CN116759400A - 一种半导体器件及其制造方法 - Google Patents
一种半导体器件及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116759400A CN116759400A CN202310395190.0A CN202310395190A CN116759400A CN 116759400 A CN116759400 A CN 116759400A CN 202310395190 A CN202310395190 A CN 202310395190A CN 116759400 A CN116759400 A CN 116759400A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- metal
- semiconductor device
- silver
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 101
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 101
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 82
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 82
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 82
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 75
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 38
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 11
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 3
- MXZVHYUSLJAVOE-UHFFFAOYSA-N gold(3+);tricyanide Chemical compound [Au+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-] MXZVHYUSLJAVOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 19
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 6
- 239000003570 air Substances 0.000 description 5
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 4
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 3
- MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N gold nickel Chemical compound [Ni].[Au] MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000009766 low-temperature sintering Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 2
- KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 5-[3-(trifluoromethyl)phenyl]-2h-tetrazole Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(C2=NNN=N2)=C1 KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910001379 sodium hypophosphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
- H01L23/4924—Bases or plates or solder therefor characterised by the materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
- H01L21/4814—Conductive parts
Abstract
本发明提供了一种半导体器件及其制造方法，属于半导体技术领域，该半导体器件包括基板、焊接层、银烧结层以及功率芯片。焊接层设置在基板上，焊接层包括由上至下设置的氰化浸金层、钯镀层以及镍层；银烧结层设置在焊接层上；功率芯片设置在银烧结层上。该半导体器件能够减小器件中各互连金属构件之间的剪切应力，避免芯片脱落及产生裂纹，能够满足现有功率模块高功率密度、稳定可靠的要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件及其制造方法。
背景技术
功率模块是被使用在功率电子电路中的半导体封装。功率模块通常被用在车辆应用以及工业应用中，诸如用在逆变器以及整流器中。近年来，在功率模块的制造过程中，低温烧结连接技术逐渐成为耐高温封装的首选互连方式。低温烧结连接技术是指在一定外部机械压力辅助作用下，通过低温烧结微米银颗粒实现芯片和基板互连的新型无铅化封装方法。与传统的合金焊料相比，银具有更好的导电和导热性能；同时，银的熔点为961℃，远高于传统合金焊料熔点，且银在高温下具有高可靠性，这些优势使得银在高温功率封装领域可以被广泛应用。
在银烧结工艺中，需要借助银烧结膏将芯片与衬底连接起来。现有技术中，在高于200℃的高温下，银烧结膏层对氧的渗透性较高，因而基体衬底的基本金属化层容易发生氧化。同时在芯片工作期间，芯片周围的空气被半导体芯片内耗散的热量加热，容易导致芯片热循环。在高温下，长期热循环后，芯片与衬底之间的弱界面键合线处容易出现断裂产生裂纹。如图1所示，甚至芯片可能会从衬底上脱落，从而导致芯片工作出现故障。
因此，需要改进现有功率模块的烧结封装结构，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种半导体器件，该半导体器件能够减小器件中各互连金属构件之间的剪切应力，避免芯片脱落及产生裂纹，能够满足现有功率模块高功率密度、稳定可靠的要求。
一种半导体器件，包括：
基板；
焊接层，所述焊接层设置在所述基板上，所述焊接层包括由上至下设置的氰化浸金层、钯镀层以及镍层；
银烧结层，所述银烧结层设置在所述焊接层上；
功率芯片，所述功率芯片设置在所述银烧结层上。
在本发明较佳的技术方案中，所述氰化浸金层与所述银烧结层相接，所述镍层与所述基板相接；
所述氰化浸金层、所述钯镀层以及所述镍层的厚度均为0.1μm～1μm。
在本发明较佳的技术方案中，所述镍层与所述钯镀层之间、以及所述钯镀层与所述氰化浸金层之间均呈阶梯状咬合。
在本发明较佳的技术方案中，阶梯状咬合处形成咬合阶梯，所述咬合阶梯的高度为H1，所述焊接层的高度为H2，其中H1＝0.2H2～0.6H2。
在本发明较佳的技术方案中，所述功率芯片包括芯片衬底以及金属互连层，所述芯片衬底设置在所述金属互连层上，所述金属互连层与所述银烧结层连接。
在本发明较佳的技术方案中，所述金属互连层包括由上至下依次设置的Al金属层、Ni金属层、Au金属层。
在本发明较佳的技术方案中，所述Al金属层与Ni金属层之间、所述Ni金属层与所述Au金属层之间均呈阶梯状咬合。
在本发明较佳的技术方案中，所述Al金属层的厚度为1μm～5μm；
所述Ni金属层的厚度为50nm～1μm；
所述Au金属层的厚度为0.5μm～10μm，且Au晶体尺寸为20nm～50nm。
在本发明较佳的技术方案中，所述基板包括陶瓷层以及覆盖在所述陶瓷层的上侧面、下侧面的金属基层。
本发明的目的之二是提供一种半导体器件的制造方法，所述方法用于制造如上所述的半导体器件，所述方法包括以下步骤：
在芯片衬底的表面形成金属互连层，得到功率芯片；
将银膏涂抹至功率芯片上，并烧结形成银烧结层；
将焊接层施加到银烧结层上和基板上，并通过扩散焊接使得基板通过焊接层焊接到银烧结层上；所述焊接层包括由上至下设置的氰化浸金层、钯镀层以及镍层。
在本发明较佳的技术方案中，所述将银膏涂抹至功率芯片上，并烧结形成银烧结层，包括：
获取银膏，并在银膏上放置模具；
将功率芯片放置在银膏的模具上，对功率芯片施加0.1MPa～0.3MPa的压力，直至银膏从功率芯片上析出，得到功率芯片试件；
将试件放置在热板上加热20～40分钟，其中，加热空气的温度为180℃～350℃；
将加热完成的功率芯片置于室温冷却，得到包括银烧结层的功率芯片。
本发明的有益效果为：
本发明提供的一种半导体器件属于半导体技术领域，该半导体器件包括基板、焊接层、银烧结层以及功率芯片。其中，焊接层设置在基板上，银烧结层设置在焊接层上；功率芯片设置在银烧结层上。该半导体器件通过焊接层与银烧结层互联，焊接层有利于改善基体的表面性质，提高基体的强度和稳定性，同时减少金属零件表面的接触电阻，从而提高金属的焊接能力。焊接层包括由上至下设置的氰化浸金层、钯镀层以及镍层。氰化浸金层能够提高焊接层与银烧结层之间的剪切强度；镍层能够使得焊接层与基板的金属基层产生牢固、可靠的连接；钯镀层能够增加金层结构，形成稳定的键合界面结构，大大增加焊接层与基板的结合能力。因此，本申请的半导体器件能够减小器件中各互连金属构件之间的剪切应力，避免芯片脱落及产生裂纹，能够满足现有功率模块高功率密度、稳定可靠的要求。
本申请还提供上述半导体器件的制造方法，采用该方法制得的半导体器件，各互连金属构件之间的剪切应力小，结构稳定，长期使用过程中芯片也不容易脱落、不易产生裂纹，能够大功率器件工作的高效、稳定需求。
附图说明
图1是本发明提供的现有芯片的银烧结层与焊接层断裂的结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的半导体器件的结构示意图；
图3是本发明提供的焊接层的各层设置咬合阶梯的结构示意图；
图4是本发明实施例2提供的半导体器件的结构示意图；
图5是本发明实施例3提供的半导体器件的结构示意图；
图6是本发明提供的半导体器件的制造方法的流程图。
附图标记：
1、芯片衬底；2、Al金属层；3、Ni金属层；4、Au金属层；5、金属互连层；6、功率芯片；7、银烧结层；8、氰化浸金层；9、钯镀层；10、镍层；11、焊接层；12、金属基层；13、陶瓷层；14、咬合阶梯。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
由于现有的功率模块，采用银烧结工艺生产中，在高于200℃的高温下，银烧结膏层对氧的渗透性较高，因而基板的金属基层容易发生氧化。同时在芯片工作期间，长时间在高温下运行，容易导致芯片与基板之间的弱界面键合线处容易出现断裂产生裂纹，甚至芯片可能会从基板上脱落，从而导致芯片工作出现故障。为了克服现有技术的缺陷。本申请提出一种半导体器件。
如图2所示，该半导体器件包括：
基板、焊接层11、银烧结层7以及功率芯片6，所述焊接层11设置在所述基板上；所述银烧结层7设置在所述焊接层11上；所述功率芯片6设置在所述银烧结层7上。
具体地，所述基板包括陶瓷层13以及覆盖在所述陶瓷层13的上侧面、下侧面的金属基层12。所述陶瓷层13可以是Al2O3、氮化铝、Si3N4或其它适合材料。陶瓷层13厚度在0.2mm至2.0mm的范围之内，金属基层12可以是Cu、Al或其它适合材料。金属基层12的厚度在0.1mm至0.6mm的范围内。金属基层12通过使用直接铜结合(DBC)工艺被结合到陶瓷层13上；金属基层12还可以通过使用直接铝结合(DBA)工艺被结合到陶瓷层13上。
更具体地，所述焊接层11包括由上至下设置的氰化浸金层8、钯镀层9以及镍层10；
所述氰化浸金层8与所述银烧结层7相接，所述镍层10与所述基板相接，其中所述氰化浸金层8、所述钯镀层9以及所述镍层10的厚度均为0.1μm～1μm。在更佳的实施方式中，氰化浸金层8、钯镀层9以及镍层10的厚度均为0.3μm～0.7μm，三个层的厚度均相同。该厚度的各层形成的焊接层，既能满足焊接结合需求，又保证了制得的半导体器件体积不会过大，保证了产品的质量。
在实际的应用中，钯镀层9与镍层10均采用化学镀工艺制成。具体地，钯镀层9制作工艺是：通过化学镀钯工艺对DBA和DBC衬底进行涂层。在化学镀钯磷过程中，采用了非晶态结构的钯沉积。在钯沉积过程中，电解液由钯～胺络合物和次磷酸钠还原剂组成，钯沉积过程中会产生氢气，具体原理为Pd(NH3)4 2++2H2PO4 -+2H2O→Pd+4NH3+2HPO3 2-+4H++H2。
氰化浸金层9具有大体积的晶粒尺寸、更好的表面形貌、更大的界面连接比和更强的剪切强度，有利于与银膏的结合，提高焊接层11与银烧结层7之间的剪切强度。
镍层10作为与基板连接的连接层，采用化学镀沉积一层具有可焊性的镍金层，作为凸点封装中的UBM(under bumping metallization)层，能够使得焊接层11与基板的金属基层12产生牢固、可靠的连接，并且具有较低的电阻和热阻。钯镀层9是一种自催化电化学反应，钯镀层价格低廉且具有与金接近的稳定的性能，是一种经济的、可替代厚金镀层的材料。同时钯在镍上很容易电镀，电镀工艺可以与电镀镍金工艺无缝兼容，这有助于降低生产成本。钯层致密，在长期高温下可抑制镍原子向金层扩散，防止了镍层的氧化。钯镀层9表面增加金层结构，形成稳定的键合界面结构，这可以大大增加焊接层11与基板的结合能力。
上述的一种半导体器件，该半导体器件包括基板、焊接层11、银烧结层7以及功率芯片6。其中，焊接层11设置在基板上，银烧结层7设置在焊接层11上；功率芯片6设置在银烧结层7上。该半导体器件通过焊接层11与银烧结层7互联，焊接层11有利于改善基体的表面性质，提高基体的强度和稳定性，同时减少金属零件表面的接触电阻，从而提高金属的焊接能力。因此，本申请的半导体器件能够减小器件中各互连金属构件之间的剪切应力，避免芯片脱落及产生裂纹，能够满足现有功率模块高功率密度、稳定可靠的要求。
在一种更佳的实施方式中，如图3所示，所述镍层10与所述钯镀层9之间、以及所述钯镀层9与所述氰化浸金层8之间均设置咬合阶梯14。需要说明的是，该咬合阶梯14的形成不是在镍层10与钯镀层9、钯镀层9与氰化浸金层8另外设置的。而是镍层10与钯镀层9、钯镀层9与氰化浸金层8之间呈阶梯状咬合形成的。该咬合阶梯的横截面可以是矩形或V型或其他形状。
所述咬合阶梯14的高度为H1，所述焊接层11的高度为H2，其中H1＝0.2H2～0.6H2。
在实际的应用中，所述咬合阶梯14通过光刻工艺或刻蚀工艺来制成。所述咬合阶梯14能够增加金属间延展性，能够有效防止金属间接触不良、断裂等情况。通过试验得到，当咬合阶梯14的高度H1与焊接层11的高度H2之间的关系为H1＝0.2H2～0.6H2，既能够保证焊接层11的结构强度，又使得焊接层11的各层之间的接触良好，不容易断裂。实验证明，当咬合阶梯的高度为H1＝0.3H2时，各层的金属延展性突出，且整个焊接层11的结构强度大，在长期使用过程中，各工作层之间不会出现断裂，保证了整个半导体器件的工作稳定性。
进一步地，所述功率芯片6包括芯片衬底1以及金属互连层5，所述芯片衬底1设置在所述金属互连层5上，所述金属互连层5与所述银烧结层7连接。
所述金属互连层5能够增加功率芯片6的结构强度，且使得功率芯片6与银烧结层7的结合更紧密，功率芯片6不容易与银烧结层7脱落，键合线处不容易出现断裂。
更进一步地，所述金属互连层5包括由上至下依次设置的Al金属层2、Ni金属层3、Au金属层4。需要说明的是，本申请的Al指铝；Ni指镍；Au指金；Ag指银。
其中，所述Al金属层2的厚度为1μm～5μm，所述Ni金属层3的厚度为50nm～1μm，所述Au金属层4的厚度一般0.5μm～10μm，Au晶体尺寸为20nm～50nm。
化学镀镍金层能够有效改善基板表面的性质，提高基板的强度和稳定性，同时可以减少金属零件表面的接触电阻，从而提高金属的焊接能力，与银烧结工艺兼容性较高。Ag～Au互扩散会形成一个弱界面缩颈层，这有利于增加各金属层的结合强度。烧结银膏在金表面的连接主要取决于金属化层的金晶粒尺寸；Au晶粒尺寸越大，烧结银膏的粘结性能越好。因此，Au晶体尺寸落在20nm～50nm之间。
本申请还提供上述半导体器件的制造方法，采用该方法制得的半导体器件，各互连金属构件之间的剪切应力小，结构稳定，长期使用过程中芯片也不容易脱落、不易产生裂纹，能够大功率器件工作的高效、稳定需求。
如图6所示，一种用于制造上述半导体器件的制造方法，所述方法包括以下步骤：
S100、在芯片衬底1的表面形成金属互连层5，得到功率芯片6。得到功率芯片6的具体过程如下：在功率芯片6的芯片衬底1表面溅射Al金属层2；溅射Al金属层2能够对功率芯片6的芯片衬底1起钝化作用。在Al金属层2底部依次电镀Ni金属层3与Au金属层4，最终得到功率芯片6。
其中，电镀工艺采用纯化学电镀，先在Al金属层2上电镀Ni金属，而后再在Ni金属上电镀Au金属。
在另一种实施方式中，Ni金属层3与Au金属层4也可以通过溅射工艺制备，而后在Al金属层2与Ni金属层3之间、Ni金属层3与Au金属层4之间通过光刻工艺使得各层之间成阶梯状咬合。
S200、将银膏涂抹至功率芯片6上，并烧结形成银烧结层7；
其中农，得到银烧结层7的具体过程如下：
S210、获取银膏，并在银膏上放置模具；
S220、将功率芯片6放置在银膏的模具上，对功率芯片6施加0.1MPa～0.3MPa的压力，直至银膏从功率芯片6上析出，得到功率芯片6试件；
S230、将试件放置在热板上加热20～40分钟，其中，加热空气的温度为180℃～350℃；最佳的加热时间为30分钟。
S240、将加热完成的功率芯片6置于室温冷却，得到包括银烧结层7的功率芯片6。
在实际的以应用中，得到银烧结层7的过程如下：用厚度为100μm的金属掩膜将银膏丝网印刷到基体的衬底上，并将模具放置在打印的银膏上。为了获得足够的界面接触和减少界面空隙，将芯片安装在Ag膏体上后，缓慢施加约0.1MPa的压应力，直至Ag膏体从芯片中突出。随后，将试件放在热板上加热30分钟，并将加热的空气温度控制在180℃至350℃之间。利用热空气进行热烧结，可以保证银烧结层7均匀烧结，保证质量可靠。最后将烧结后的产品置于环境空气中冷却至室温。需要说明的是，烧结过程不需要额外的压力。
S300、将焊接层11施加到银烧结层7上或基板上，并通过扩散焊接使得基板通过焊接层11焊接到银烧结层7上。
实施例2
如图4所示，该实施例仅描述与实施例1的不同之处，其余技术特征与上述实施例相同。
在本实施例中，所述Al金属层2与Ni金属层3之间、所述Ni金属层3与所述Au金属层4之间均设置有咬合阶梯14。
咬合阶梯14的设置使得金属互连层5的各金属层之间紧密结合，延展性良好，能够有效防止金属间接触不良、断裂等情况。
实施例3
如图5所示，该实施例仅描述与实施例1的不同之处，其余技术特征与上述实施例相同。
在本实施例中，所述镍层10与所述钯镀层9之间、以及所述钯镀层9与所述氰化浸金层8之间均设置咬合阶梯14。
且所述Al金属层2与Ni金属层3之间、所述Ni金属层3与所述Au金属层4之间均设置有咬合阶梯14。
咬合阶梯14在焊接层11的各层之间以及金属互连层5的各层之间均有设置，这保证了焊接层11、金属互连层5的结构稳定性，因此能够保证整个半导体器件的结构稳定，长期使用可靠、牢固。
需要说明的是，各金属层阶梯状的形貌可以根据焊接层11的厚度或金属互连层5的厚度进行改变，且形状也可以为了保证各层的稳定性设置成多种多样的。
除非另有具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：
基板；
焊接层(11)，所述焊接层(11)设置在所述基板上，所述焊接层(11)包括由上至下设置的氰化浸金层(8)、钯镀层(9)以及镍层(10)；
银烧结层(7)，所述银烧结层(7)设置在所述焊接层(11)上；
功率芯片(6)，所述功率芯片(6)设置在所述银烧结层(7)上。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于：
所述氰化浸金层(8)与所述银烧结层(7)相接，所述镍层(10)与所述基板相接；
所述氰化浸金层(8)、所述钯镀层(9)以及所述镍层(10)的厚度均为0.1μm～1μm。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于：
所述镍层(10)与所述钯镀层(9)之间、以及所述钯镀层(9)与所述氰化浸金层(8)之间均呈阶梯状咬合。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于：
阶梯状咬合处形成咬合阶梯(14)，所述咬合阶梯(14)的高度为H1，所述焊接层(11)的高度为H2，其中H1＝0.2H2～0.6H2。
5.根据权利要求1～4任一项所述的半导体器件，其特征在于：
所述功率芯片(6)包括芯片衬底(1)以及金属互连层(5)，所述芯片衬底(1)设置在所述金属互连层(5)上，所述金属互连层(5)与所述银烧结层(7)连接。
6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于：
所述金属互连层(5)包括由上至下依次设置的Al金属层(2)、Ni金属层(3)、Au金属层(4)。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于：
所述Al金属层(2)与Ni金属层(3)之间、所述Ni金属层(3)与所述Au金属层(4)之间均呈阶梯状咬合。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
所述Al金属层(2)的厚度为1μm～5μm；
所述Ni金属层(3)的厚度为50nm～1μ m；
所述Au金属层(4)的厚度为0.5μ m～10μ m，且Au晶体尺寸为20nm～50nm。
9.根据权利要求1～4任一项所述的半导体器件，其特征在于：
所述基板包括陶瓷层(13)以及覆盖在所述陶瓷层(13)的上侧面、下侧面的金属基层(12)。
10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于：所述方法用于制造如权利要求1～9任一项所述的半导体器件，所述方法包括以下步骤：
在芯片衬底(1)的表面形成金属互连层(5)，得到功率芯片(6)；
将银膏涂抹至功率芯片(6)上，并烧结形成银烧结层(7)；
将焊接层(11)施加到银烧结层(7)上和基板上，并通过扩散焊接使得基板通过焊接层(11)焊接到银烧结层(7)上；所述焊接层(11)包括由上至下设置的氰化浸金层(8)、钯镀层(9)以及镍层(10)。
11.根据权利要求10所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：
所述将银膏涂抹至功率芯片(6)上，并烧结形成银烧结层(7)，包括：
获取银膏，并在银膏上放置模具；
将功率芯片(6)放置在银膏的模具上，对功率芯片(6)施加0.1MPa～0.3MPa的压力，直至银膏从功率芯片(6)上析出，得到功率芯片(6)试件；
将试件放置在热板上加热20～40分钟，其中，加热空气的温度为180℃～350℃；
将加热完成的功率芯片(6)置于室温冷却，得到包括银烧结层(7)的功率芯片(6)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310395190.0A CN116759400A (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种半导体器件及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310395190.0A CN116759400A (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种半导体器件及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116759400A true CN116759400A (zh) | 2023-09-15 |
Family
ID=87953949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310395190.0A Pending CN116759400A (zh) | 2023-04-13 | 2023-04-13 | 一种半导体器件及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116759400A (zh) |
-
2023
- 2023-04-13 CN CN202310395190.0A patent/CN116759400A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202454546U (zh) | 半导体器件 | |
| TW569412B (en) | Composite material member for semiconductor device and insulated and non-insulated semiconductor devices using composite material member | |
| TWI248384B (en) | Electronic device | |
| EP2073261B1 (en) | Ceramic substrate component and electronic component using the same | |
| EP2312627A2 (en) | Semiconductor device and on-vehicle AC generator | |
| US5111277A (en) | Surface mount device with high thermal conductivity | |
| TW200541423A (en) | Wiring substrate and process for manufacturing the same | |
| CN1282645A (zh) | 用于减少焊料中金属间化合物形成的镍合金薄膜 | |
| CN109755208A (zh) | 一种接合材料、半导体装置及其制造方法 | |
| US20120186852A1 (en) | Structure of electrolessly palladium and gold plated films and process for making the same, assembled structure of palladium and gold plated films bonded with copper or copper-palladium wire and assembling process therefore | |
| US7874475B2 (en) | Method for the planar joining of components of semiconductor devices and a diffusion joining structure | |
| CN113809032A (zh) | 一种功率模块、电源电路及芯片 | |
| WO2003094230A1 (en) | Connection device and method for producing the same | |
| CN110560815B (zh) | 一种具有[100]择尤取向的全imc微焊点的制备方法 | |
| CN116759400A (zh) | 一种半导体器件及其制造方法 | |
| CN101159253A (zh) | 凸块下金属层结构、晶圆结构与该晶圆结构的形成方法 | |
| CN112185889B (zh) | 一种表面具有微纳结构的金属焊片连接芯片的方法 | |
| JP2002111188A (ja) | 配線基板 | |
| WO2001080313A1 (en) | Material of heat-dissipating plate on which semiconductor is mounted, method for fabricating the same, and ceramic package produced by using the same | |
| JP2013191640A (ja) | パワーモジュール用基板及びその製造方法 | |
| EP3451372B1 (en) | Power module substrate, power module, and method for manufacturing power module substrate | |
| CN108598060A (zh) | 一种微气孔功率电子模块及其制备方法 | |
| CN114551390A (zh) | 一种可实现低温键合高温服役的功率半导体芯片封装结构 | |
| CN110744163B (zh) | 一种抗热迁移微焊点结构及其制备方法 | |
| JP2002057444A (ja) | 配線基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |