疊層高熔點焊接層及其制造方法以及半導體器件技術

本發明專利技術涉及疊層高熔點焊接層及其制造方法以及半導體器件。一種疊層高熔點焊接層包括：疊層結構，其層疊多個三層結構，各個三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層；第一高熔點金屬層，置于疊層結構的表面上；以及第二高熔點金屬層，置于疊層結構的背面表面上。低熔點金屬薄膜層和高熔點金屬薄膜層通過TLP相互熔成合金，并且疊層結構以及第一高熔點金屬層和第二高熔點金屬層通過TLP接合相互熔成合金。

【技術實現步驟摘要】
疊層高熔點焊接層及其制造方法以及半導體器件
本專利技術涉及一種疊層高熔點焊接層、一種用于這種高熔點焊接層的制造方法、以及一種半導體器件。更具體地，本專利技術涉及一種通過TLP（瞬間液相）接合制造的疊層高熔點焊接層、一種用于這種高熔點焊接層的制造方法、以及一種半導體器件。
技術介紹
當前，在許多研究機構中進行SiC（碳化硅）器件的研究和開發。作為SiC器件的特性，可以提及的是：低導通電阻、高速開關、高溫操作等。傳統上，由于可以在當前在半導體功率模塊的領域中使用的諸如IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的Si器件中操作的溫度范圍約為150攝氏度，因此即使當使用諸如傳統的Sn-Ag合金系統的低熔點焊料時，仍可以進行驅動。然而，由于SiC器件在理論上可以操作到約400攝氏度，因此如果當使用傳統的低熔點焊料時在高溫處驅動SiC器件，則當使用低熔點焊料時通過熔合接合部分，出現電極之間的短路、SiC器件和基板之間的層離等，并且隨之SiC器件的可靠性被破壞。因此，不能在高溫度處驅動SiC器件，并且不能使用SiC器件的特性。已公開了關于SiC器件的互連方法以及低熱阻封裝（例如，參見專利文獻1和專利文獻2）。在專利文獻1和專利文獻2中，公開了容納SiC器件的封裝的制造方法，并且對于其他部分或傳導表面使用TLP接合技術接合SiC器件。文獻中當前公開的TLP技術是通過使用同時制造的三種或四種傳導金屬的混合晶體來制造高溫熔點接合用于接合SiC器件的技術。由于使用三種或四種金屬材料的TLP接合，結果，傳導金屬的混合晶體的成分是復雜的。另一方面，已公開了關于包括Sn和/或Pb的化合物焊料物品，其熔點相對低（例如，熔點不超過430攝氏度）（例如，參見專利文獻3）。在專利文獻3中，較之基本焊料在液相和固相的溫度上的差別，焊料合金在液相和固相的溫度上的差別較小。此外，還已公開了關于使用晶片級焊料轉移技術的金屬MEMS封裝的轉移（例如，參見非專利文獻1）。在非專利文獻1中，使用相對薄的Ni-Sn層通過TLP技術接合器件晶片和封裝罩。引用列表專利文獻1：PCT國際公布第WO2006/074165號專利文獻2：美國專利申請公布第2006/0151871號專利文獻3：PCT國際專利申請公布的已公布的日文譯文第H04-503480號非專利文獻1：WarrenC.Welch,III,JunseokChae,和KhalilNajafi,“TransferofMetalMEMSPackageUsingaWager-LevelSolderTransferTechnique”,IEEETRANSACTIONONADVANCEDPACKAGE,VOL,28,No.4,2005年11月,pp.643-649。
技術實現思路
技術問題當前，為了滿足無Pb要求，通常使用作為低熔點焊料的Sn-Ag焊料等。然而，如上文所述，因為熔化溫度低，最大約為230攝氏度，因此低熔點焊料不能與其中可以進行高溫驅動的諸如SiC的器件一起使用。本專利技術人發現了一種通過溶解低熔點焊料并且使溶解的低熔點焊料擴散到高熔點焊料中來獲得高熔點合金的方法。就是說，本專利技術人發現了一種高熔點焊接層的制造方法，其特征在于，較之使用僅兩種金屬材料的TLP接合的基本焊料的液相和固相的溫度差異，利用該焊料合金具有液相和固相的溫度上的較大差異。高熔點焊接層使用相對厚的焊料，并且熔化溫度不小于低熔點金屬層的熔化溫度。此外，本專利技術人發現工藝溫度可以應用到低溫中并且通過層疊高熔點焊接層可以縮短工藝時間時長。本專利技術的目的在于提供一種疊層高熔點焊接層以及一種用于這種疊層高熔點焊接層的制造方法，其可以將工藝溫度應用到低溫中并且可以縮短工藝時間時長。此外，本專利技術的目的在于提供一種疊層高熔點焊接層被應用到的半導體器件。對問題的解決方案根據本專利技術的一個方面，提供了一種疊層高熔點焊接層，其包括：（a）疊層結構，其層疊多個三層結構，各個三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層；（b）第一高熔點金屬層，置于疊層結構的表面上；以及（c）第二高熔點金屬層，置于疊層結構的背面表面上，其中（d）低熔點金屬薄膜層和各個高熔點金屬薄膜層通過瞬間液相接合相互熔成合金，并且疊層結構以及第一高熔點金屬層和第二高熔點金屬層通過瞬間液相接合相互熔成合金。根據本專利技術的另一方面，提供了一種半導體器件，其包括：（a）絕緣襯底；第一傳導金屬層，置于絕緣襯底上；（b）第一疊層高熔點焊接層，置于第一傳導金屬層上；以及（c）半導體器件，置于第一疊層高熔點焊接層上，其中（d）第一疊層高熔點焊接層通過瞬間液相接合形成。根據本專利技術的另一方面，提供了一種半導體器件，其包括：（a）絕緣襯底；第二傳導金屬層，置于絕緣襯底上；（b）第二疊層高熔點焊接層，置于第二傳導金屬層上；以及（c）基板，置于第二疊層高熔點焊接層上，其中（d）第二疊層高熔點焊接層通過瞬間液相接合形成。根據本專利技術的另一方面，提供了一種疊層高熔點焊接層的制造方法，其包括：（a）執行如下元件的平面化：層疊多個三層結構的疊層結構，各個三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層；第一高熔點金屬層，置于疊層結構的表面上；以及第二高熔點金屬層，置于疊層結構的背面表面上；（b）以不小于低熔點金屬薄膜層的熔化溫度的溫度進行退火，使疊層結構擴散到第一高熔點金屬層和第二高熔點金屬層中，并且隨后形成瞬間液相接合；以及（c）使瞬間液相接合冷卻，其中（d）高熔點焊接層的熔化溫度不小于低熔點金屬層的熔化溫度。本專利技術的有利效果根據本專利技術，可以提供一種疊層高熔點焊接層以及一種用于這種疊層高熔點焊接層的制造方法，其可以通過將工藝溫度應用到低溫中并且縮短工藝時間時長來增加大規模生產量效率。此外，根據本專利技術，可以提供疊層高熔點焊接層被應用到的半導體器件。附圖說明圖1A是示出根據實施例的疊層高熔點焊接層的示意性橫截面配置圖，并且圖1B是疊層結構的示意性橫截面配置圖，該疊層結構層疊多個三層結構，這些三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層。圖2是根據實施例的疊層高熔點焊接層被應用到的半導體器件的示意性橫截面配置圖。圖3是用于說明根據實施例的疊層高熔點焊接層的分層結構的示意性橫截面配置圖。圖4是圖2的絕緣襯底的詳細的示意性橫截面配置圖。圖5是用于說明根據實施例的用于疊層高熔點焊接層的制造方法的一個工藝的示意性橫截面配置圖（階段1）。圖6是用于說明根據實施例的用于疊層高熔點焊接層的制造方法的一個工藝的示意性橫截面配置圖（階段2）。圖7是用于說明根據實施例的用于疊層高熔點焊接層的制造方法的一個工藝的示意性橫截面配置圖（階段3）。圖8是用于說明根據實施例的用于疊層高熔點焊接層的制造方法的一個工藝的示意性橫截面配置圖（階段4）。圖9是用于說明根據實施例的用于疊層高熔點焊接層的制造方法的一個工藝的示意性橫截面配置圖（階段5）。圖10是示出根據實施例的疊層高熔點焊接層的相變的理論說明圖，并且是示出Ag-Sn焊料的二元相變圖。圖11是用于說明作為根據實施例的疊層高熔點焊接層被應用到的半導體器件的制造方法的一個工藝的襯底附接工藝的示意性橫截本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種疊層高熔點焊接層，包括：疊層結構，其層疊多個三層結構，各個三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于所述低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層；第一高熔點金屬層，置于所述疊層結構的表面上；以及第二高熔點金屬層，置于所述疊層結構的背面表面上，其中所述低熔點金屬薄膜層和所述各個高熔點金屬薄膜層通過瞬間液相接合相互熔成合金，并且所述疊層結構以及所述第一高熔點金屬層和所述第二高熔點金屬層通過瞬間液相接合相互熔成合金。

【技術特征摘要】
2011.08.08 JP 2011-172912;2011.06.30 US 13/1731221.一種疊層高熔點焊接層，包括：疊層結構，其層疊多個三層結構，各個三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于所述低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層，其中所述多個三層結構中的所述低熔點金屬薄膜層的厚度與所述高熔點金屬薄膜層的厚度的比率被設定為不大于1:1；第一高熔點金屬層，置于所述疊層結構的表面上；以及第二高熔點金屬層，置于所述疊層結構的背面表面上，其中所述低熔點金屬薄膜層和所述高熔點金屬薄膜層通過瞬間液相接合相互熔成合金，并且所述疊層結構以及所述第一高熔點金屬層和所述第二高熔點金屬層通過瞬間液相接合相互熔成合金。2.根據權利要求1所述的疊層高熔點焊接層，其中所述低熔點金屬薄膜層由Sn層和Sn-Ag共熔焊料層組成的組中的一個形成，以及所述高熔點金屬薄膜層、所述第一高熔點金屬層和所述第二高熔點金屬層由Ag層形成。3.根據權利要求1所述的疊層高熔點焊接層，其中所述低熔點金屬薄膜層由Sn層和Sn-Ag共熔焊料層組成的組中的一個形成，以及所述高熔點金屬薄膜層和所述第一高熔點金屬層由Ag層形成，并且所述第二高熔點金屬層由Ni層形成。4.根據權利要求2所述的疊層高熔點焊接層，其中所述Sn-Ag共熔焊料層由96.5±1%的Sn以及3.5±1%的Ag的組分所組成。5.根據權利要求1所述的疊層高熔點焊接層，其中用于形成瞬間液相接合的溫度不小于250攝氏度并且不大于350攝氏度。6.根據權利要求1所述的疊層高熔點焊接層，進一步包括低熔點粘合劑層，用于覆蓋所述第一高熔點金屬層和所述第二高熔點金屬層兩者。7.根據權利要求6所述的疊層高熔點焊接層，其中所述低熔點粘合劑層由Sn層形成。8.一種半導體器件，包括：絕緣襯底；第一傳導金屬層，置于所述絕緣襯底上；第一疊層高熔點焊接層，置于所述第一傳導金屬層上；以及半導體器件，置于所述第一疊層高熔點焊接層上，其中所述第一疊層高熔點焊接層通過瞬間液相接合形成,其中所述第一疊層高熔點焊接層包括：疊層結構，其層疊多個三層結構，各個三層結構包括低熔點金屬薄膜層以及置于所述低熔點金屬薄膜層的表面和背面表面上的高熔點金屬薄膜層；第一高熔點金屬層，置于所述疊層結構的表面上；以及第二高熔點金屬層，置于所述疊層結構的背面表面上，并且其中所述多個三層結構中的所述低熔點金屬薄膜層的厚度與所述高熔點金屬薄膜層的厚度的比率被設定為不大于1:1，所述低熔點金屬薄膜層和所述高熔點金屬薄膜層通過瞬間液相接合相互熔成合金，以及所述疊層結構，以及所述第一高熔點金屬層和所述第二高熔點金屬層通過瞬間液相接合相互熔成合金。9.根據權利要求8所述的半導體器件，其中對于所述半導體器件使用帶隙能量為1.1eV至8eV的半導體。10.根據權利要求8所述的半導體器件，進一步包括：第二傳導金屬層，置于所述第一傳導金屬層置于的所述絕緣襯底的表面的相對面的所述絕緣襯底的背面表面上；第二疊層高熔點焊接層，置于所述絕緣襯底置于的所述第二傳導金屬層的表面的相對面的所述第二傳導金屬層的背面表面上；以及基板，置于所述第二傳導金屬層置于的所述第二疊層高熔點焊接層的表面的相對面的所述第二疊層高熔...

【專利技術屬性】
技術研發人員：大塚拓一，奧村啟樹，
申請(專利權)人：羅姆股份有限公司，
類型：發明
國別省市：