[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010170101.5
• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN101872748A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 芳我基治;安永尚司;糟谷泰正
• 申請（專利權(quán)）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: H01L23/10
• 分類號: H01L23/10;H01L23/42;H01L23/495
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 劉建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。

背景技術(shù)

一直以來，從環(huán)境負(fù)荷的觀點出發(fā)，需要降低半導(dǎo)體裝置中鉛的使用量。例如，在2006年7月施行的RoHS(Restriction?of?Hazardous?Substances)指令等中進行了倡導(dǎo)。

在半導(dǎo)體裝置中，例如，SOP(Small?Outline?Package，小外形封裝)、QFP(Quad?Flat?Package，方型扁平式封裝)中的外引線的外裝電鍍、BGA(Ball?Grid?Array，球柵陣列)中的焊球等在裝置外部使用的外部構(gòu)成件、以及封裝內(nèi)部中的半導(dǎo)體芯片的接合件等在裝置內(nèi)部使用的內(nèi)部構(gòu)成件要使用鉛。

關(guān)于外部構(gòu)成件，通過代替材料的研究，已大致實現(xiàn)了鉛含有量為一定比率以下的無鉛化。與此相對，關(guān)于內(nèi)部構(gòu)成件還沒有適合代替的材料。因此，例如使用95Pb-5Sn(鉛含有量95wt％)等鉛含有率高的金屬。

在作為內(nèi)部構(gòu)成件的代替材料而評價各種組成的金屬材料的過程中，關(guān)注于將環(huán)境負(fù)荷小的鉍作為代替材料的選擇之一。鉍例如滿足在裝置內(nèi)部使用的接合件所需的熔點及接合性，此外還滿足環(huán)境負(fù)荷的各種特性。

但是，鉍的熱傳導(dǎo)率(約9W/m·K)低于鉛的熱傳導(dǎo)率(約35W/m·K)。因此，如果僅使用鉍，則會發(fā)生難以放出在半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生的熱這樣的不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供既能夠充分確保半導(dǎo)體芯片的放熱性、又能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體芯片接合件的無鉛化的半導(dǎo)體裝置以及其制造方法。

本發(fā)明一實施方式的半導(dǎo)體裝置包含：半導(dǎo)體芯片、接合上述半導(dǎo)體芯片的固體板、以及介于上述半導(dǎo)體芯片和上述固體板之間并由BiSn系材料構(gòu)成的接合件，上述接合件具有用于使上述半導(dǎo)體芯片與上述固體板之間的熱傳導(dǎo)性提高的由Ag構(gòu)成的熱傳導(dǎo)通路。

根據(jù)此結(jié)構(gòu)，接合半導(dǎo)體芯片和固體板的接合件由BiSn系材料構(gòu)成，所以能夠?qū)崿F(xiàn)接合件的無鉛化。

此外，半導(dǎo)體芯片與固體板之間能夠通過由Ag構(gòu)成的熱傳導(dǎo)通路來可熱傳導(dǎo)地連接。由此，在半導(dǎo)體芯片與固體板之間容易傳遞熱。因此，在半導(dǎo)體芯片中產(chǎn)生的熱可經(jīng)由熱傳導(dǎo)通路以Ag的熱傳導(dǎo)率傳遞到固體板上。因此，能夠充分確保半導(dǎo)體芯片的放熱性。

另外，在上述接合件中的與上述半導(dǎo)體芯片以及/或上述固體板的界面附近，優(yōu)選形成由Sn-Ag合金構(gòu)成的金屬層。

在該結(jié)構(gòu)中，在結(jié)合件中的與半導(dǎo)體芯片和/或上述固體板的界面附近，形成有由Sn-Ag合金構(gòu)成的金屬層。Sn-Ag合金對金屬的潤濕性比BiSn系材料的潤濕性優(yōu)異。因此，通過該金屬層，可以使結(jié)合件與半導(dǎo)體芯片和/或固體板的結(jié)合強度提高。

此外，所述結(jié)合件中的Sn的含有量優(yōu)選超過0wt％且在4wt％以下。

雖然Sn是容易與Ag合金化的金屬，但是如上所述，若結(jié)合件中的Sn的含有量在上述范圍，則能夠抑制有助于形成熱傳導(dǎo)通路的Ag的不需要的合金化。其結(jié)果，能夠高效地形成熱傳導(dǎo)通路。

此外，因為含有Bi(熔點：約270℃)比Sn(熔點：約232℃)多，所以可以使結(jié)合件保持比較高的熔點。因此，在安裝半導(dǎo)體裝置時的軟熔(reflow)時，能夠發(fā)揮優(yōu)異的耐軟熔性。

這樣的半導(dǎo)體裝置例如可通過如下的半導(dǎo)體裝置制造方法來制造，該半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體芯片以及與該半導(dǎo)體芯片接合的固體板，該制造方法包含以下工序：在上述半導(dǎo)體芯片以及上述固體板的至少一方的與另一方接合的接合面上形成由Ag構(gòu)成的鍍層的工序；在上述鍍層形成后，在上述半導(dǎo)體芯片與上述固體板之間夾著由Sn含有量超過0wt％并在4wt％以下的BiSn構(gòu)成的接合件的工序；以及通過熱處理經(jīng)由上述接合件接合上述半導(dǎo)體芯片與上述固體板的工序。

根據(jù)此方法，在半導(dǎo)體芯片的接合面以及/或固體板的接合面上形成由Ag構(gòu)成的鍍層后，在半導(dǎo)體芯片與固體板之間夾著由Sn含有量超過0wt％并在4wt％以下的BiSn構(gòu)成的接合件，之后進行熱處理。通過執(zhí)行上述工序，可以在結(jié)合材料上形成從鍍層到另一接合面的Ag網(wǎng)(網(wǎng)狀組織)。通過該Ag網(wǎng)可提高半導(dǎo)體芯片與固體板之間的熱傳導(dǎo)性。

并且，根據(jù)利用此制造方法獲得的半導(dǎo)體裝置，因為接合件由BiSn系材料構(gòu)成，所以能夠?qū)崿F(xiàn)接合件的無鉛化。

此外，半導(dǎo)體芯片和固體板之間由Ag網(wǎng)連接，所以在它們之間容易傳遞熱。因此，能夠?qū)⒃诎雽?dǎo)體芯片上發(fā)生的熱經(jīng)由Ag網(wǎng)以Ag的熱傳導(dǎo)率傳遞到固體板上。從而能夠充分確保半導(dǎo)體芯片的放熱性。