JPS5929139B2

JPS5929139B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS5929139B2
Application number: JP10486676A
Authority: JP
Inventors: 仁大貫; 正輝諏訪; 久吉小野寺; 邦浩松熊; 滋殻内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1984-07-18
Also published as: JPS5330871A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しく
は、アルミニウムをろう材として、ｎ型表面を有するシ
リコン半導体素子に他の物体を接着する半導体装置の製
造方法に関するものである。

半導体装置においては、シリコン素子の機械的性質を良
好にするため、シリコン素子の片面あるいは両面にタン
グステンまたはモリブデンからなる金属支持体を接着す
る。この支持体は、一方では電極の役割を果たしている
（以下、この金属支持体を支持電極と称する）。従来、
この支持電極とシリコン素子とを接着するには、ろう材
としてアルミニウムが用いられてきた。

しかしながら、この接着の際に、アルミニウムに溶解し
たシリコンが、ｎ型シリコン表面に再び析出して再成長
層を形成し、ｎ型がＰ型に反転する結果、半導体装置と
して用いたときに順方向電圧降下を生ずるという欠点が
ある。上記欠点を改善するために、従来、アルミニウム
層の厚さを薄くするとか、接着の際に接合部を急冷する
と力＼あるいはｎ型表面層にりん、ひ素等の５価の元素
を多量拡散させる等の方法が試みられているが、充分な
効果は得られなかつた。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、シリコン
素子に他の物体をアルミニウムをろう材として接着させ
た半導体装置の順方向電圧降下を可及的に少なくするこ
とができる半導体装置の製造方法を提供することにある
。上記目的を達成するために、本発明者らは、被接着面
の表面形状とシリコンの再成長層との関係について種々
検討した結果、シリコン素子の被接着面に、例えばアリ
カリエツチングによつて鋭い溝状の凹部（以下、これを
クレバスと定義する）を形成したものは、アルミニウム
をろう材として支持電極に接着した場合、順方向電圧降
下が小さく、安定した半導体装置が得られることを見出
した。

すなわち、本発明者らは、ｎ＋型シリコン素子のアルカ
リ・ホトエツチングにより、２００μ角のわくを作り、
これにアルミニウム５μの厚さで蒸着した後、高温顕微
鏡にてアルミニウムとｎ＋シリコンとの溶融挙動を観察
した。また走査型電子顕微鏡にてｎ＋シリコンの表面形
態（特にクレバス）と再成長層の成長場所との対応を検
討した。その結果、りん濃度のより高いクレバスは優先
的にアルミニウムに溶解すること、および後の実施例に
示すように、クレバスには再成長層が成長しにくいこと
がわかつた。このように、クレバスに再成長層ができに
くいことから、シリコン素子の被接着面に再成長層のと
ぎれ部分を多く形成することができ、その結果、Ｐ型反
転層の生成５が防止され、順方向電圧降下が著しく小
さくなることが明らかになつた。本発明は、上記知見に
基いてなされたもので、ｎ型表面を有するシリコン半導
体素子の被接着面をアルミニウムをろう材として他の物
体と接着さＣせる方法において、前記ｎ型表面の被接
着面を予めアルカリ水溶液でエツチング処理し、次いで
エツチング面に５価の元素を拡散したのちろう付けする
ことを特徴とし、さらに好ましくは前記５価の元素を拡
散し、さらにアルカリ水溶液でエツチング処理したのち
ろう付けすることを特徴とするものである。

本発明において、シリコン素子の被接着面はｎ型である
が、これにはｎ＋型も含まれる。

したがつてシリコン半導体素子自体はｎ型表面を有する
シリコン半導体であればよい。

上記ｎ型表面を有するシリコン半導体素子の被接着面は
、まずアルカリ水溶液でエツチングされるが、アルカリ
水゛溶液としては好ましくは、水酸化ナトリウムまたは
水酸化カリウムの、例えば約１０歌量％の水溶液が用い
られる。

上記アルカリ水溶液には、エツチング抑制剤等が含有さ
れてもよい。このようなエツチング剤としては、例えば
マリンクロツト・ケミカル・ワークス社のケムソルブ（
商品名）があげられる。エツチングは、上記アルカリ水
溶液中にシリコン素子の被処理面を所定時間浸漬すれば
よいが、エツチングの温度は通常、３０〜６０゜Ｃ１ま
た例えば水酸化ナトリウムの１０重量％溶液を用いた場
合の処理時間は３０分ないし２時間である。上記エツチ
ング処理により、シリコン素子の被接着面にはクレバス
が多数形成される。エツチング処理されたシリコン素子
のｎ型層には、次いで５価の元素が拡散される。

この５価の元素としては、好ましくはりんがあげられる
が、その他ひ素などでもよい。この拡散は、半導体装置
の製造はおいて用いられる通常の条件下で行なわ粍例え
ば約１０００℃の温度でりんの気相下に半導体素子をさ
らせばよい。ｎ型シリコンの被接着面のりん拡散濃度は
、通常、１Ｘ１０２０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃ以上、好ましく
は１Ｘ１０２０〜２Ｘ１０２１ａｔ０ｍｓ／Ｃｃである
。本発明においては、上記りん拡散後、再びアルカル水
溶液によるエツチングを行なうことにより、より好まし
い結果を得ることができる。このアルカリエツチングは
、前述と同様の方法で行なつてよい。以下、本発明を実
施例によりさらに詳細に説明する。

実施例＋ｎ型シリコン素子の被ろう付け面に次の二通りの処理
を施し、そのｎ＋型表面を走査型顕微鏡で観察した。

（１）４０℃の１０％ＮａＯＨを主成分とする水溶液
中にｎ＋型シリコン素子を１．５時間、浸漬し、エアチ
ングしたのち、種々の濃度のりん拡散を施す。

（２）（１）のりん拡散を行なつたのち、さらに（１）
と同様なエツチング処理を施す。

（３）種々の濃度のりん拡散のみを施す（比較実施例）
。

上記（１）および（３）の方法によつて得られた、ｎ＋
シリコン素子表面の走査型電子顕微鏡写真（顕微鏡倍率
５００倍）の例を第１図に示す。

すなわち図中、Ａは上記（１）の方法によつて得られた
ｎ＋型シリコン素子表面（りん拡散濃度５×１０２０ａ
ｔ０ｍｓ／Ｃｃ）、Ｂは上記（１）の方法によつて得ら
れたｎ＋型シリコン素子表面（りん拡散濃度１×１０２
０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃ）およびＣは上記（３）の方法（従
来法）によつて得られたｎ＋型シリコン素子表面（りん
拡散濃度１Ｘ１０２０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃ）をそれぞれ示
す図である。なお、ｎ＋型シリコン素子表面のりん拡散
濃度は放射化分析した試料を標準にして、Ｘ線マイクロ
アナライザーを用いて求められた。図から明らかなよう
に、（３）の方法（従来方法）によるｎ＋型シリコン素
子表面は、半球状の突起からなつているのに対し、（１
）の方法によつて得られたシリコン素子表面は多数のク
レバスからなつていることがわかる。

また本発明の処理において、りん拡散濃度が低い場合Ａ
（５×１０２０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃ）の方が、りん拡散濃
度が高い場合Ｂ（１Ｘ１０２１ａｔｎｍｓ／Ｃｃ）に比
べて、クレバスの深さおよび全体の面積に対する割合が
大きいことがわかる。次に前記（１）および（３）の方
法によつて処理されたｎ＋型シリコン素子を、アルミニ
ウムをろう材としてモリブデンからなる支持電極に接着
し、常法により組み立てられたダイオードの接着部の断
面写真（顕微鏡倍率４００倍）を第２図ＡおよびＢに示
す。

図において、上から第１層１はモリブデン支持電極層、
第２層２はＭＯＳｉ２層、第３層３はＡｌ−Ｓｉ合金層
、第４層４は再成長層および第５層５はｎ＋型シリコン
層である。図から明らかなように、本発明による場合Ａ
は、シリコンの再成長層４が良好にとぎれているが、従
来法による場合Ｂは、再成長層のとぎれはなく、ｎ＋型
シリコン層が完全に再成長層によつて完全に被覆されフ
ていることがわかる。

なお、上記（１）および（３）の方法（りん拡散濃度５
Ｘ１０２０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃ）によつて製造されたダイ
オードの、電流１５Ａにおける順方向電圧降下値の頻度
分布の１例を示すと、それぞれ第３図のＡおよびＢのよ
うである。

本発明の場合Ａの方が、従来法Ｂよりも順方向電圧降下
が小さいことが明らかである。またｎ＋シリコン層のり
ん拡散濃度を変化させた場合の同様なダイオードの順方
向電圧降下値（電流１５Ａ）を第４図に示す。

図中６は前記（３）の方法（従来法）による場合、７は
前記（１）の方法（本発明）による場合および８は前記
（２）の方法（本発明）による場合を示す。従来品の場
合６よりも本発明の場合（７および８）の方が順方向電
圧降下値が格段に小さく、かつ安定した値が得られるこ
とは明らかである。また従来品の場合６は、非常にりん
濃度依存性があり、例えば１．６以下の電圧降下の値を
得るためには、４〜７×１０２０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃの濃
度にりん拡散条件が限定されるが、本発明によれば、同
じ１．６Ｖを得るためには勺ん濃度は１０２０ａｔ０ｍ
ｓ／Ｃｃ以上にするだけでよい。すなわちｎ＋シリコン
層のりん濃度に幅をもたせることができ、あらゆる用途
に応することができる。例えば、大口径のダイオードな
どにおいては、高濃度りん拡散により、そりが生ずるが
、これも５×１０２０ａｔ０ｍｓ／Ｃｃ以下のりん濃度
にすることにより防ぐことが可能である。なお、本発明
において、シリコン素子にクレバスを形成後、りん拡散
することにより、シリコンの再成長層がとぎれることの
理由については、クレバスの部分ではりんが多く拡散し
、ここでりんの偏析が起こり易くなり、りんの偏析が起
こつたクレバスは融点が低くなるのでアルミニウム中に
最も早く融出し、かつりん濃度の高いクレバスは依然、
保持されるので、再成長層はクレバス以外の場所に多く
成長するためと推定される。

以上、本発明によれば、シリコン素子に他の物体をアル
ミニウムをろう材として接着させた半導体装置の順方向
電圧降下値を小さくし、かつりん濃度依存性の少ない、
安定した電圧降下値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ＢおよびＣは、それぞれ本発明および従来法
によつて得られたｎ＋型シリコン素子表面の走査型電子
顕微鏡写真の例を示す図、第２図ＡおよびＢは、それぞ
れ本発明および従来方法によつて製造されたダイオード
の、シリコン素子と支持電極の接着部の断面写真を示す
図、第３図は順方向電圧降下値の頻度分布の一例を示す
特性図、および第４図は、りん拡散濃度を変化させて本
発明により製造されたダイオードの順方向電圧降下値の
変化を示す特性図である。符号の説明、１・・・・・・支持電極層、３・・・・・
・Ａｌ−Ｓｉ合金層、４・・・・・・再成長層、５・・
・・・・ｎ＋型シリコン層。

Claims

【特許請求の範囲】１ｎ型表面を有するシリコン半導体素子の被接着面を
アルミニウムをろう材として他の物体に接着する半導体
装置の製造方法において、前記ｎ型表面の被接着面を予
めアルカリ水溶液でエッチング処理し、次いでエッチン
グ面に５価の元素を拡散したのちろう付けることを特徴
とする半導体装置の製造方法。２特許請求の範囲第１項記載の方法において、５価の
元素がりんであることを特徴とする半導体装置の製造方
法。３特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
いて、アルカリが水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウ
ムであることを特徴とする半導体装置の製造方法。４ｎ型表面を有するシリコン半導体素子の被接着面を
アルミニウムをろう材として他の物体に接着する半導体
装置の製造方法において、前記ｎ型表面の被接着面を予
めアルカリ水溶液でエッチング処理し、次いでエッチン
グ面に５価の元素を拡散し、さらにアルカリ水溶液でエ
ッチング処理したのちろう付けることを特徴とする半導
体装置の製造方法。５特許請求の範囲第４項記載の方法において、５価の
元素がりんであることを特徴とする半導体装置の製造方
法。６特許請求の範囲第４項または第５項記載の方法にお
いて、アルカリが水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウ
ムであることを特徴とする半導体装置の製造方法。