[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410048867.4
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103996631A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 松下毅;望月英司;西澤龍男;齋藤俊介
• 申請（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)株式會社
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法。尤其涉及對接合對象物進(jìn)行焊接的方法。

背景技術(shù)

在安裝有IGBT（絕緣柵雙極晶體管）或FWD（續(xù)流二極管）等半導(dǎo)體芯片、被稱為功率半導(dǎo)體模塊的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，作為對半導(dǎo)體芯片和絕緣電路基板等進(jìn)行接合的方法，大多使用焊接的方法。

以往，在進(jìn)行焊接時，為了抑制焊錫或半導(dǎo)體芯片表面的氧化，從而保持焊錫良好的浸潤性，在大多數(shù)情況下通常使用助焊劑。然而，在回流爐內(nèi)進(jìn)行加熱使焊錫熔融時，會產(chǎn)生以下問題，即由于該助焊劑的存在使得回流爐的內(nèi)部或絕緣電路基板等被污染。作為為了不產(chǎn)生污染而不使用助焊劑，且能提高焊錫的浸潤性的方法，已知有下述方法，即向回流爐的內(nèi)部導(dǎo)入氫氣，利用使用氫的氧化還原反應(yīng)（2H2＋O2→2H2O），來去除接合對象物的氧化膜（專利文獻(xiàn)1）。

根據(jù)專利文獻(xiàn)1所公開的焊接方法，在兩個接合對象物中的一個接合對象物（例如絕緣電路基板）的接合面上配置焊錫板，并進(jìn)一步在其上方層疊另一個接合對象物（例如半導(dǎo)體芯片），在這種狀態(tài)下，一邊提供還原性的氣體（例如氫氣），一邊以超過焊錫熔融溫度的溫度對其進(jìn)行加熱，之后進(jìn)行冷卻。在這種焊接方法中，通過對焊錫及接合對象物提供氫自由基等游離基氣體，在焊錫熔融時對包含焊錫的氧化物進(jìn)行還原，同時也對接合對象物的接合面進(jìn)行還原，從而進(jìn)行清潔。由此，能夠獲得良好的焊錫浸潤性。

在上述方法中為了提高由氫產(chǎn)生的還原反應(yīng)，在使焊錫熔融時需要高效地向接合面提供氫氣。然而實際上，例如在將平整的焊錫板配置于絕緣電路基板和半導(dǎo)體芯片之間的情況下，由于焊錫板緊密接合而在絕緣電路基板和半導(dǎo)體芯片的各接合面上沒有間隙，因此無法向絕緣電路基板及半導(dǎo)體芯片的各接合面提供充分的氫氣。

這里，在專利文獻(xiàn)1中公開了以下焊接方法，即在焊錫板的外周部形成凸部形狀，使接合面的氫氣的接觸面積增大，從而來提供還原效果。另一方面，近年來功率半導(dǎo)體模塊的使用環(huán)境條件更為苛刻，從而對焊接接合面的要求也就更高，需要其進(jìn)一步具有高強(qiáng)度/高耐熱性。于是，應(yīng)用機(jī)械接合強(qiáng)度較為優(yōu)異的Sn-高Sb類焊錫材料來替代以往所使用的Sn-Ag類等焊錫材料。

然而，與Sn-Ag類等焊錫材料相比，Sn-高Sb類焊錫材料在焊錫板的表面上形成的氧化膜較厚，是焊錫難以浸潤的材料。由此，在現(xiàn)有的焊接方法中，無法充分還原表面的氧化膜，于是出現(xiàn)了以下問題，即容易因焊接接合面上的氧化膜而導(dǎo)致空隙。尤其是在功率半導(dǎo)體模塊與負(fù)載相連接的實際工作條件下，半導(dǎo)體芯片中央部的焊錫接合面上產(chǎn)生了空隙時，因空隙所產(chǎn)生的熱阻的影響而導(dǎo)致發(fā)熱的半導(dǎo)體芯片的溫度上升，從而成為引起功率半導(dǎo)體模塊的性能降低的主要原因。

作為減少這種焊錫接合面上的空隙的方法，公開了一種使用形成為框狀的焊錫構(gòu)件的方法（專利文獻(xiàn)2）。這種方法是指通過增加封閉工序，并在之后的減壓工序中將空隙一下子排出至外部，從而能獲得減少焊錫內(nèi)部的空隙這一結(jié)果的方法，上述封閉工序是在第一接合構(gòu)件的接合面和第二接合構(gòu)件的接合面之間配置形成為框狀的焊錫構(gòu)件，并進(jìn)行熔融，利用第一接合構(gòu)件、第二接合構(gòu)件、及熔融后的焊錫構(gòu)件來封閉接合區(qū)域的氣氛氣體的工序。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2009－272554號公報專利文獻(xiàn)2：日本專利特開2006－116564號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

然而，根據(jù)本發(fā)明人潛心研究的結(jié)果，當(dāng)將上述方法中的焊接方法應(yīng)用于Sn-高Sb類焊錫材料時，顯然會產(chǎn)生下述問題。

首先，將專利文獻(xiàn)1所記載的焊接方法應(yīng)用于與現(xiàn)有的焊錫材料相比在表面所形成的氧化膜較厚的Sn－高Sb類焊錫材料的情況下，由于焊錫板在板狀表面上形成有凹凸，焊錫板的表面積較大，從而焊錫中的氧化膜的量也在增大，因此僅僅增大與氫氣的接觸面積無法進(jìn)行充分的還原處理。其結(jié)果是產(chǎn)生以下問題，即由于在半導(dǎo)體芯片與焊錫的接合面上殘留有氧化膜，從而產(chǎn)生空隙，由此使得接合狀態(tài)降低。

此外，將專利文獻(xiàn)2所記載的焊接方法應(yīng)用于與現(xiàn)有的焊錫材料相比粘度較高的Sn-高Sb類焊錫材料的情況下，可知增加在其內(nèi)部封閉氣氛氣體的工序反倒使得氣體殘留在焊錫中，從而成為產(chǎn)生空隙的主要原因。

本發(fā)明的目的在于，鑒于上述問題，提供一種焊接方法，該焊接方法使用Sn-高Sb焊錫材料，且使得絕緣電路基板與半導(dǎo)體芯片等的焊錫接合中空隙較少、接合狀態(tài)較為穩(wěn)定。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案