[發明專利]包括包含化合物SN/SB的焊料化合物的半導體器件

在審

• 申請號: 201910922030.0
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110957290A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: T·貝倫斯;A·海因里希;E·納佩特施尼格;B·魏德甘斯;C·維勒;C·楊
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 鄔少俊

本發明公開了半導體器件(10；20)，其包括：半導體管芯，該半導體管芯包括第一表面和與第一表面相對的第二表面；設置在半導體管芯的第一表面上的第一金屬化層；設置在第一金屬化層上的第一焊料層，其中，第一焊料層包含化合物Sn/Sb；以及包括基于Cu的基礎主體和設置在基于Cu的基礎主體的主表面上的基于Ni的層的第一接觸構件，其中，第一接觸構件利用所述基于Ni的層連接到第一焊料層。

技術領域

本公開涉及半導體器件、電子器件以及用于制造半導體器件的方法。

背景技術

歐盟已經決定在不久的將來禁止使用危害環境的物質。這些決定是針對報廢車輛ELV和電氣電子設備(RoHS，限制電氣電子設備中的(某些)有害物質(的使用))而做出的，并指出應當禁止諸如鉛的有害物質。尤其對于功率應用而言，半導體管芯和夾具當前是利用基于高Pb的軟焊膏來焊接的。由于EU希望禁止使用Pb，所以必須要開發至少與基于高Pb的焊膏系統一樣好的替代管芯和夾具附接系統。

發明內容

本公開的第一方面涉及一種半導體器件。根據第一方面的半導體器件包括：包括第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體管芯；設置于半導體管芯的第一表面上的第一金屬化層；設置于第一金屬化層上的第一焊料層，第一焊料層包含化合物Sn/Sb；以及包括基于Cu的基礎主體和設置于基于Cu的基礎主體的主表面上的基于Ni的層的第一接觸構件，其中第一接觸構件利用基于Ni的層連接到第一焊料層。

根據第一方面的半導體器件的實施例，焊料層還包括Ni/Sb相。根據其另一實施例，焊料包括一個或多個其它相，其中Ni/Sb相是主要相。一個或多個其它相可以是Ni/Sn相或者不同材料組分的兩個或三個Ni/Sn相。

根據第一方面的半導體器件的實施例，焊料層的化合物Sn/Sb沒有Pb。

根據第一方面的半導體器件的實施例，化合物Sn/Sb的材料組分使得所述化合物中的Sb的比例在從17％到90％的范圍中。可以提供這樣的比例，以便達到高于270℃的焊料材料的熔化溫度。

根據第一方面的半導體器件的實施例，除了Sb的比例之外，所述材料組分還由Sn或Sn與其它材料構成，其中，Sn是主要的。其它材料可以包括Ag、Au、Pt、Cu、Ni和Pd中的一種或多種。

根據第一方面的半導體器件的實施例，化合物Sn/Sb的材料組分使得化合物Sn/Sb的熔化溫度高于270℃。如上所述，例如，這可以通過在從17％到90％的范圍內調節沉積于半導體管芯上的Sb/Sn焊料材料中的Sn的比例來實現。在第二級焊接期間，需要焊料材料的最低熔化溫度為270℃。

根據第一方面的半導體器件的實施例，基于Ni的層的厚度在從100nm到7μm的范圍內。

根據第一方面的半導體器件的實施例，接觸構件由引線框架、夾具、直接接合的銅、或活性金屬釬焊構成。

根據第一方面的半導體器件的實施例，接觸構件的厚度在從100μm到5mm的范圍內。

根據第一方面的半導體器件的實施例，第一金屬化層包括兩個或更多層的堆疊體。所述層可以包括Ti層、NiV層、NiP層、Ag層或Al層中的一者或多者。

根據第一方面的半導體器件的實施例，半導體管芯是功率管芯、晶體管管芯、功率晶體管管芯、垂直晶體管管芯、IGBT管芯、二極管管芯、或者包括垂直結構并包括處于兩個相對主表面上的接觸焊盤的任何其它管芯中的一個或多個。

根據第一方面的半導體器件的實施例，半導體器件還包括：設置于半導體管芯的第二表面上的第二金屬化層；設置于第二金屬化層上的第二焊料層，第二焊料層包含化合物Sn/Sb；包括基于Cu的基礎主體和設置于基于Cu的基礎主體的主表面上的基于Ni的層的第二接觸構件，其中第二接觸構件利用基于Ni的層連接到第二焊料層。在這樣的實施例中，半導體管芯可以由上文所述的半導體管芯類型中的一種或多種構成。