半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置制造方法及圖紙

一種半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置，通過(guò)通用性較高、能夠得到良好的高溫環(huán)境下的可靠性的方法進(jìn)行半導(dǎo)體芯片的安裝，能夠進(jìn)行半導(dǎo)體裝置的高溫動(dòng)作。在安裝基板與半導(dǎo)體芯片之間夾裝如下的接合層，并在熔融層的熔點(diǎn)以上的溫度下保持，通過(guò)液相擴(kuò)散形成比熔融層熔點(diǎn)高的合金層，使安裝基板與半導(dǎo)體芯片接合，上述接合層具有：含有從Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中選擇的某種金屬或其合金的接合支撐層；和夾著接合支撐層而層疊的、含有從Sn、Zn、In中選擇的某種金屬或由從該金屬中選擇的兩種以上的金屬構(gòu)成的合金的熔融層，上述接合層至少在最外層形成有熔融層。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置。
技術(shù)介紹
一般而言，在半導(dǎo)體裝置中，作為半導(dǎo)體芯片向安裝基板上的安裝方法，采用使用了釬焊材料的釬焊接合。作為這樣的釬焊材料，很久以來(lái)使用Pb類(lèi)及Pb — Sn類(lèi)，近年來(lái)，隨著無(wú)Pb化,使用Sn — Ag類(lèi)或Sn — Ag — Cu類(lèi)。此外,在Si的分立型半導(dǎo)體裝置中，使·用通過(guò)Si與Au鍍層的反應(yīng)進(jìn)行的共晶接合。近年來(lái)，隨著電子設(shè)備的小型化，搭載的半導(dǎo)體裝置的發(fā)熱密度處于上升的趨勢(shì)。此外，Si半導(dǎo)體裝置的一般的動(dòng)作溫度是125°C、在300°C以下使用，相對(duì)于此，SiC、GaN等的化合物半導(dǎo)體裝置能夠進(jìn)行300°C以上的動(dòng)作，在高溫動(dòng)作中能夠降低損失。所以，要求可得到300°C以上的高溫下的良好的耐熱性及耐熱循環(huán)性的安裝方法。作為這樣的安裝方法，使用了 Au — Si共晶釬焊的接合、及基于Ag納米粒子的低溫?zé)Y(jié)等已實(shí)用化。但是，在這些安裝方法中，由于使用AiuAg等的貴金屬，所以應(yīng)用受到限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)通用性較高、可得到良好的高溫環(huán)境下的可靠性的方法進(jìn)行半導(dǎo)體芯片的安裝，能夠進(jìn)行半導(dǎo)體裝置的高溫動(dòng)作。技術(shù)方案的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在安裝基板與半導(dǎo)體芯片之間夾裝如下的接合層，并在熔融層的熔點(diǎn)以上的溫度下保持、通過(guò)液相擴(kuò)散形成比熔融層熔點(diǎn)高的合金層而使安裝基板與半導(dǎo)體芯片接合，上述接合層具有含有從Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中選擇的某種金屬或其合金的接合支撐層，和夾著接合支撐層而層疊的、含有從Sn、Zn、In中選擇的某種金屬或由從這些金屬中選擇的兩種以上的金屬構(gòu)成的合金的熔融層，該接合層至少在最外層形成熔融層。此外，技術(shù)方案的半導(dǎo)體裝置，具備安裝基板；半導(dǎo)體芯片，接合在上述安裝基板上；以及接合部，設(shè)在安裝基板與半導(dǎo)體芯片之間，該接合部具有含有從Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中選擇的某種金屬或其合金的接合支撐層，和夾著接合支撐層而設(shè)置的、含有從Sn、Zn、In中選擇的至少某種金屬和在接合支撐層中含有的金屬的合金層。附圖說(shuō)明圖I是表示有關(guān)第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝基板與半導(dǎo)體芯片的接合エ序的剖視圖。圖2 (a) 圖2 Cd)是表示有關(guān)第I實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝基板與半導(dǎo)體芯片的接合エ序的接合層部分的放大剖視圖。圖3是表示第I實(shí)施方式的一形態(tài)的剖視圖。圖4 (a) 圖4 (b)是表示第I實(shí)施方式的一形態(tài)的剖視圖。圖5 (a) 圖5 (b)是表示有關(guān)第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝基板與半導(dǎo)體芯片的接合エ序的接合層部分的放大剖視圖。 圖6 (a) 圖6 (b)是表示有關(guān)第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的安裝基板與半導(dǎo)體芯片的接合エ序的接合層部分的放大剖視圖。圖7是表示第3實(shí)施方式的一形態(tài)的剖視圖。具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。(第I實(shí)施方式)在本實(shí)施方式中，如以下這樣將安裝基板與半導(dǎo)體芯片接合而形成半導(dǎo)體裝置。首先，如圖I所示，在例如由SiN構(gòu)成的絕緣基板Ila的表面及背面上，在形成有例如由Cu構(gòu)成的布線層Ilb的安裝基板11的布線層Ilb上的規(guī)定位置形成接合層12后，載置例如SiC半導(dǎo)體芯片等的半導(dǎo)體芯片13。在圖2 (a)中表示圖I的虛線部分即接合層部分的放大剖視圖。在接合層12中，夾著例如10 ii m的由作為高熔點(diǎn)金屬的Cu構(gòu)成的接合支撐層12a而層疊有例如10 y m的由作為低熔點(diǎn)金屬的Sn構(gòu)成的兩層熔融層12b。接合層12通過(guò)例如用鍍層法等在布線層IIb上依次層置溶融層12b、接合支撐層12a、溶融層12b而形成。然后，在上層的溶融層12b上載置半導(dǎo)體芯片13。接著，如圖2 (b)所示，在安裝基板11及半導(dǎo)體芯片13上，根據(jù)需要，例如在惰性氣氛中，ー邊施加規(guī)定的壓力，ー邊在熔融層12b的熔點(diǎn)(Sn的熔點(diǎn)232°C)以上的溫度下保持。由此，使熔融層(Sn層)12b成為液相狀態(tài)(熔融層12b’)，將安裝基板11 (布線層Ilb)及半導(dǎo)體芯片13的接合面沾濕。接著，如圖2 (C)所示，通過(guò)保持規(guī)定的時(shí)間，使相互擴(kuò)散產(chǎn)生，以使布線層Ilb和接合支撐層12a的成分(Cu)溶入到熔融層12b’ (Sn)中，使熔融層12b’的液相消失。這樣，如圖2 (d)所示，在安裝基板11與半導(dǎo)體芯片13之間，通過(guò)凝固的含有Cu、Sn的合金(金屬間化合物)層形成接合部12’，將安裝基板11與半導(dǎo)體芯片13接合。形成的接合部12’成為高熔點(diǎn)(Cu3Sn的熔點(diǎn)約700°C)，能夠使半導(dǎo)體裝置在300°C以上的高溫下也穩(wěn)定地動(dòng)作。此外，由于在接合中不使用貴金屬，所以能夠通用性較高，低成本地進(jìn)行半導(dǎo)體芯片的安裝。進(jìn)而，通過(guò)用熔融層12b夾著接合支撐層12a，相互擴(kuò)散不僅在安裝基板11 (布線層Ilb)和半導(dǎo)體芯片13的接合面、也在接合支撐層12a的兩面中推進(jìn)，所以能夠以更短時(shí)間進(jìn)行相互擴(kuò)散。在本實(shí)施方式中，作為接合支撐層12a而舉出了 Cu，但并不限定于此。作為接合支撐層12a，只要能夠由比熔融層12b高熔點(diǎn)的金屬與熔融層12b的構(gòu)成材料形成300°C以上的熔點(diǎn)的合金就可以，除了 Cu以外，可以使用從Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中選擇的某種金屬或其合金。作為合金，可以使用例如由Cu和Sn構(gòu)成的作為金屬間化合物的Cu3Sn等。此外，作為熔融層12b而舉出了 Sn，但作為熔融層12b，除了 Sn以外，可以使用Zn、In、或這些金屬的ニ元類(lèi)、三元類(lèi)合金。例如，通過(guò)使用In — Sn — Zn共晶合金(共晶溫度108°C )，能夠?qū)⒔雍蠝囟冉档偷?08°C，能夠進(jìn)行更低溫下的接合。此外，使接合支撐層12a、熔融層12b分別為10 y m，但它們的膜厚可以在0. I IOOiim中適當(dāng)設(shè)定。更優(yōu)選是的I 10 ii m。此外，在本實(shí)施方式中，作為安裝基板11的絕緣基板Ila而舉出了 SiN，但除此以外也可以使用AlN等。此外，安裝基板11并不限定于這樣的絕緣基板，也可以使用在分立型的半導(dǎo)體裝置中廣泛使用的導(dǎo)電基板。例如，如圖3所示，也可以是，作為安裝基板而使用銅基板14，同樣經(jīng)由接合層12而接合半導(dǎo)體芯片13。在此情況下，作為銅基板，不僅是純銅基板，也可以使用在銅合金基板、或者在氧化鋁、AIN、SiN或玻璃等的絕緣基板的表面上粘貼了銅板、銅合金板的貼銅基板。進(jìn)而，如圖4 (a)、圖4 (b)所示，也可以在安裝基板11的布線層Ilb上、或銅基板14上設(shè)置由Ag或Au構(gòu)成的鍍層15。通過(guò)設(shè)置這樣的鍍層15，能夠抑制作為擴(kuò)散屏障的氧化覆膜等的形成，能夠抑制接合后的空隙形成，所以能夠使接合可靠性提高。此外，作為半導(dǎo)體芯片13而舉出了 SiC半導(dǎo)體，但除此以外，不僅是Si半導(dǎo)體，也可以使用GaN、GaAs等的化合物半導(dǎo)體芯片。此外，半導(dǎo)體芯片并不特別限定于分立型、模組型等。此外，在本實(shí)施方式中，使用鍍層法形成了接合層12，但接合層12的形成方法并沒(méi)有限定，除此以外也可以使用濺射法、真空蒸鍍法、涂敷法等的薄膜形成技術(shù)來(lái)形成。此夕卜，也可以將金屬箔層疊而形成。進(jìn)而，也可以在另外形成了通過(guò)由熔融層12b/接合支撐層12a/熔融層12b構(gòu)成的層疊金屬箔構(gòu)成的接合層12后，將其夾到安裝基板11與半導(dǎo)體芯片13之間，同樣進(jìn)行接合。此外，在本實(shí)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備：在安裝基板與半導(dǎo)體芯片之間夾裝接合層的工序，該接合層具有：含有從Cu、Al、Ag、Ni、Cr、Zr、Ti中選擇的某種金屬或其合金的接合支撐層，和夾著上述接合支撐層而層疊的、含有從Sn、Zn、In中選擇的某種金屬或由從這些金屬中選擇的兩種以上的金屬構(gòu)成的合金的熔融層，該接合層至少在最外層形成上述熔融層；以及在上述熔融層的熔點(diǎn)以上的溫度下保持、通過(guò)液相擴(kuò)散形成比上述熔融層熔點(diǎn)高的合金層而使上述安裝基板與上述半導(dǎo)體芯片接合的工序。

【技術(shù)特征摘要】
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：佐佐木遙，山本敦史，小谷和也，久里裕二，栂嵜隆，北澤秀明，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：株式會(huì)社東芝，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：