JP3866009B2 - 静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ Download PDFInfo
- Publication number
- JP3866009B2 JP3866009B2 JP2000160572A JP2000160572A JP3866009B2 JP 3866009 B2 JP3866009 B2 JP 3866009B2 JP 2000160572 A JP2000160572 A JP 2000160572A JP 2000160572 A JP2000160572 A JP 2000160572A JP 3866009 B2 JP3866009 B2 JP 3866009B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase
- alloy
- semiconductor element
- external lead
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/161—Cap
- H01L2924/1615—Shape
- H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]
Landscapes
- Jigs For Machine Tools (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャック、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子のパッケージ、セラミック気密端子等に適用されるセラミック部材と金属部材の接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミナセラミックス等のセラミックスにＡｇロウ等のロウ材を介して強固に接合される金属材料として、熱膨張率がセラミックスに近い鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金または鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金が一般に用いられている。この金属材料とセラミックスとの接合において、セラミックスの接合面にタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）合金等の高融点金属のメタライズ層を形成し、そのメタライズ層上において銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介して金属部材を接合させるのが一般的である。
【０００３】
即ち、Ｗ，Ｍｏ−Ｍｎ等を適当な樹脂バインダ，溶剤等に混合させた金属ペーストを、セラミックスのグリーンシート（生シート）または焼成したセラミックスの表面に印刷塗布し、１３００〜１６００℃の温度、加湿Ｎ2−Ｈ2雰囲気中で焼成し、メタライズ層を形成する。このメタライズ層の表面には、Ａｇロウ等の濡れ性を良好にするためにＮｉメッキを施し、また金属材料の少なくとも接合面にも、一般にＮｉメッキを施す。次いで、セラミックス表面のメタライズ層と金属材料との間にＡｇロウの箔を置き、８００〜８５０℃の温度、Ｎ2−Ｈ2雰囲気中でロウ付けする。
【０００４】
このような接合構造が適用される半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）について、以下に説明する。従来、図４に示すような半導体素子３を収容するための半導体パッケージは、通常、酸化アルミニウム質焼結体から成り、その上面の略中央部に半導体素子３を収容するための凹部１ａ及び凹部１ａ周辺から外周縁にかけて導出された、Ｗ，Ｍｏ−Ｍｎ等の高融点金属粉末から成るメタライズ層４を有する絶縁基体１と、半導体素子３を外部電気回路に電気的に接続するためにそのメタライズ層４に銀ロウ等のロウ材７を介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る外部リード端子６と、蓋体２とから構成されている。
【０００５】
そして、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３を接着材を介して接着固定するとともに、半導体素子３の各電極をボンディングワイヤ５を介してメタライズ層４に接続し、しかる後、絶縁基体１上面に蓋体２を接合させ、絶縁基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子３を気密に封止することによって最終製品としての半導体装置となる。
【０００６】
なお、外部リード端子６を構成するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金は、この合金から成るインゴット（塊）に圧延加工法及び打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の板状に形成し、しかる後、これを所定温度（約１０００℃）で加熱処理し、焼き鈍しすることによって製作される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、セラミックスとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料とをＡｇロウ等を介して、７５０℃程度以上の高温で接合する際に、溶融したＡｇロウが金属材料の結晶粒界に侵入して、接合部の金属材料を破壊するという現象、所謂Ａｇロウ割れという現象を引き起こすことがあった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み完成されたもので、その目的は、７５０℃程度以上の高温でセラミックスとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料とをロウ付けした際に、ロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入して金属部材を破壊するのを防止し、セラミックスと金属部材との接合性を良好なものとし、その結果気密性等に優れたセラミックスと金属部材との接合構造を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャックは、金属製の筒状体と、該筒状体の上側開口を封止するようにロウ付けされ、被処理体であるウエハを静電気力により上面に吸着するための電極を具備するとともに、前記筒状体の上側開口内に対応する部位に厚さ方向に貫通孔が形成されたセラミックス製の載置台と、上端に鍔部が形成され、前記貫通孔に対し同軸状に配置されて前記鍔部の上面が前記載置台の下面に接合されたガス導入用のパイプとを具備した静電チャックにおいて、前記パイプは、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされたＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、前記載置台下面の前記貫通孔周囲に融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、セラミックスから成り上面に半導体素子を載置する載置部を有するとともに、該載置部の周辺から外周縁にかけて導出するようにメタライズ層が形成された基体と、該基体から外部に突出するように前記メタライズ層の前記外周縁側に接合された外部リード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記外部リード端子は、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされたＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、上記の構成により、７５０℃程度以上の高温でセラミックス部材とＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属部材とをロウ付けした際に、ロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入して金属部材を破壊するのを防止し、セラミックス部材と金属部材とを強固に接合し得る。その結果、気密性等に優れたセラミックス部材と金属部材との接合構造を得ることができる。
【００１２】
即ち、このような接合性の改善は以下のような原理に基づくものと考えられる。Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の結晶相は、高温で安定なγ相（面心立方格子）と低温で安定なα相（体心立方格子）とが存在し、一般にこれら合金の未加工のインゴット（塊）はγ相のみから成るが、圧延加工や研削加工等を施すことにより結晶が応力誘起マルテンサイト変態を起こし、γ相の一部がα相に転移する。この相転移した金属部材を、セラミック部材にロウ付けすると、７００℃付近でα相がγ相に戻り、このとき金属部材が体積収縮し、相転移した領域にマイクロクラックが発生する。
【００１３】
このような体積収縮の様子を図2のグラフ｛「電子金属材料デザインガイド」総合電子出版社（坂本光雄著）参照｝に示す。同図は、縦軸にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱膨張率、横軸に温度（℃）をとったものであり、Ａは相転移のないＦｅ５６．２ｗｔ（重量）％−Ｎｉ２７．４ｗｔ％−Ｃｏ１６．４ｗｔ％合金を−１００℃程度に一旦冷却した後の熱膨張率の変化、ＢはＡと同じ合金を−１００℃程度に一旦冷却しγ相からα相に相転移させた後の熱膨張率の変化である。Ｂにおいて、４００℃以下では相転移がなくＡよりも熱膨張率が大きく、５００℃付近からα相からγ相に転移し始めて７００℃程度以上でγ相に戻る。このとき、図2には明示されていないが、Ｂにおいて７００℃程度で熱膨張率が小さくなり、体積収縮が発生する。
【００１４】
そして、ロウ付け前のα相が多ければ多いほど体積収縮も大きくなり、マイクロクラックも増大することになり、その結果ロウ付けの際にロウ材がマイクロクラックに侵入するとともに熱応力が加わって破壊に至ることとなる。従って、本発明では、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等におけるα相の占める量を所定の値以下に制御することにより、ロウ材による割れを接合性に影響のない程度以下に抑制することができる。
【００１５】
したがって、本発明の静電チャックは、上記構成により、ガス導入用のパイプが載置台に接合性良く接合され、その結果パイプからのガスの漏れが防止され、均熱化用ガス導入、雰囲気ガス導入、ウエハのエッチング、成膜等の処理が長期にわたり安定的に行え、また静電チャックおよび半導体素子等の製造装置が長寿命化する。
【００１７】
本発明の半導体パッケージは、上記構成により、外部リード端子を基板上に強固にかつ接合性良く接合することができ、その結果外部リード端子の接合不良による断線、信号の伝送損失、高周波信号の反射等の電気的特性も改善されることとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック部材と金属部材との接合構造、およびその接合構造を適用した静電チャック，半導体パッケージについて、以下に詳細に説明する。
【００１９】
本発明において、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る金属部材を用いるが、α相が３０体積％を超えると、α相からγ相への相転移時の体積収縮によるマイクロクラックが大きくかつ多くなり、そのため、金属部材の接合部表面に形成されたＮｉ等のメッキ層にまでクラックが発生し、メッキ層の割れを通してロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入する。その結果、金属部材の接合部がロウ材により破壊され、その接合性がきわめて劣化することとなる。接合性をより良好なものとするには、α相が占める割合を１０体積％以下とすることが好ましい。
【００２０】
このようなα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る金属部材は、この金属部材の研削加工，圧延加工等の機械的加工の度合いを制御することにより、作製することができる。例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の場合、冷間加工の加工率を５０％以下とすることにより、α相を３０体積％以下とすることができる。同様に、α相を１０体積％以下とするには、冷間加工の加工率を３０％以下とする。この加工率は、例えば金属板の場合、加工前の板厚をｔ0，加工後の板厚をｔ1としたとき、（ｔ0−ｔ1）／ｔ0×１００（％）と定義されるものである。
【００２１】
また、α相の体積％は、予め作成された検量線を元にＸ線回折のピーク強度比から求めることができる。検量線は、予め定量された複数のサンプルからα相の量とＸ線ピーク強度比を求めたものであり、例えばα相の量が増加するとそれに比例してＸ線ピーク強度比も大きくなるといったデータのグラフを作成しておき、そのグラフを元にＸ線ピーク強度比からα相の量を特定できることとなる。
【００２２】
本発明では、融点が７５０℃以上のロウ材によりロウ付けするが、融点が７５０℃未満では、ロウ付け時の温度が７５０℃未満となり、金属材料のα相からγ相への相転移が不完全なままロウ付けが完了することとなり易い。その場合、ロウ付け後に７５０℃以上の熱処理がないとしても、熱膨張率の大きなα相が残るため、ロウ付け後の外部からの熱伝導、熱処理等の繰り返しにより、α相とγ相との熱膨張率の違いから金属材料にマイクロクラックが発生し、進展し易いものとなる。また、このロウ付け工程後に７５０℃以上の熱処理があると、再度相転移が起こり、マイクロクラックが進展し易いものとなる。
【００２３】
金属部材をロウ付けするセラミックスとしては、７５０℃以上でロウ付けが可能なものであればよく、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）セラミックス，ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス等である。
【００２４】
次に、本発明の静電チャックについて以下に説明する。図3は本発明の静電チャックを示し、同図において、２１は、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる筒状体であり、例えばその内部を大気状態とし外部を真空状態として気密封止するためのものである。２２は、筒状体２１の上側開口に封止されて設置され、被処理体であるＳｉ，ＧａＡｓ等の半導体材料等から成るウエハ（図示せず）を静電気力により上面に吸着し載置するセラミックス製の載置台、２３は、パイプ２４の鍔部２４ａの下面に上面がロウ付けされ、パイプ２４を支持するセラミックス製のリング体、２４は、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、上端に鍔部２４ａが形成されたガス導入用のパイプである。２５は、静電気力発生用の電極、２６は、筒状体２１の上側開口内に対応する部位に厚さ方向に形成された貫通孔である。
【００２５】
本発明のパイプ２４は、その鍔部２４ａの下面がリング体２３上面に、鍔部２４ａの上面が載置台２２下面の貫通孔２６周囲に接合されて、リング体２３の中心孔に挿入設置されている。また、パイプ２４は、筒状体２１内でその上端が貫通孔２６に対して同軸状に配置される。即ち、パイプ２４の少なくとも上端が貫通孔２６に対して同軸状とされていればよく、上端より下方の胴体部が貫通孔２６に対して同軸状になっていなくても構わない。
【００２６】
パイプ２４の鍔部２４ａは、パイプ２４の管軸方向に垂直な方向（径方向）に２〜１５ｍｍの幅で形成されているのがよく、２ｍｍ未満では、鍔部２４ａの接合面積が小さく接合強度が不十分であり、１５ｍｍを超えると、鍔部２４ａの接合による拘束が強化され過ぎて、パイプ２４自体が割れ易くなる。
【００２７】
また、パイプ２４の接合部である鍔部２４ａには、その表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属を、メッキ法により０．５〜２０μｍ、より好ましくは０．５〜９μｍの厚みに被着させておくのがよい。この場合、鍔部２４ａの酸化腐食を有効に防止することができるとともに、鍔部２４ａと、載置台２２およびリング体２３とを強固に接合させることができる。
【００２８】
上記のリング体２３は、パイプ２４を支持するものであり、これが鍔部２４ａの下面にロウ付けされているのが好ましい。リング体２３上面の鍔部２４ａとのロウ付け部には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等のメタライズ層およびメッキ層を形成するのがよい。また、リング体２３のリング部の径方向の幅は２〜１５ｍｍであるのが良く、２ｍｍ未満では、パイプ２４の鍔部２４ａを支持固定するバックアップリングとして十分な応力緩和の機能を果たさなくなり、１５ｍｍを超えると、パイプ２４の鍔部２４ａの拘束力が強化され過ぎて、パイプ２４自体が割れ易くなる。
【００２９】
さらに、リング体２３のリング部の厚さは２〜１５ｍｍであるのが良く、２ｍｍ未満では、強度が不十分でリング体２３自体が割れ易くなり、１５ｍｍを超えると、パイプ２４の鍔部２４ａの拘束力が強化され過ぎることはないが、リング体２３および他の部品が大型化し実用性が低下する。
【００３０】
本発明において、載置台２２およびリング体２３はセラミックスから成り、具体的にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）セラミックス，ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス等である。
【００３１】
なお、上記静電チャックにおいて、筒状体２１とウエハに電圧を印加して静電気力により吸着させる直流電源（図示せず）が設けられることはいうまでもない。
【００３２】
本発明による半導体素子を収容する半導体パッケージにおいて、セラミック部材から成る絶縁基体（以下、基体という）と金属部材から成る外部リード端子との接合について説明する。本発明の半導体パッケージ全体の基本構成は、図４のものと同様であり、１はセラミック部材としての基体、２は蓋体である。この基体１と蓋体２とで内部に半導体素子３を収容する容器が構成される。
【００３３】
この基体１は、例えばアルミナセラミックス，窒化アルミニウムセラミックス等から成り、その上面中央部に、半導体素子３の載置部であり、半導体素子３を収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、その凹部１ａ底面には半導体素子３がロウ材、ガラス、樹脂等の接着材を介して接着固定される。
【００３４】
基体１は、例えば窒化アルミニウムセラミックスにより形成されている場合、主原料としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に焼結助剤としてのイットリアやカルシア及び適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（生シート）を形成する。しかる後、このグリーンシートに貫通導体形成のために適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、高温（約１８００℃）で焼成することによって製作される。
【００３５】
この窒化アルミニウムセラミックスから成る基体１は、その熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ（Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）以上であり、熱を伝え易いことから基体１の凹部１ａ底面に接着固定した半導体素子３が作動時に熱を発したとしても、半導体素子３の発した熱は基体１を介して大気中に良好に放出され、その結果、半導体素子３を常に適温として半導体素子３を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３６】
また、基体１はその上面中央部に設けた凹部１ａの周辺から外周縁にかけて複数個のメタライズ層４が被着形成されており、メタライズ層４の凹部１ａ周辺部側には半導体素子３の電極がボンデイングワイヤ５を介して電気的に接続され、また基体１の外周縁側に導出された部位には外部リード端子６が銀ロウ等のロウ材７を介してロウ付けされている。
【００３７】
基体１に設けたメタライズ層４は外部電気回路に接続される外部リード端子６と半導体素子３の各電極とを電気的に導通させる作用をなし、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の金属粉末で形成されている。
【００３８】
メタライズ層４は、例えばＷ等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の凹部１ａ周辺から外周縁にかけて所定パターンに被着形成される。
【００３９】
基体１に設けたメタライズ層４は、基体１を構成するセラミックスが比誘電率が８．５（室温で信号の周波数１ＭＨｚ）以下と低い窒化アルミニウムセラミックスから成る場合、メタライズ層４を伝わる電気信号の伝搬速度が速いものとなり、その結果、基体１の凹部１ａ底面に電気信号の高速伝搬を要求する高速駆動を行う半導体素子の収容が可能となり、好ましい。
【００４０】
なお、メタライズ層４はその露出する外表面に、Ｎｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属を、メッキ法により０．５〜２０μｍ、より好ましくは０．５〜９μｍの厚みに被着させておくと、メタライズ層４の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、メタライズ層４とボンデイングワイヤ５及び外部リード端子６とのロウ付け接合を強固なものとなすことができる。従って、メタライズ層４はその表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属をメッキ法により０．５〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００４１】
また、基体１に被着させたメタライズ層４には、基体１から外部に突出するように外部リート端子６が銀ロウ等のロウ材７によりロウ付けされており、外部リード端子６は半導体素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなす。
【００４２】
外部リード端子６はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、その合金のインゴット（塊）を圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を採用し、所定の板状に形成するとともに所定の温度で熱処理し、焼き鈍しすることによって製作される。
【００４３】
更に、外部リード端子６の基体１に被着させたメタライズ層４へのロウ付けは、例えば、基体１に被着させたメタライズ層４上に外部リード端子６を間に銀ロウから成るロウ材７の箔を挟んで載置させ、しかる後、ロウ材７の箔を７８０℃〜９００℃の温度に加熱し、ロウ材７を溶融させることによって行われる。
【００４４】
また更に、外部リード端子６はその露出する外表面に、Ｎｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属を、メッキ法により０．５〜２０μｍの厚みに被着させておくと、外部リード端子６の酸化腐食を有効に防止することができるとともに外部リード端子６の外部電気回路へのロウ材を介しての電気的接続が良好となる。従って、外部リード端子６はその表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属をメッキ法により０．５〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。より好ましくは、０．５〜９μｍの厚さとするのがよい。
【００４５】
そして、上述の半導体パッケージによれば、基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をロウ材、低融点ガラス（ガラスフリット）、樹脂等の接着剤を介して取着するとともに、半導体素子３の各電極をボンデイングワイヤ５を介してメタライズ層４に電気的に接続し、しかる後、基体１の上面に蓋体２を樹脂、低融点ガラス等の封止材を介して接合させ、基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子３を気密に収容することによって、製品としての半導体装置が完成する。
【００４６】
かくして、本発明の接合構造は、７５０℃程度以上の高温でセラミックスとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料とをロウ付けした際に、ロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入して金属部材を破壊するのを防止し、セラミックスと金属部材とを強固に接合し得る。その結果、気密性等に優れたセラミックスと金属部材との接合構造を得ることができる。また、本発明の静電チャックは、ガス導入用のパイプが筒状体および載置台に接合性良く接合され、その結果パイプからのガスの漏れが防止され、雰囲気ガス導入、ウエハのエッチング、成膜等の処理が長期にわたり安定的に行え、また静電チャックおよび半導体素子等の製造装置が長寿命化する。本発明の半導体パッケージは、外部リード端子を基板上に強固にかつ接合性良く接合することができ、その結果外部リード端子の接合不良による断線、信号の伝送損失、高周波信号の反射等の電気的特性も改善されることとなる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は何等差し支えない。例えば、半導体パッケージにおいて、外部リード端子の接合構造に限らず、蓋体がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、その蓋体をセラミックス製の側壁用の枠体上に接合する場合、半導体パッケージの側壁を成す枠体がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、その枠体の貫通孔にセラミック端子を嵌着しロウ付けする場合、このセラミック端子にリード端子をロウ付けする場合などにも本発明の接合構造を適用できる。また、半導体素子としては、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子ばかりでなく，ＬＤ（半導体レーザ素子），ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を用いてもよい。
【００４８】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
（実施例１）
図1は、図３の静電チャックのパイプ２４の接合構造を模したものであり、パイプ２４の鍔部２４ａの上面のみを接合させた構成に相当する。同図において、１１は窒化アルミニウムセラミックスから成る基板、１２はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金から成る厚さ３０μｍのメタライズ層、１３は厚さ３μｍのＮｉメッキ層、１４はα相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ５６．２ｗｔ％−Ｎｉ２７．４ｗｔ％−Ｃｏ１６．４ｗｔ％合金から成るパイプ、１５は融点が７８０℃程度のＡｇ−Ｃｕロウ｛ＢＡｇ−８（ＪＩＳ Ｚ ３２６１）｝である。パイプ１４の表面にも、Ａｇロウの濡れ性を良好にするために、厚さ５μｍのＮｉメッキ層を被着させた。また、上記パイプ１４の鍔部２４ａの幅は１１．５ｍｍであった。
【００４９】
そして、ロウ付け前にパイプ１４に含まれるα相の量（体積％）と、ロウ付け後の外観検査によるＡｇロウ割れの有無について調査した結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表1に示すように、パイプ１４に含まれるα相の量が３０体積％を超えると、Ａｇロウ割れが発生することが判った。これは、パイプ１４にＮｉメッキを施した後、Ｎ2−Ｈ2雰囲気中で８３０℃でシンターを行うが、このとき約７００℃で体積収縮を伴うα相からγ相への相転移が起こり、パイプ１４にマイクロクラックが発生して、それがＮｉメッキ層まで達し、その後のロウ付け時にさらにマイクロクラックが進展するとともにＡｇ−Ｃｕロウがマイクロクラックに侵入しＡｇロウ割れを引き起こしたものと考えられる。
（実施例２）
図4の半導体パッケージにおける外部リード端子６の接合構造を以下のように構成した。基体１はアルミナセラミックス、蓋体２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、基体１上面の凹部１ａ周囲から外周縁にかけて、厚さ１５μｍのＷのメタライズ層４を被着し、メタライズ層４上には融点が７８０℃程度のＡｇ−Ｃｕロウ｛ＢＡｇ−８（ＪＩＳ Ｚ ３２６１）｝から成るロウ材７を配置した。そして、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る外部リード端子６を、基体１から外部に突出するようにメタライズ層４の外周縁側にロウ材７を介して接合した。
【００５２】
この外部リード端子６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のバルク体を圧延加工した後、打ち抜き加工またはエッチング加工してパターン加工したものであり、圧延加工の条件（加工率）により外部リード端子６中に含まれるα相の量が変化する。そして、表2は、種々の加工率により外部リード端子６中のα相の量を変化させた場合に、外部リード端子６の外観検査を行ったときの結果を示すものである。
【００５３】
【表２】
【００５４】
表2より、α相の量が３０％を超えると、Ａｇロウ割れが発生することが判った。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、上端に鍔部が形成されたガス導入用のパイプが、筒状体内で上端が貫通孔に対し同軸状に配置され、かつ鍔部の上面が載置台下面の貫通孔周囲に融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることにより、ガス導入用のパイプが載置台に接合性良く接合され、その結果パイプからのガスの漏れが防止され、均熱化ガス導入、Ａｒガス等の雰囲気ガスの導入、ウエハのエッチング、成膜等の処理が長期にわたり安定的に行え、また静電チャックおよび半導体素子等の製造装置が長寿命化する。
【００５７】
本発明の半導体パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた外部リード端子と、基体とが融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることにより、外部リード端子を基板上に強固にかつ接合性良く接合することができ、その結果外部リード端子の接合不良による断線、信号の伝送損失、高周波信号の反射等の電気的特性も改善されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック部材と金属部材の接合構造の一実施形態を示す断面図である。
【図２】Ｆｅ５６．２ｗｔ％−Ｎｉ２７．４ｗｔ％−Ｃｏ１６．４ｗｔ％合金の温度に関する熱膨張率の変化を示し、α相が存在しないものの曲線（Ａ）とα相が存在するものの曲線（Ｂ）のグラフである。
【図３】本発明の静電チャックの断面図である。
【図４】本発明の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：蓋体
３：半導体素子
４：メタライズ層
６：外部リード端子
７：ロウ材
１１：基板
１２：メタライズ層
１３：Ｎｉメッキ層
１４：パイプ
１５：Ａｇ−Ｃｕロウ
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャック、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子のパッケージ、セラミック気密端子等に適用されるセラミック部材と金属部材の接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミナセラミックス等のセラミックスにＡｇロウ等のロウ材を介して強固に接合される金属材料として、熱膨張率がセラミックスに近い鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金または鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金が一般に用いられている。この金属材料とセラミックスとの接合において、セラミックスの接合面にタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）合金等の高融点金属のメタライズ層を形成し、そのメタライズ層上において銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介して金属部材を接合させるのが一般的である。
【０００３】
即ち、Ｗ，Ｍｏ−Ｍｎ等を適当な樹脂バインダ，溶剤等に混合させた金属ペーストを、セラミックスのグリーンシート（生シート）または焼成したセラミックスの表面に印刷塗布し、１３００〜１６００℃の温度、加湿Ｎ2−Ｈ2雰囲気中で焼成し、メタライズ層を形成する。このメタライズ層の表面には、Ａｇロウ等の濡れ性を良好にするためにＮｉメッキを施し、また金属材料の少なくとも接合面にも、一般にＮｉメッキを施す。次いで、セラミックス表面のメタライズ層と金属材料との間にＡｇロウの箔を置き、８００〜８５０℃の温度、Ｎ2−Ｈ2雰囲気中でロウ付けする。
【０００４】
このような接合構造が適用される半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）について、以下に説明する。従来、図４に示すような半導体素子３を収容するための半導体パッケージは、通常、酸化アルミニウム質焼結体から成り、その上面の略中央部に半導体素子３を収容するための凹部１ａ及び凹部１ａ周辺から外周縁にかけて導出された、Ｗ，Ｍｏ−Ｍｎ等の高融点金属粉末から成るメタライズ層４を有する絶縁基体１と、半導体素子３を外部電気回路に電気的に接続するためにそのメタライズ層４に銀ロウ等のロウ材７を介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る外部リード端子６と、蓋体２とから構成されている。
【０００５】
そして、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３を接着材を介して接着固定するとともに、半導体素子３の各電極をボンディングワイヤ５を介してメタライズ層４に接続し、しかる後、絶縁基体１上面に蓋体２を接合させ、絶縁基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子３を気密に封止することによって最終製品としての半導体装置となる。
【０００６】
なお、外部リード端子６を構成するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金は、この合金から成るインゴット（塊）に圧延加工法及び打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の板状に形成し、しかる後、これを所定温度（約１０００℃）で加熱処理し、焼き鈍しすることによって製作される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、セラミックスとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料とをＡｇロウ等を介して、７５０℃程度以上の高温で接合する際に、溶融したＡｇロウが金属材料の結晶粒界に侵入して、接合部の金属材料を破壊するという現象、所謂Ａｇロウ割れという現象を引き起こすことがあった。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み完成されたもので、その目的は、７５０℃程度以上の高温でセラミックスとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料とをロウ付けした際に、ロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入して金属部材を破壊するのを防止し、セラミックスと金属部材との接合性を良好なものとし、その結果気密性等に優れたセラミックスと金属部材との接合構造を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャックは、金属製の筒状体と、該筒状体の上側開口を封止するようにロウ付けされ、被処理体であるウエハを静電気力により上面に吸着するための電極を具備するとともに、前記筒状体の上側開口内に対応する部位に厚さ方向に貫通孔が形成されたセラミックス製の載置台と、上端に鍔部が形成され、前記貫通孔に対し同軸状に配置されて前記鍔部の上面が前記載置台の下面に接合されたガス導入用のパイプとを具備した静電チャックにおいて、前記パイプは、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされたＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、前記載置台下面の前記貫通孔周囲に融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、セラミックスから成り上面に半導体素子を載置する載置部を有するとともに、該載置部の周辺から外周縁にかけて導出するようにメタライズ層が形成された基体と、該基体から外部に突出するように前記メタライズ層の前記外周縁側に接合された外部リード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記外部リード端子は、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされたＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、上記の構成により、７５０℃程度以上の高温でセラミックス部材とＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属部材とをロウ付けした際に、ロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入して金属部材を破壊するのを防止し、セラミックス部材と金属部材とを強固に接合し得る。その結果、気密性等に優れたセラミックス部材と金属部材との接合構造を得ることができる。
【００１２】
即ち、このような接合性の改善は以下のような原理に基づくものと考えられる。Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の結晶相は、高温で安定なγ相（面心立方格子）と低温で安定なα相（体心立方格子）とが存在し、一般にこれら合金の未加工のインゴット（塊）はγ相のみから成るが、圧延加工や研削加工等を施すことにより結晶が応力誘起マルテンサイト変態を起こし、γ相の一部がα相に転移する。この相転移した金属部材を、セラミック部材にロウ付けすると、７００℃付近でα相がγ相に戻り、このとき金属部材が体積収縮し、相転移した領域にマイクロクラックが発生する。
【００１３】
このような体積収縮の様子を図2のグラフ｛「電子金属材料デザインガイド」総合電子出版社（坂本光雄著）参照｝に示す。同図は、縦軸にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱膨張率、横軸に温度（℃）をとったものであり、Ａは相転移のないＦｅ５６．２ｗｔ（重量）％−Ｎｉ２７．４ｗｔ％−Ｃｏ１６．４ｗｔ％合金を−１００℃程度に一旦冷却した後の熱膨張率の変化、ＢはＡと同じ合金を−１００℃程度に一旦冷却しγ相からα相に相転移させた後の熱膨張率の変化である。Ｂにおいて、４００℃以下では相転移がなくＡよりも熱膨張率が大きく、５００℃付近からα相からγ相に転移し始めて７００℃程度以上でγ相に戻る。このとき、図2には明示されていないが、Ｂにおいて７００℃程度で熱膨張率が小さくなり、体積収縮が発生する。
【００１４】
そして、ロウ付け前のα相が多ければ多いほど体積収縮も大きくなり、マイクロクラックも増大することになり、その結果ロウ付けの際にロウ材がマイクロクラックに侵入するとともに熱応力が加わって破壊に至ることとなる。従って、本発明では、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等におけるα相の占める量を所定の値以下に制御することにより、ロウ材による割れを接合性に影響のない程度以下に抑制することができる。
【００１５】
したがって、本発明の静電チャックは、上記構成により、ガス導入用のパイプが載置台に接合性良く接合され、その結果パイプからのガスの漏れが防止され、均熱化用ガス導入、雰囲気ガス導入、ウエハのエッチング、成膜等の処理が長期にわたり安定的に行え、また静電チャックおよび半導体素子等の製造装置が長寿命化する。
【００１７】
本発明の半導体パッケージは、上記構成により、外部リード端子を基板上に強固にかつ接合性良く接合することができ、その結果外部リード端子の接合不良による断線、信号の伝送損失、高周波信号の反射等の電気的特性も改善されることとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック部材と金属部材との接合構造、およびその接合構造を適用した静電チャック，半導体パッケージについて、以下に詳細に説明する。
【００１９】
本発明において、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る金属部材を用いるが、α相が３０体積％を超えると、α相からγ相への相転移時の体積収縮によるマイクロクラックが大きくかつ多くなり、そのため、金属部材の接合部表面に形成されたＮｉ等のメッキ層にまでクラックが発生し、メッキ層の割れを通してロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入する。その結果、金属部材の接合部がロウ材により破壊され、その接合性がきわめて劣化することとなる。接合性をより良好なものとするには、α相が占める割合を１０体積％以下とすることが好ましい。
【００２０】
このようなα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る金属部材は、この金属部材の研削加工，圧延加工等の機械的加工の度合いを制御することにより、作製することができる。例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の場合、冷間加工の加工率を５０％以下とすることにより、α相を３０体積％以下とすることができる。同様に、α相を１０体積％以下とするには、冷間加工の加工率を３０％以下とする。この加工率は、例えば金属板の場合、加工前の板厚をｔ0，加工後の板厚をｔ1としたとき、（ｔ0−ｔ1）／ｔ0×１００（％）と定義されるものである。
【００２１】
また、α相の体積％は、予め作成された検量線を元にＸ線回折のピーク強度比から求めることができる。検量線は、予め定量された複数のサンプルからα相の量とＸ線ピーク強度比を求めたものであり、例えばα相の量が増加するとそれに比例してＸ線ピーク強度比も大きくなるといったデータのグラフを作成しておき、そのグラフを元にＸ線ピーク強度比からα相の量を特定できることとなる。
【００２２】
本発明では、融点が７５０℃以上のロウ材によりロウ付けするが、融点が７５０℃未満では、ロウ付け時の温度が７５０℃未満となり、金属材料のα相からγ相への相転移が不完全なままロウ付けが完了することとなり易い。その場合、ロウ付け後に７５０℃以上の熱処理がないとしても、熱膨張率の大きなα相が残るため、ロウ付け後の外部からの熱伝導、熱処理等の繰り返しにより、α相とγ相との熱膨張率の違いから金属材料にマイクロクラックが発生し、進展し易いものとなる。また、このロウ付け工程後に７５０℃以上の熱処理があると、再度相転移が起こり、マイクロクラックが進展し易いものとなる。
【００２３】
金属部材をロウ付けするセラミックスとしては、７５０℃以上でロウ付けが可能なものであればよく、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）セラミックス，ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス等である。
【００２４】
次に、本発明の静電チャックについて以下に説明する。図3は本発明の静電チャックを示し、同図において、２１は、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる筒状体であり、例えばその内部を大気状態とし外部を真空状態として気密封止するためのものである。２２は、筒状体２１の上側開口に封止されて設置され、被処理体であるＳｉ，ＧａＡｓ等の半導体材料等から成るウエハ（図示せず）を静電気力により上面に吸着し載置するセラミックス製の載置台、２３は、パイプ２４の鍔部２４ａの下面に上面がロウ付けされ、パイプ２４を支持するセラミックス製のリング体、２４は、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、上端に鍔部２４ａが形成されたガス導入用のパイプである。２５は、静電気力発生用の電極、２６は、筒状体２１の上側開口内に対応する部位に厚さ方向に形成された貫通孔である。
【００２５】
本発明のパイプ２４は、その鍔部２４ａの下面がリング体２３上面に、鍔部２４ａの上面が載置台２２下面の貫通孔２６周囲に接合されて、リング体２３の中心孔に挿入設置されている。また、パイプ２４は、筒状体２１内でその上端が貫通孔２６に対して同軸状に配置される。即ち、パイプ２４の少なくとも上端が貫通孔２６に対して同軸状とされていればよく、上端より下方の胴体部が貫通孔２６に対して同軸状になっていなくても構わない。
【００２６】
パイプ２４の鍔部２４ａは、パイプ２４の管軸方向に垂直な方向（径方向）に２〜１５ｍｍの幅で形成されているのがよく、２ｍｍ未満では、鍔部２４ａの接合面積が小さく接合強度が不十分であり、１５ｍｍを超えると、鍔部２４ａの接合による拘束が強化され過ぎて、パイプ２４自体が割れ易くなる。
【００２７】
また、パイプ２４の接合部である鍔部２４ａには、その表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属を、メッキ法により０．５〜２０μｍ、より好ましくは０．５〜９μｍの厚みに被着させておくのがよい。この場合、鍔部２４ａの酸化腐食を有効に防止することができるとともに、鍔部２４ａと、載置台２２およびリング体２３とを強固に接合させることができる。
【００２８】
上記のリング体２３は、パイプ２４を支持するものであり、これが鍔部２４ａの下面にロウ付けされているのが好ましい。リング体２３上面の鍔部２４ａとのロウ付け部には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等のメタライズ層およびメッキ層を形成するのがよい。また、リング体２３のリング部の径方向の幅は２〜１５ｍｍであるのが良く、２ｍｍ未満では、パイプ２４の鍔部２４ａを支持固定するバックアップリングとして十分な応力緩和の機能を果たさなくなり、１５ｍｍを超えると、パイプ２４の鍔部２４ａの拘束力が強化され過ぎて、パイプ２４自体が割れ易くなる。
【００２９】
さらに、リング体２３のリング部の厚さは２〜１５ｍｍであるのが良く、２ｍｍ未満では、強度が不十分でリング体２３自体が割れ易くなり、１５ｍｍを超えると、パイプ２４の鍔部２４ａの拘束力が強化され過ぎることはないが、リング体２３および他の部品が大型化し実用性が低下する。
【００３０】
本発明において、載置台２２およびリング体２３はセラミックスから成り、具体的にはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス，フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）セラミックス，ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）セラミックス等である。
【００３１】
なお、上記静電チャックにおいて、筒状体２１とウエハに電圧を印加して静電気力により吸着させる直流電源（図示せず）が設けられることはいうまでもない。
【００３２】
本発明による半導体素子を収容する半導体パッケージにおいて、セラミック部材から成る絶縁基体（以下、基体という）と金属部材から成る外部リード端子との接合について説明する。本発明の半導体パッケージ全体の基本構成は、図４のものと同様であり、１はセラミック部材としての基体、２は蓋体である。この基体１と蓋体２とで内部に半導体素子３を収容する容器が構成される。
【００３３】
この基体１は、例えばアルミナセラミックス，窒化アルミニウムセラミックス等から成り、その上面中央部に、半導体素子３の載置部であり、半導体素子３を収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、その凹部１ａ底面には半導体素子３がロウ材、ガラス、樹脂等の接着材を介して接着固定される。
【００３４】
基体１は、例えば窒化アルミニウムセラミックスにより形成されている場合、主原料としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に焼結助剤としてのイットリアやカルシア及び適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（生シート）を形成する。しかる後、このグリーンシートに貫通導体形成のために適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、高温（約１８００℃）で焼成することによって製作される。
【００３５】
この窒化アルミニウムセラミックスから成る基体１は、その熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ（Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）以上であり、熱を伝え易いことから基体１の凹部１ａ底面に接着固定した半導体素子３が作動時に熱を発したとしても、半導体素子３の発した熱は基体１を介して大気中に良好に放出され、その結果、半導体素子３を常に適温として半導体素子３を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３６】
また、基体１はその上面中央部に設けた凹部１ａの周辺から外周縁にかけて複数個のメタライズ層４が被着形成されており、メタライズ層４の凹部１ａ周辺部側には半導体素子３の電極がボンデイングワイヤ５を介して電気的に接続され、また基体１の外周縁側に導出された部位には外部リード端子６が銀ロウ等のロウ材７を介してロウ付けされている。
【００３７】
基体１に設けたメタライズ層４は外部電気回路に接続される外部リード端子６と半導体素子３の各電極とを電気的に導通させる作用をなし、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の金属粉末で形成されている。
【００３８】
メタライズ層４は、例えばＷ等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の凹部１ａ周辺から外周縁にかけて所定パターンに被着形成される。
【００３９】
基体１に設けたメタライズ層４は、基体１を構成するセラミックスが比誘電率が８．５（室温で信号の周波数１ＭＨｚ）以下と低い窒化アルミニウムセラミックスから成る場合、メタライズ層４を伝わる電気信号の伝搬速度が速いものとなり、その結果、基体１の凹部１ａ底面に電気信号の高速伝搬を要求する高速駆動を行う半導体素子の収容が可能となり、好ましい。
【００４０】
なお、メタライズ層４はその露出する外表面に、Ｎｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属を、メッキ法により０．５〜２０μｍ、より好ましくは０．５〜９μｍの厚みに被着させておくと、メタライズ層４の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、メタライズ層４とボンデイングワイヤ５及び外部リード端子６とのロウ付け接合を強固なものとなすことができる。従って、メタライズ層４はその表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属をメッキ法により０．５〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００４１】
また、基体１に被着させたメタライズ層４には、基体１から外部に突出するように外部リート端子６が銀ロウ等のロウ材７によりロウ付けされており、外部リード端子６は半導体素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなす。
【００４２】
外部リード端子６はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、その合金のインゴット（塊）を圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を採用し、所定の板状に形成するとともに所定の温度で熱処理し、焼き鈍しすることによって製作される。
【００４３】
更に、外部リード端子６の基体１に被着させたメタライズ層４へのロウ付けは、例えば、基体１に被着させたメタライズ層４上に外部リード端子６を間に銀ロウから成るロウ材７の箔を挟んで載置させ、しかる後、ロウ材７の箔を７８０℃〜９００℃の温度に加熱し、ロウ材７を溶融させることによって行われる。
【００４４】
また更に、外部リード端子６はその露出する外表面に、Ｎｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属を、メッキ法により０．５〜２０μｍの厚みに被着させておくと、外部リード端子６の酸化腐食を有効に防止することができるとともに外部リード端子６の外部電気回路へのロウ材を介しての電気的接続が良好となる。従って、外部リード端子６はその表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良い金属をメッキ法により０．５〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。より好ましくは、０．５〜９μｍの厚さとするのがよい。
【００４５】
そして、上述の半導体パッケージによれば、基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をロウ材、低融点ガラス（ガラスフリット）、樹脂等の接着剤を介して取着するとともに、半導体素子３の各電極をボンデイングワイヤ５を介してメタライズ層４に電気的に接続し、しかる後、基体１の上面に蓋体２を樹脂、低融点ガラス等の封止材を介して接合させ、基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子３を気密に収容することによって、製品としての半導体装置が完成する。
【００４６】
かくして、本発明の接合構造は、７５０℃程度以上の高温でセラミックスとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料とをロウ付けした際に、ロウ材が金属部材の結晶粒界に侵入して金属部材を破壊するのを防止し、セラミックスと金属部材とを強固に接合し得る。その結果、気密性等に優れたセラミックスと金属部材との接合構造を得ることができる。また、本発明の静電チャックは、ガス導入用のパイプが筒状体および載置台に接合性良く接合され、その結果パイプからのガスの漏れが防止され、雰囲気ガス導入、ウエハのエッチング、成膜等の処理が長期にわたり安定的に行え、また静電チャックおよび半導体素子等の製造装置が長寿命化する。本発明の半導体パッケージは、外部リード端子を基板上に強固にかつ接合性良く接合することができ、その結果外部リード端子の接合不良による断線、信号の伝送損失、高周波信号の反射等の電気的特性も改善されることとなる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は何等差し支えない。例えば、半導体パッケージにおいて、外部リード端子の接合構造に限らず、蓋体がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、その蓋体をセラミックス製の側壁用の枠体上に接合する場合、半導体パッケージの側壁を成す枠体がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、その枠体の貫通孔にセラミック端子を嵌着しロウ付けする場合、このセラミック端子にリード端子をロウ付けする場合などにも本発明の接合構造を適用できる。また、半導体素子としては、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子ばかりでなく，ＬＤ（半導体レーザ素子），ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を用いてもよい。
【００４８】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
（実施例１）
図1は、図３の静電チャックのパイプ２４の接合構造を模したものであり、パイプ２４の鍔部２４ａの上面のみを接合させた構成に相当する。同図において、１１は窒化アルミニウムセラミックスから成る基板、１２はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金から成る厚さ３０μｍのメタライズ層、１３は厚さ３μｍのＮｉメッキ層、１４はα相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ５６．２ｗｔ％−Ｎｉ２７．４ｗｔ％−Ｃｏ１６．４ｗｔ％合金から成るパイプ、１５は融点が７８０℃程度のＡｇ−Ｃｕロウ｛ＢＡｇ−８（ＪＩＳ Ｚ ３２６１）｝である。パイプ１４の表面にも、Ａｇロウの濡れ性を良好にするために、厚さ５μｍのＮｉメッキ層を被着させた。また、上記パイプ１４の鍔部２４ａの幅は１１．５ｍｍであった。
【００４９】
そして、ロウ付け前にパイプ１４に含まれるα相の量（体積％）と、ロウ付け後の外観検査によるＡｇロウ割れの有無について調査した結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
表1に示すように、パイプ１４に含まれるα相の量が３０体積％を超えると、Ａｇロウ割れが発生することが判った。これは、パイプ１４にＮｉメッキを施した後、Ｎ2−Ｈ2雰囲気中で８３０℃でシンターを行うが、このとき約７００℃で体積収縮を伴うα相からγ相への相転移が起こり、パイプ１４にマイクロクラックが発生して、それがＮｉメッキ層まで達し、その後のロウ付け時にさらにマイクロクラックが進展するとともにＡｇ−Ｃｕロウがマイクロクラックに侵入しＡｇロウ割れを引き起こしたものと考えられる。
（実施例２）
図4の半導体パッケージにおける外部リード端子６の接合構造を以下のように構成した。基体１はアルミナセラミックス、蓋体２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、基体１上面の凹部１ａ周囲から外周縁にかけて、厚さ１５μｍのＷのメタライズ層４を被着し、メタライズ層４上には融点が７８０℃程度のＡｇ−Ｃｕロウ｛ＢＡｇ−８（ＪＩＳ Ｚ ３２６１）｝から成るロウ材７を配置した。そして、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る外部リード端子６を、基体１から外部に突出するようにメタライズ層４の外周縁側にロウ材７を介して接合した。
【００５２】
この外部リード端子６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のバルク体を圧延加工した後、打ち抜き加工またはエッチング加工してパターン加工したものであり、圧延加工の条件（加工率）により外部リード端子６中に含まれるα相の量が変化する。そして、表2は、種々の加工率により外部リード端子６中のα相の量を変化させた場合に、外部リード端子６の外観検査を行ったときの結果を示すものである。
【００５３】
【表２】
表2より、α相の量が３０％を超えると、Ａｇロウ割れが発生することが判った。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の静電チャックは、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた、上端に鍔部が形成されたガス導入用のパイプが、筒状体内で上端が貫通孔に対し同軸状に配置され、かつ鍔部の上面が載置台下面の貫通孔周囲に融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることにより、ガス導入用のパイプが載置台に接合性良く接合され、その結果パイプからのガスの漏れが防止され、均熱化ガス導入、Ａｒガス等の雰囲気ガスの導入、ウエハのエッチング、成膜等の処理が長期にわたり安定的に行え、また静電チャックおよび半導体素子等の製造装置が長寿命化する。
【００５７】
本発明の半導体パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされた外部リード端子と、基体とが融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることにより、外部リード端子を基板上に強固にかつ接合性良く接合することができ、その結果外部リード端子の接合不良による断線、信号の伝送損失、高周波信号の反射等の電気的特性も改善されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック部材と金属部材の接合構造の一実施形態を示す断面図である。
【図２】Ｆｅ５６．２ｗｔ％−Ｎｉ２７．４ｗｔ％−Ｃｏ１６．４ｗｔ％合金の温度に関する熱膨張率の変化を示し、α相が存在しないものの曲線（Ａ）とα相が存在するものの曲線（Ｂ）のグラフである。
【図３】本発明の静電チャックの断面図である。
【図４】本発明の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：蓋体
３：半導体素子
４：メタライズ層
６：外部リード端子
７：ロウ材
１１：基板
１２：メタライズ層
１３：Ｎｉメッキ層
１４：パイプ
１５：Ａｇ−Ｃｕロウ
Claims (2)
- 金属製の筒状体と、該筒状体の上側開口を封止するようにロウ付けされ、被処理体であるウエハを静電気力により上面に吸着するための電極を具備するとともに、前記筒状体の上側開口内に対応する部位に厚さ方向に貫通孔が形成されたセラミックス製の載置台と、上端に鍔部が形成され、前記貫通孔に対し同軸状に配置されて前記鍔部の上面が前記載置台の下面に接合されたガス導入用のパイプとを具備した静電チャックにおいて、前記パイプは、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされたＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、前記載置台下面の前記貫通孔周囲に融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることを特徴とする静電チャック。
- セラミックスから成り上面に半導体素子を載置する載置部を有するとともに、該載置部の周辺から外周縁にかけて導出するようにメタライズ層が形成された基体と、該基体から外部に突出するように前記メタライズ層の前記外周縁側に接合された外部リード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記外部リード端子は、α相とγ相の結晶相のうちα相が３０体積％以下とされたＦｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成リ、融点が７５０℃以上のロウ材を介して接合されていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000160572A JP3866009B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000160572A JP3866009B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001342081A JP2001342081A (ja) | 2001-12-11 |
| JP3866009B2 true JP3866009B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=18664741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000160572A Expired - Fee Related JP3866009B2 (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3866009B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3957619B2 (ja) * | 2002-11-22 | 2007-08-15 | シャープ株式会社 | イオン溶出ユニット及びこれを搭載した機器 |
| JP5149123B2 (ja) * | 2008-10-27 | 2013-02-20 | 新光電気工業株式会社 | 静電チャック |
| DE102012106236A1 (de) | 2012-07-11 | 2014-01-16 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren zum Fügen von Keramikkörpern mittels eines Aktivhartlots, Baugruppe mit mindestens zwei miteinander gefügten Keramikkörpern, insbesondere Druckmesszelle |
| DE102012110152A1 (de) * | 2012-07-11 | 2014-05-15 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren zum Fügen von Keramikkörpern mittels eines Aktivhartlots, Baugruppe mit mindestens zwei miteinander gefügten Keramikkörpern, insbesondere Druckmesszelle |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000160572A patent/JP3866009B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001342081A (ja) | 2001-12-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101432320B1 (ko) | 접합 구조체 및 그 제조 방법 | |
| JP3845925B2 (ja) | 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法 | |
| JP3866009B2 (ja) | 静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2678511B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP3706606B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JPH08279569A (ja) | パッケージ用セラミックスリッド | |
| JP2883235B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2735708B2 (ja) | セラミック配線基板 | |
| JP3827623B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 | |
| JP2014086581A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2003197803A (ja) | 半導体パッケージ | |
| JP2006060247A (ja) | 放熱基体およびその製造方法 | |
| JP2631397B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP3872391B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP3850312B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 | |
| JP2001168220A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JPH0456343A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2784094B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JPH06169025A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2866962B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージの製造方法 | |
| JP4593802B2 (ja) | 半導体素子収納基板 | |
| JP2002009403A (ja) | セラミック回路基板および半導体素子モジュール | |
| JP2002170908A (ja) | 半導体素子収納基板 | |
| JP2717727B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JPH04168750A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060531 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060613 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060809 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060926 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061004 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3866009 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121013 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131013 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |