半導(dǎo)體器件的制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其通過使來自熱時效處理溫度的冷卻速度適當(dāng)，能夠提高半導(dǎo)體芯片的表面電極與金屬絲的接合部的可靠性。在將添加Ni的鋁金屬絲（10）鍵合在半導(dǎo)體芯片（5）的Al-Si電極膜（表面電極7）之后，在300℃以下的高溫下進行熱時效處理，然后，按照1℃/min以下的冷卻速度進行逐漸冷卻，由此能夠除去鍵合時的加工應(yīng)變，抑制熱時效處理后的冷卻時所導(dǎo)入的熱應(yīng)變，從而能夠提供具有高可靠性的半導(dǎo)體器件（100）。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種，特別是涉及一種向半導(dǎo)體芯片的表面電極上的金屬絲鍵合方法。
技術(shù)介紹
最近幾年，要求汽車儀器控制裝置或者電動汽車驅(qū)動控制裝置等小型輕量化。所述驅(qū)動控制裝置為了從電池等直流電源獲取驅(qū)動電動機的交流(電)，使用對大電流進行高速開關(guān)的半導(dǎo)體器件。對應(yīng)該大電力化、即電子部件的動作電流的增大，在半導(dǎo)體器件內(nèi)的各個半導(dǎo)體芯片間、半導(dǎo)體芯片和半導(dǎo)體芯片緊固的帶導(dǎo)電圖案絕緣基板間等的電連接中使用以鋁為主要成分的金屬絲。在這種半導(dǎo)體器件中，從小型輕量化并且高功能化和耐環(huán)境性等觀點來看，要求 承受嚴(yán)酷的熱循環(huán)、功率循環(huán)，并且要求高壽命。在作為用于滿足該要求的一個接合方法的金屬絲鍵合技術(shù)中海要求高的可靠性。圖10是現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件200的主要部分結(jié)構(gòu)圖。該半導(dǎo)體器件是IGBT模塊的例子。圖11是超聲波鍵合裝置300的概略圖。該超聲波鍵合裝置300還稱作超聲波接線機(wire bonder)ο在圖10中，51是散熱底板，52是焊錫，53是帶導(dǎo)電圖案絕緣基板，54a、54b是導(dǎo)電圖案，55是半導(dǎo)體芯片，56是背面電極，57是表面電極，58是焊錫，59是外部導(dǎo)出端子，60是金屬絲，63是外殼，64是凝膠，200是現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件200此處列舉功率模塊為例。在圖10中，左側(cè)的半導(dǎo)體芯片55 (C)例如是IGBT (絕緣門極型雙極晶體管)，右側(cè)的半導(dǎo)體芯片55 (D)是續(xù)流二極管，彼此反并聯(lián)連接。另外，在圖11中，76是金屬絲保持件，77是金屬絲夾，78是金屬絲切割機，79是超聲波喇叭，80是支承臂，81是鍵合工具保持件，82是鍵合工具，300是超聲波鍵合裝置。金屬絲60從未圖示的金屬絲供給單元通過金屬絲保持件76被供給到鍵合工具82。鍵合工具82在作為第一(1st)鍵合位置的半導(dǎo)體芯片55上移動。接著，操作金屬絲夾77和鍵合工具82，將金屬絲60的前端按壓在半導(dǎo)體芯片55的表面電極57上。接著，在加壓了的狀態(tài)下從未圖示的超聲波振動單元產(chǎn)生的超聲波振動經(jīng)由超聲波喇叭79傳達(dá)到鍵合工具72。由此，金屬絲60被接合在半導(dǎo)體芯片55的表面電極57。接著,按照形成弧狀的環(huán)形部的方式供給金屬絲60，并且使鍵合工具72移動至作為第二(2nd)鍵合部的導(dǎo)電圖案54b。進行與前述同樣的鍵合操作，將金屬絲60與導(dǎo)電圖案54b接合。然后，用金屬絲切割機78切斷金屬絲60。根據(jù)該一系列操作，半導(dǎo)體芯片55彼此以及與導(dǎo)電圖案54b之間被金屬絲60電連接。作為半導(dǎo)體器件200的構(gòu)造，對于導(dǎo)致高溫操作時的故障的位置，不能根據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)、使用材料一概地斷定。但是，著眼于導(dǎo)致在半導(dǎo)體芯片55的表面電極57上鍵合有金屬絲60的構(gòu)造的故障的位置時，起因于該金屬絲60的情況不少。因此，提高半導(dǎo)體芯片55的表面電極與金屬絲60的接合部60a的可靠性在提高半導(dǎo)體器件200的可靠性方面非常重要。為了提高金屬絲鍵合的接合部60a的可靠性，例如在專利文獻I中，展示了對金屬絲環(huán)形部進行變形加工的方法。還記載了根據(jù)該方法，降低功率循環(huán)、熱循環(huán)試驗時產(chǎn)生的應(yīng)力以提聞容量。另外，在專利文獻2中，展示了在第一個鍵合(bond)之前預(yù)先對金屬絲前端部進行變形加工后的狀態(tài)下進行鍵合的情況。還記載了根據(jù)該方法，能夠?qū)崿F(xiàn)提高接合部的接合面積、提聞容量。另外，在鍵合金屬絲中為了使其具有耐腐蝕性，廣泛使用添加有微量的Ni的Al金屬絲作為材料，根據(jù)制造條件來控制組成、組織狀態(tài)。 另外，在專利文獻3中還記載了，將具有電極片(pad)的半導(dǎo)體元件與具有中繼片(pad，墊)的基板接合，在電極片和中繼片上通過進行超聲波接合來接合金屬絲。將該基板回流錫焊在散熱板上，并且對電極片與金屬絲的接合部實施熱時效處理，以提高接合持久性。另外，在專利文獻4中還記載了，能夠提供一種可靠性高的半導(dǎo)體器件，其通過使被鍵合在半導(dǎo)體元件上的電極片上的鋁金屬絲接合部的結(jié)晶顆粒的大小變得均一，能夠通過抑制熱應(yīng)力引起的斷裂的加劇來抑制熱循環(huán)引起的金屬絲接合部的劣化。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2003-303845號公報專利文獻2 :日本特開平11-330134號公報專利文獻3 日本特開2004-179484號公報專利文獻4 日本特開平7-135234號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)要解決的課題但是，在利用上述金屬絲鍵合產(chǎn)生的荷重、利用超聲波進行的加工后，接合部60a的金屬絲60的組織因加工應(yīng)變，結(jié)晶顆粒細(xì)微化，接合部60a的硬度增大。該顆粒尺寸在金屬絲鍵合的接合部60a的上部母材(金屬絲60)中，例如細(xì)微成亞(sub) μ m 數(shù)μπι左右。對該顆粒尺寸變得細(xì)微的接合部60a實施熱時效處理，由此顆粒尺寸粗大化，能夠提高功率循環(huán)容量。但是，在該熱時效處理中被保持高溫后，將鍵合有金屬絲60的半導(dǎo)體芯片55冷卻至室溫時，根據(jù)冷卻條件，熱應(yīng)變被導(dǎo)入半導(dǎo)體芯片55的表面電極57和金屬絲60的接合部60a，金屬絲60母材的結(jié)晶顆粒再次細(xì)微化，硬度增大。接合部60a的硬度增大時，接合部60a的功率循環(huán)容量下降。其結(jié)果是，作為功率模塊的半導(dǎo)體器件200的可靠性下降。另外，在前述專利文獻I 4中并未記載在金屬絲鍵合后進行熱時效處理，在其后的冷卻中，通過降低冷卻速度，來抑制熱應(yīng)變的導(dǎo)入，提高半導(dǎo)體芯片的表面電極與金屬絲的接合部的可靠性。本專利技術(shù)的目的在于，解決前述的課題，提供一種，S卩，通過使來自熱時效處理溫度的冷卻速度適當(dāng)，能夠提高半導(dǎo)體芯片的表面電極與金屬絲的接合部的可靠性。用于解決課題的方法為了達(dá)到前述的目的，根據(jù)技術(shù)方案的范圍的第一方面所述的專利技術(shù)，是在半導(dǎo)體芯片的表面電極鍵合有金屬絲的，包括將所述金屬絲鍵合在所述表面電極上后，將前述金屬絲和前述表面電極保持在200°C以上、300°C以下的高溫的工序(熱時效處理工序)；和按照1°C /min以下的冷卻速度冷卻前述金屬絲的工序(漸冷工序)。另外，根據(jù)技術(shù)方案的第二方面所述的專利技術(shù)，在第一方面所述的專利技術(shù)中，前述冷卻速度是O. 5°C /min以下。另外，根據(jù)技術(shù)方面的第三方面所述的專利技術(shù)，在第一或第二方面所述的專利技術(shù)中，前述金屬絲的原材料是添加有O. 03質(zhì)量％以下的Ni元素的鋁或者純鋁。另外，根據(jù)技術(shù)方面的第四方面所述的專利技術(shù)，在第一 第三方面任意一項所述的專利技術(shù)中，前述表面電極的原材料是添加有微量Si元素的鋁。專利技術(shù)效果根據(jù)本專利技術(shù)，將添加Ni的鋁金屬絲鍵合在半導(dǎo)體芯片的Al-Si電極膜上后，在300°C以下的高溫下進行熱時效處理，然后，按照1°C /min以下的冷卻速度實施慢慢冷卻，由此，能夠除去鍵合時的加工應(yīng)變，能夠抑制在熱時效處理后的冷卻時所導(dǎo)入的熱應(yīng)變。通過除去加工應(yīng)變、防止導(dǎo)入熱應(yīng)變，能夠延長功率循環(huán)試驗的故障壽命，并且能夠達(dá)到目標(biāo)三萬次以上的故障循環(huán)數(shù)，能夠提供高可靠性的半導(dǎo)體器件。附圖說明圖I是本專利技術(shù)的一個實施例的半導(dǎo)體器件的主要部分制造工序截面圖。圖2是接著圖I的本專利技術(shù)的一個實施例的半導(dǎo)體器件的主要部分制造工序截面圖。圖3是接著圖2的本專利技術(shù)的一個實施例的半導(dǎo)體器件的主要部分制造工序截面圖。圖4是接著圖3的本專利技術(shù)的一個實施例的半導(dǎo)體器件的主要部分制造工序截面圖。圖5是接著圖4的本專利技術(shù)的一個實施例的半導(dǎo)體器件的主要部分制造工序截面圖。圖6是接著圖5的本專利技術(shù)的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種半導(dǎo)體器件的制造方法，是在半導(dǎo)體芯片的表面電極上鍵合有金屬絲的半導(dǎo)體器件的制造方法，特征在于，包括：將所述金屬絲鍵合在所述表面電極上后，將所述金屬絲和所述表面電極保持在200℃以上、300℃以下的高溫的工序；和按照1℃/min以下的冷卻速度逐漸冷卻所述金屬絲的工序。

【技術(shù)特征摘要】
2011.06.23 JP 2011-1390181.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，是在半導(dǎo)體芯片的表面電極上鍵合有金屬絲的半導(dǎo)體器件的制造方法，特征在于，包括 將所述金屬絲鍵合在所述表面電極上后，將所述金屬絲和所述表面電極保持在200°c以上、300°C以下的高溫的工序；和 按照1°C /min以下的冷卻速度逐漸冷卻...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：外園洋昭，酒井茂，西村知紘，
申請(專利權(quán))人：富士電機株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：