッキしたものである。本実施
例によれば、カソード電極表面が酸化しにくいので、外
部電極板を圧接したときの接触抵抗を低減できる。これ
により、接触抵抗に起因するオン電圧の増加やターンオ
フ性能の劣化が生じない。なお、カソード電極表面だけ
でなく、ゲート電極表面もメッキしても良い。図６は、
本発明の別の実施例である。この実施例では、カソード
電極のアルミニウム層２２およびゲート電極のアルミニ
ウム層４２が露出しないように、それぞれカソード電極
２のモリブデン層２１およびゲート電極のモリブデン層
４１で覆ったものである。本実施例によれば、図１の実
施例よりも、さらに熱サイクルに対するカソード電極２
の変形が起こりにくくなる。なお、図１の実施例と同様
に、ゲート電極については、アルミニウム層４２のみで
も良い。また、図５の実施例と同様に、さらに金などを
メッキしても良い。
【００１７】上記各実施例では、アルミニウムよりも硬
度の大きな金属としてモリブデンを用いたが、タングス
テンを用いても良い。また、本発明はＧＴＯのみなら
ず、サイリスタや静電誘導型トランジスタなど各種の圧
接構造型の半導体装置に適用できる。
度の大きな金属としてモリブデンを用いたが、タングス
テンを用いても良い。また、本発明はＧＴＯのみなら
ず、サイリスタや静電誘導型トランジスタなど各種の圧
接構造型の半導体装置に適用できる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、熱疲労に対して信頼性
が高くかつ寿命の長い圧接型の半導体装置を得ることが
できる。
が高くかつ寿命の長い圧接型の半導体装置を得ることが
できる。
【図１】本発明を適用した１実施例であるＧＴＯにおけ
る一つのセルの断面。
る一つのセルの断面。
【図２】従来の圧接構造形のゲートターンオフサイリス
タ（以下ＧＴＯと略す）のセル断面構造及びカソード側
アルミ電極の電極構造。
タ（以下ＧＴＯと略す）のセル断面構造及びカソード側
アルミ電極の電極構造。
【図３】カソード電極２の変形を示す図。
【図４】図１に示したＧＴＯの電極形成プロセス。
【図５】本発明の他の実施例。
【図６】本発明の別の実施例。
【図７】パッケージ。
２…カソード電極、４…ゲート電極、５…ＧＴＯセル、
６…アノード電極、７…酸化しにくい金属、８，９…銅
ポスト電極、１０…半導体基体、１１，１２…外部電極
板、１３…外部ゲート電極、１４…皿バネ、１５…ゲー
トリード、２１，４１…モリブデン層、２２，４２…ア
ルミニウム層。
６…アノード電極、７…酸化しにくい金属、８，９…銅
ポスト電極、１０…半導体基体、１１，１２…外部電極
板、１３…外部ゲート電極、１４…皿バネ、１５…ゲー
トリード、２１，４１…モリブデン層、２２，４２…ア
ルミニウム層。
Claims (2)
- 【請求項１】一対の主表面を有する半導体基体が複数に
分割された電極を備え、これらの電極に金属電極板を加
圧圧接する半導体装置において、 前記複数に分割された電極が、前記１主表面と接触する
アルミニウム層と、このアルミニウム層の表面に設ける
アルミニウムよりも硬度が大きな金属の層と、を有する
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体装置において、ア
ルミニウムよりも硬度が大きな金属がモリブデンまたは
タングステンであることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12731594A JPH07335865A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12731594A JPH07335865A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335865A true JPH07335865A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=14956903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12731594A Pending JPH07335865A (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07335865A (ja) |
-
1994
- 1994-06-09 JP JP12731594A patent/JPH07335865A/ja active Pending
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