[發明專利]芯片接合用導電性糊及利用該導電性糊的芯片接合方法

在審

• 申請號: 201380017110.2
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104205312A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 小柏俊典;鹽屋晶和;宮入正幸
• 申請（專利權）人: 田中貴金屬工業株式會社
• 主分類號: H01L21/52
• 分類號: H01L21/52;H01B1/00;H01B1/22
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 金龍河;穆德駿

技術領域

本發明涉及適用于半導體芯片往襯底上的芯片接合、倒裝芯片接合的導電性糊及使用該導電性糊的接合方法。特別是涉及即使在高溫下經過長時間也不會在接合部內產生空隙的耐久性優良的導電性糊。

背景技術

作為將各種半導體芯片往襯底上進行芯片接合的方法，一直以來，使用釬料的方法廣為人知。該芯片接合法中，在半導體芯片或襯底中的任意一種上熔合釬料后，在襯底上載置半導體芯片，加熱至釬料的熔點以上的溫度，使釬料熔融、凝固。此時的加熱溫度(接合溫度)考慮所使用的釬料的熔點來設定。例如，作為近年來在芯片接合中通常使用的釬料，已知有AuSn系釬料，但其熔點為約280℃，因此，多數情況下將接合溫度設定為300℃以上的溫度。

芯片接合時的接合溫度優選設定為低溫。這是由于，如果將接合溫度設定為高溫，則在接合后的冷卻時產生的熱應力增大，半導體芯片的電特性有可能產生變動。另外，接合時的加熱本身也有可能對半導體芯片的特性產生影響。因此，為了實現半導體芯片的芯片接合的低溫化，作為代替以往利用釬焊的芯片接合法的方法，已知使用含有由銀等導電性金屬構成的金屬粉末的導電性糊的芯片接合法(專利文獻1、2)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平11-26480號公報

專利文獻2：日本特開2002-158390號公報

發明內容

發明所要解決的問題

這些利用導電性糊的芯片接合法與以往的利用釬料的芯片接合法相比，可以在低溫下進行接合，接合強度也充分，而且，糊的處理性也良好，因此是近年來廣泛加以利用的方法。

但是，根據本發明人的研究，在上述使用以往的導電性糊的芯片接合法中，在高溫環境下有時會在接合部產生缺陷。該缺陷是在作為被接合材料之間的接合部的固化后的導電性糊中產生的空隙。該空隙存在特別是在被接合構件暴露于高溫的環境下產生的傾向，并隨時間推移而生長，最終也有可能引起剝離。這樣的缺陷不會經常產生，但當然應該將其排除。

本發明以上述問題作為背景，提供能夠抑制如上所述的缺陷產生的用于將半導體元件等往襯底上進行芯片接合的導電性糊。

用于解決問題的方法

本發明人為了解決上述問題，首先，對利用以往的導電性糊的接合工藝中產生的上述缺陷的性狀及其產生原因進行了研究。首先，將該研究結果與圖1一起進行說明。圖1是對以往的接合工藝中剛進行接合后的接合部和將其高溫加熱時的接合部的狀態進行說明的圖。在利用導電性糊的接合工藝中，隨著接合時的加壓，使金屬粒子進行伴隨再排列的致密化和接著伴隨塑性變形(剪切變形)的致密化，由此形成接合部。此時的接合部如圖1(a)所示為比較致密的狀態，但各金屬粒子不會完全一體化而呈在粒子間殘留有空隙的狀態。

而且，該接合部受到高溫加熱時，金屬粒子間的擴散進行，金屬粒子更緊密地接合，但如果其在所有金屬粒子之間都均勻地產生，則接合部變得進一步致密化，不會成為問題，但實際上未必如此。這是由于，在金屬粒子表面上形成包含氧化物、硫化物的被膜。在金屬粒子表面上具有氧化物等的被膜的情況下，金屬粒子間的接合狀態變得不均勻，如圖1(b)所示局部地形成空隙。本發明人發現，在該高溫環境下產生的金屬粒子間的接合狀態的偏差成為空隙的主要原因。

由上述研究結果可以確認如下方面。即，如上所述的空隙產生是將接合部加熱至高溫而產生、在這樣的環境下在所使用的半導體元件顯著產生的現象。另外，如果金屬粒子的接合變得不均勻的主要原因在于在金屬粒子表面上具有氧化物、硫化物，則可以說只要是由耐腐蝕性優良的金屬粉構成的導電性糊就不易產生不均勻接合。

但是，由于接合部的缺陷產生而無法限定半導體元件的利用范圍。另外，關于導電性糊的金屬粒子的構成材料，只要是耐腐蝕性優良的金，則也不會產生上述缺陷。本發明人也確認了這一點。但是，例如，銀這樣的金屬雖然容易氧化、硫化，但導電性優良并且在成本方面比金更優良，也需要有效利用這樣的金屬。因此，本發明人想到了本發明作為改善金屬粒子的耐腐蝕性、抑制接合后的高溫加熱所引起的空隙產生的預定金屬的導電性糊。

即，本發明為一種導電性糊，其為由金屬粉末和有機溶劑構成的接合用導電性糊，其中，上述金屬粉末由選自純度為99.9質量％以上、平均粒徑為0.01μm～1.0μm的銀粉、鈀粉、銅粉中的一種以上的金屬粒子和包覆上述金屬粒子的至少一部分的由金構成的包覆層構成。