[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480029861.0
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN105247666B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 山崎浩次;荒木健
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L21/52
• 分類號: H01L21/52;B23K20/00;B23K35/14
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 金春實

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別涉及安裝半導(dǎo)體元件的安裝基板與半導(dǎo)體元件等的金屬接合、半導(dǎo)體元件和引線端等的金屬接合。

背景技術(shù)

近年來，針對半導(dǎo)體裝置的可靠性的要求逐漸提高，特別強烈要求提高針對熱膨脹系數(shù)差大的半導(dǎo)體元件和電路基板的接合部的可靠性。以往，在半導(dǎo)體元件中，大量使用以硅(Si)、砷化鎵(GaAs)為基體材料的例子，其動作溫度是100℃～125℃。作為將半導(dǎo)體元件接合到電子電路的電極的焊料材料，根據(jù)針對半導(dǎo)體元件與電路基板的熱膨脹之差所引起的反復(fù)熱應(yīng)力的抗裂性、用于應(yīng)對組裝時的多階段焊料接合的高熔點、進而器件的污染耐性等觀點，在Si器件中使用了95Pb-5Sn(質(zhì)量％)，在砷化鎵器件中使用了80Au-20Sn(質(zhì)量％)等。但是，根據(jù)降低環(huán)境負荷的觀點，大量含有有害的鉛(Pb)的95Pb-5Sn存在問題，并且根據(jù)貴金屬的價格上漲、埋藏量等觀點，關(guān)于80Au-20Sn，強烈期望替代材料。

另一方面，根據(jù)節(jié)能的觀點，作為下一代器件，以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為基體材料的器件的開發(fā)蓬勃發(fā)展。這些根據(jù)降低電力損失的觀點，將其動作溫度設(shè)為175℃以上，將來還可以說達到300℃。

針對上述要求，需要熔點高而且耐熱性優(yōu)良的高溫焊料材料(高溫焊料合金)。這樣的焊料合金此前是熔融溫度為300℃前后的基于Pb的焊料合金。例如，有Pb-10Sn(質(zhì)量％)、Pb-5Sn(質(zhì)量％)、Pb-2Ag-8Sn(質(zhì)量％)、Pb-5Ag(質(zhì)量％)等，主要以Pb為主成分。Pb-10Sn的固相線溫度是268℃，其液相線溫度是302℃。Pb-5Sn的固相線溫度是307℃，其液相線溫度是313℃。Pb-2Ag-8Sn的固相線溫度是275℃，其液相線溫度是346℃。Pb-5Ag的固相線溫度是304℃，其液相線溫度是365℃。

但是，根據(jù)環(huán)境保護的觀點，最近，在整個錫焊技術(shù)中，要求代替Pb系焊料合金，而使用無Pb焊料合金。當(dāng)然，關(guān)于在以往的半導(dǎo)體裝置中使用了的上述那樣的Pb-Sn系高溫焊料，也要求使用無Pb焊料合金。

但是，關(guān)于無Pb焊料合金，此前提出了多種，但Sn是主成分，沒有固相線溫度是260℃以上的高溫焊料合金。例如，在固相線溫度(共晶溫度)是221℃的Sn-Ag系焊料合金中，如果增加Ag，則液相線溫度提高，但固相線溫度不提高。在固相線溫度227℃的Sn-Sb系焊料合金中，在為了提高固相線溫度，極端地增加了Sb的情況下，液相線溫度也極端地提高。另外，即使對它們添加其他元素，也無法改變這樣的特性。因此，以往，在無Pb焊料合金中，認為沒有即使在300℃下也不熔融的、可用作焊料的無Pb焊料合金。

因此，研究了未使用高溫焊料合金的接合技術(shù)。被作為未使用該高溫焊料合金的接合技術(shù)來研究的方法是指，使用熔融溫度比Sn為主成分的無鉛焊料更高的金屬間化合物來接合的方法。在其中，也特別期望是使用向Sn的擴散快、且在比較低的溫度下能夠形成金屬間化合物的Ag的通過Ag和Sn的金屬間化合物(Ag3Sn)接合的方法。

例如，在專利文獻1中，記載了無Pb且能夠用于溫度等級連接的高溫側(cè)的焊料連接的復(fù)合焊料。專利文獻1的復(fù)合焊料通過由Cu構(gòu)成的金屬網(wǎng)被2張焊料箔夾持壓接而得到的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成，這樣，將金屬網(wǎng)和焊料箔重疊軋制，從而焊料箔的Sn進入到金屬網(wǎng)的間隙，在加熱之后，形成Cu和Sn的金屬間化合物(Cu3Sn、Cu6Sn5)，實現(xiàn)高耐熱化。另外，在專利文獻1中，除了Cu以外，Ag網(wǎng)也同樣地是有力候補，在作為高熔點的金屬間化合物的Ag3Sn化合物中，能夠?qū)崿F(xiàn)即使在280℃下也不熔融的連結(jié)連接。同樣地，作為硬并且熔點低的合金系，Cu-Sn系(例如Cu6Sn5)也能夠同樣地應(yīng)對。

另外，在專利文獻2中，記載了用于接合芯片(半導(dǎo)體元件)和管芯的接合片。專利文獻2的接合片是將有槽加工的Ag片、Ag導(dǎo)線縱橫編織而得到的網(wǎng)格狀片，針對該Ag片的表面實施厚度0.3～2.0μm的Sn鍍層并進行加壓、加熱，從而在加熱時，從Ag片的芯逐漸通過溶解、擴散而供給Ag。因此，專利文獻2的接合片能夠?qū)⒆罱K地形成的Ag-Sn層的熔點提高到470℃以上，能夠做成耐熱性高的接合部，并且，有槽空間的Ag片柔軟并且吸收熱應(yīng)變，提高可靠性。

專利文獻1：日本特開2004-174522號公報(第0024段～0053段、第0069段、圖1、圖8)

專利文獻2：日本特開2012-004594號公報(第0058段～0060段、圖13、圖14)

發(fā)明內(nèi)容