JP2011014556A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、半導体素子と、金属粒子を接合の主剤とする接合材との接合部の接合性を向上することを目的とする。
【解決手段】Ｓｉ、あるいはＳｉ系材料で構成した半導体素子が金属配線上に搭載された半導体装置であって、半導体素子は銀系接合材で金属配線上に搭載され、かつ半導体素子は半導体素子表面に形成したＳｉ系酸化物膜を介して銀系接合材と接合していることを特徴とする。平均粒径が１ｎｍ〜５０μｍの金属酸化物粒子と有機物からなる還元剤とを含む接合材料により、大気雰囲気中において接合を行うことで半導体基体表面に形成した酸化物に対して優れた接合強度が得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粒径が１〜１００ｎｍの金属粒子を接合の主剤とする接合材に係り、また、その接合材を使用して接合が行われた半導体装置に関する。
金属粒子の粒径が１００ｎｍ以下のサイズまで小さくなり構成原子数が少なくなると、粒子の体積に対する表面積比は急激に増大し、融点や焼結温度がバルクの状態に比較して大幅に低下することが知られている。この低温焼成機能を利用して、粒径が１〜１００ｎｍ金属粒子を接合材として用いることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、平均粒径１００ｎｍ以下の金属粒子からなる核の周囲に有機物よりなる皮膜を施した接合材料を用いて、加熱により有機物を分解させて金属粒子同士を焼結させることで接合を行うことが記載されている。本接合方法では、接合後の金属粒子はバルク金属へと変化すると同時に接合界面では金属結合により接合されているため、非常に高い耐熱性と信頼性及び高放熱性を有する。また、電子部品等の接続において、はんだの鉛フリー対応が迫られているが、高温はんだに関してはその代替となる材料が出ていない。実装においては階層はんだを用いることが必要不可欠なため、この高温はんだに代わる材料の出現が望まれている。従って、本接合技術はこの高温はんだに代わる材料としても期待されている。
特開２００４−１０７７２８号公報
特許文献１等に記載の平均粒径１００ｎｍ以下の金属粒子を接合の主剤として用いた接合材料について、本発明者らが検討したところ、被接合部材としてＡｕ，Ａｇ，Ｐｄ等の貴金属電極に対しては良好な接合強度が得られるものの、接合面にメタライズを設けていないＳｉやＳｉＣ等の半導体素子を電極上に搭載できない、すなわち接合できないことが判明した。図６に各電極材に対して行った接合強度評価結果を示す。接合温度を３００℃、加圧１.０ＭＰａ一定とし、接合材料として、アミン系有機材料を被膜した平均粒径１０ｎｍの銀粒子を用いて、大気中でＡｕ，Ａｇ電極、及びＳｉ，ＳｉＣへの接合を行った。図６の縦軸はせん断強度を示し、Ａｇ電極の値で規格化したものである。この結果、大気中での接合では、Ａｕ，Ａｇ電極に対しては良好な接合強度が得られているが、Ｓｉ，ＳｉＣに対してはまったく接合できないことが判った。
特許文献１に記載の超微粒子に被膜されている有機材料は大気中加熱でのみ消失する材料であり、酸化されにくい貴金属に対しては有効であるが、表面に酸化物が形成しているＳｉ，Ｓｉ系材料の接合には適さない。
半導体素子を、金属超微粒子を接合の主剤とした接合材を用いて接合する場合には、接合性を確保するために半導体素子の接合面にメタライズを施す必要がある。
本発明は、半導体素子と、金属粒子を接合の主剤とする接合材との接合部の接合性を向上することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明者らが詳細に検討した結果、金属粒子前駆体である平均粒径が１ｎｍ〜５０μｍの金属酸化物系粒子と機物からなる還元剤とを含む接合材料により、大気雰囲気中において接合を行うことでＳｉ系素材に対して優れた接合強度が得ることができることを見出した。
本発明は、半導体素子と半導体素子を固定する電極がＡｇ、またはＡｇ系合金で構成された接合層を介して接続された半導体装置であって、前記接合層と前記前記半導体素子とが酸化物層を介して接合している構造を備えた半導体装置を特徴とする。
また、半導体素子と前記半導体素子の電気信号を外部に取り出すための配線とを接合した半導体装置の製造方法であって、前記半導体素子がＳｉ、またはＳｉ系で構成され、平均粒径が１ｎｍ〜５０μｍの金属酸化物粒子と有機物からなる還元剤とを含む接合材料により、大気雰囲気下で加熱により前記電極と配線とを接合する工程を有する半導体装置の製造方法を特徴とする。
本発明により、半導体素子と、金属粒子を接合の主剤とする接合材との接合部の接合信頼性を向上することができる。
本発明の実施例による半導体装置の半導体素子搭載部分を拡大して示した断面図である。 図１の要部を示した斜視図である。 本発明の実施例による半導体装置の半導体素子搭載部分を拡大して示した断面図である。 本発明による接合部の接合性を示す図である。 本発明による接合部の状態を示す図である。 従来方法による接合強度評価結果を示す図である。
以下、本発明について詳細に説明する。従来の平均粒径１００ｎｍ以下の金属粒子を接合の主剤とする接合材料を用いた場合では、ＳｉやＳｉＣで構成された半導体デバイスは、メタライズ無しでは接合されないことが判明した。これに対して、本発明者らが詳細に検討した結果、特定の接合材を用いて大気雰囲気中において接合を行うことにより、接合面にメタライズを有しないＳｉやＳｉＣで構成された半導体デバイス対して優れた接合強度が得られることを見出した。すなわち、金属粒子前駆体である平均粒径が１ｎｍ〜５０μｍの金属酸化物粒子、及び有機物からなる還元剤とを含む接合材料により、大気雰囲気中において接合を行うことで接合面にメタライズを有しないＳｉやＳｉＣで構成された半導体デバイスに対して優れた接合強度が得ることができる。本接合では、金属酸化物粒子前駆体に対して有機物からなる還元剤を添加することによって、還元剤を含まない金属酸化物粒子前駆体単体を加熱分解するよりも低温で金属粒子前駆体が還元され、その際に平均粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子が作製され、金属粒子同士が相互に融合することで接合が行われるという現象を利用している。金属酸化物粒子は還元剤の存在下では、２００℃以下で１００ｎｍ以下の金属粒子が作製され始めることから、従来困難であった２００℃以下の低温でも接合を達成することが可能である。また、接合中においてその場で粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子が作製されるため、有機物で表面を保護した金属粒子の作製が不要であり、接合用材料の製造，接合プロセスの簡易化，接合材料の大幅なコストダウンを達成することが可能である。また還元剤の還元反応熱によりＳｉやＳｉＣで構成された半導体デバイス表面に形成した酸化物層表面が活性状態になり、この表面活性化した酸化物層と、金属酸化物粒子前駆体から生成した金属粒子とが強固に結合することができる。
１００ｎｍ以下の金属粒子を作製する平均粒径が１ｎｍ以上５０μｍ以下の金属酸化物粒子前駆体として、金属酸化物と規定したのは金属酸化物粒子前駆体中における金属含有量が高いことから、接合時における体積収縮が小さく、かつ分解時に酸素を発生するために、有機物の酸化分解を促進するからである。ここで、金属酸化物粒子前駆体とは還元剤と混合し、加熱により還元された後に、粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子を作製する物質のことをいう。
ここで用いる金属酸化物粒子前駆体の粒径を平均粒径が１ｎｍ以上５０μｍ以下としたのは、金属酸化物粒子の平均粒径５０μｍより大きくなると、接合中に粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子が作製されにくくなり、これにより粒子間の隙間が多くなり、緻密な接合層を得ることが困難になるためである。また、１ｎｍ以上としたのは、平均粒子が１ｎｍ以下の金属粒子前駆体を実際に作製することが困難なためである。本発明では、接合中に粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子が作製されるため、金属酸化物粒子前駆体の粒径は１００ｎｍ以下とする必要はなく、金属酸化物粒子前駆体の作製，取り扱い性，長期保存性の観点からは粒径が１〜５０μｍの粒子を用いることが好ましい。また、より緻密な接合層を得るために粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍの金属酸化物粒子前駆体を用いることも可能である。
金属酸化物粒子としては、酸化銀（Ａｇ2Ｏ，ＡｇＯ）が挙げられ、これを含む２種類以上の金属からなる接合材料を用いることも可能である。酸化銀（Ａｇ2Ｏ，ＡｇＯ）からなる金属酸化物粒子は還元時に酸素を発生するために、接合後における残渣も残りにくく、体積減少率も非常に小さい。
金属酸化物粒子前駆体の含有量としては、接合材料中における全質量部において５０質量部を超えて９９質量部以下とすることが好ましい。これは接合材料中にける金属含有量が多い方が低温での接合後に有機物残渣が少なくなり、低温での緻密な焼成層の達成及び接合界面での金属結合の達成が可能となり、接合強度の向上さらには高放熱性，高耐熱性を有する接合層とすることが可能になるからである。
有機物からなる還元剤としては、アルコール類，カルボン酸類，アミン類から選ばれた１種以上の混合物を用いることができる。
また、利用可能なアルコール基を含む化合物としては、アルキルアルコールが挙げられ、例えば、エタノール，プロパノール，ブチルアルコール，ペンチルアルコール，ヘキシルアルコール，ヘプチルアルコール，オクチルアルコール，ノニルアルコール，デシルルコール，ウンデシルアルコール，ドデシルアルコール，トリデシルアルコール，テトラデシルアルコール，ペンタデシルアルコール，ヘキサデシルアルコール，ヘプタデシルアルコール，オクタデシルアルコール，ノナデシルアルコール，イコシルアルコール、がある。さらには１級アルコール型に限らず、エチレングリコール，トリエチレングリコール、などの２級アルコール型，３級アルコール型、及びアルカンジオール，環状型の構造を有するアルコール化合物を用いることが可能である。それ以外にもクエン酸，アスコルビン酸など４つのアルコール基を有する化合物を用いてもよい。
また、利用可能なカルボン酸を含む化合物としてアルキルカルボン酸がある。具体例としては、ブタン酸，ペンタン酸，ヘキサン酸，ヘプタン酸，オクタン酸，ノナン酸，デカン酸，ウンデカン酸，ドデカン酸，トリデカン酸，テトラデカン酸，ペンタデカン酸，ペンタデカン酸，ヘキサデカン酸，ヘプタデカン酸，オクタデカン酸，ノナデカン酸，イコサン酸が挙げられる。また、上記アミノ基と同様に１級カルボン酸型に限らず、２級カルボン酸型，３級カルボン酸型、及びジカルボン酸，環状型の構造を有するカルボキシル化合物を用いることが可能である。
また、利用可能なアミノ基を含む化合物としてアルキルアミンを挙げることができる。例えば、ブチルアミン，ペンチルアミン，ヘキシルアミン，ヘプチルアミン，オクチルアミン，ノニルアミン，デシルアミン，ウンデシルアミン，ドデシルアミン，トリデシルアミン，テトラデシルアミン，ペンタデシルアミン，ヘキサデシルアミン，ヘプタデシルアミン，オクタデシルアミン，ノナデシルアミン，イコデシルアミンがある。また、アミノ基を有する化合物としては分岐構造を有していてもよく、そのような例としては、２−エチルヘキシルアミン、１，５ジメチルヘキシルアミンなどがある。また、１級アミン型に限らず、２級アミン型，３級アミン型を用いることも可能である。さらにこのような有機物としては環状の形状を有していてもよい。
また、用いる還元剤は上記アルコール，カルボン酸，アミンを含む有機物に限らず、アルデヒド基やエステル基，スルファニル基，ケトン基などを含む有機物を用いても良い。
ここで、エチレングリコール，トリエチレングリコール等の２０〜３０℃において液体である還元剤は、酸化銀（Ａｇ2Ｏ）などと混ぜて放置すると一日後には銀に還元されてしまうため、混合後はすぐに用いる必要がある。
一方、２０〜３０℃の温度範囲において固体であるミリスチルアルコール，ラウリルアミン，アスコルビン酸等は金属酸化物等と１ヵ月ほど放置しておいても大きくは反応が進まないため、保存性に優れており、混合後に長期間保管する場合にはこれらを用いることが好ましい。また、用いる還元剤は金属酸化物等を還元させた後には、精製された１００ｎｍ以下の粒径を有する金属粒子の保護膜として働くために、ある程度の炭素数があることが望ましい。具体的には、２以上で２０以下であることが望ましい。これは炭素数が２より少ないと、金属粒子が作製されると同時に粒径成長が起こり、１００ｎｍ以下の金属粒子の作製が困難になるからである。また、２０より多いと、分解温度が高くなり、金属粒子の焼結が起こりにくくなった結果、接合強度の低下を招くからである。
還元剤の使用量は金属粒子前駆体の全重量に対して１質量部以上で５０質量部以下の範囲であればよい。これは還元剤の量が１質量部より少ないと接合材料における金属粒子前駆体を全て還元して金属粒子を作製するのに十分な量ではないためである。また、５０質量部を超えて用いると接合後における残渣が多くなり界面での金属接合と接合銀層中における緻密化の達成が困難であるためである。さらに、還元剤としては、４００℃までの加熱時における熱重量減少率が９９％以上であることが好ましい。これは、還元剤の分解温度が高いと接合後における残渣が多くなり、界面での金属接合と接合銀層中における緻密化の達成が困難であるためである。ここで、４００℃までの加熱時における熱重量減少率の測定は、一般に市販されている、Seiko Instruments製ＴＧ／ＤＴＡ６２００や、島津製作所製ＴＧＡ−５０等の熱重量測定が可能な装置を用いて１０℃／minにおいて大気中で行った場合のものとする。
金属粒子前駆体と有機物からなる還元剤の組み合わせとしては、これらを混合することにより金属粒子を作製可能なものであれば特に限定されないが、接合用材料としての保存性の観点から、常温で金属粒子を作製しない組み合わせとすることが好ましい。
また、接合材料中には比較的粒径の大きい平均粒径５０μｍ〜１００μｍの金属粒子を混合して用いることも可能である。これは接合中において作製された１００ｎｍ以下の金属粒子が、平均粒径５０μｍ〜１００μｍの金属粒子同士を焼結させる役割を果たすからである。また、粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子を予め混合しておいてもよい。この金属粒子の種類としては、金，銀，銅があげられる。上記以外にも白金，パラジウム，ロジウム，オスミウム，ルテニウム，イリジウム，鉄，錫，亜鉛，コバルト，ニッケル，クロム，チタン，タンタル，タングステン，インジウム，ケイ素，アルミニウム等の中から少なくとも１種類の金属あるいは２種類以上の金属からなる合金を用いることが可能である。
この実施形態で用いられる接合材料は金属粒子前駆体と有機物からなる還元剤のみで用いてもよいが、ペースト状として用いる場合に溶媒を加えてもよい。混合後、すぐに用いるのであれば、メタノール，エタノール，プロパノール，エチレングリコール，トリエチレングリコール，テルピネオールのアルコール類等の還元作用があるものを用いてもよいが、長期間に保管する場合であれば、水，ヘキサン，テトラヒドロフラン，トルエン，シクロヘキサン、など常温での還元作用が弱いものを用いることが好ましい。また、還元剤としてミリスチルアルコールのように常温で還元が起こりにくいものを用いた場合には長期間保管可能であるが、エチレングリコールのような還元作用の強いものを用いた場合には使用時に混合して用いることが好ましい。
また、金属粒子前駆体の溶媒への分散性を向上させるために必要に応じて分散剤を用いて金属粒子前駆体の周りを有機物で被覆し、分散性を向上させてよい。本発明で用いられる分散剤としては、ポリビニルアルコール，ポリアクリルニトリル，ポリビニルピロリドン，ポリエチレングリコールなどの他に、市販の分散剤として、例えばディスパービック１６０，ディスパービック１６１，ディスパービック１６２，ディスパービック１６３，ディスパービック１６６，ディスパービック１７０，ディスパービック１８０，ディスパービック１８２，ディスパービック１８４，ディスパービック１９０（以上ビックケミー社製），メガファックＦ−４７９（大日本インキ製），ソルスパース２００００，ソルスパース２４０００，ソルスパース２６０００，ソルスパース２７０００，ソルスパース２８０００（以上、アビシア社製）などの高分子系分散剤を用いることができる。このような分散剤の使用量は金属酸化物粒子前駆体に接合用材料中において０.０１ｗｔ％以上でかつ４５ｗｔ％を超えない範囲とする。
これらペースト材料は、インクジェット法により微細なノズルからペーストを噴出させて基板上の電極あるいは電子部品の接続部に塗布する方法や、あるいは塗布部分を開口したメタルマスクやメッシュ状マスクを用いて必要部分にのみ塗布を行う方法，ディスペンサを用いて必要部分に塗布する方法，シリコンやフッ素等を含む撥水性の樹脂を必要な部分のみ開口したメタルマスクやメッシュ状マスクで塗布したり、感光性のある撥水性樹脂を基板あるいは電子部品上に塗布し、露光および現像することにより前記微細粒子等からなるペーストを塗布する部分を除去し、その後接合用ペーストをその開口部に塗布する方法や、さらには撥水性樹脂を基板あるいは電子部品に塗布後、前記金属粒子からなるペースト塗布部分をレーザーにより除去し、その後接合用ペーストをその開口部に塗布する方法がある。これらの塗布方法は、接合する電極の面積，形状に応じて組み合わせ可能である。また、ミリスチルアルコールやアスコルビン酸のような常温で固体のものを還元剤として用いた際には金属粒子前駆体と混合し加圧を加えることでシート状に成形して接合材料として用いる方法がある。
本接合材料を用いた接合では、接合時に金属酸化物粒子前駆体から粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子を作製し、接合層における有機物を排出しながら粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子の融着による金属結合を行うために熱と圧力を加えることが必須である。接合条件としては、１秒以上１０分以内で５０℃以上４００℃以下の加熱と０.０１〜１０ＭＰａの加圧を加えることが好ましい。
本発明の接合では、金属酸化物粒子は接合時の加熱によって粒径０.１〜５０ｎｍ程度の酸化物ではない純金属超微粒子化し、この純金属超粒子同士が相互に融合してバルクになる。バルクになった後の溶融温度は通常のバルクの状態での金属の溶融温度と同じであり、純金属超微粒子は低温の加熱で溶融し、溶融後はバルクの状態での溶融温度に加熱されるまで再溶融しないという特徴を有する。これは、純金属超微粒子を用いた場合に低い温度で接合を行うことができ、接合後は溶融温度が向上することから、その後、他の電子部品を接合している際に接合部が再溶融しないというメリットをもたらす。また、接合後の接合層の熱伝導率は５０乃至４３０Ｗ／ｍＫとすることが可能であり、放熱性にも優れている。さらに前駆体が金属酸化物であるため低コストというメリットもある。なお、金属酸化物粒子には還元効果を促進するため、アルコールなどの有機物を被膜させておくことが必要である。接合時の雰囲気は大気雰囲気でよい。
以上の接合材料と接合方法を経て接合されたＳｉやＳｉ系素材で形成した半導体素子との界面にはＳｉ系酸化物層が存在する。以上で説明した接合材，接合方法をＳｉ，Ｓｉ系素材で構成された、接合面にメタライズを有しない半導体素子を電極板上に接合することにより、優れた接合信頼性を得ることが可能となる。
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
〔実施例〕
図１は本発明による半導体パッケージの別の一例を示す。半導体素子１１には機能面側に複数の電極パッド１２が形成され、さらに電極パッド１２が形成された部分を除く領域に保護膜１３が施されている。電極パッド１２はアルミ又はアルミ合金で形成されている。この電極パッド１２と半導体部品搭載用基板１５の電極パッド１２との接続配線部１６とが金ワイヤ１７で接続されている。１８は半導体素子１１を半導体部品搭載用基板１５に搭載し、固定するための、還元剤としてミリスチルアルコールを１０ｗｔ％含有した酸化銀粒子を前駆体とした銀系接合材である。なお、半導体素子１１の半導体部品搭載用基板１５に搭載する側の面にはメタライズは形成されていない。
以下、本実施例の半導体パッケージの製造方法について述べる。
公知の方法によりアルミの配線パターンを形成した半導体素子を準備した。一方、前記配線パターンを形成した半導体素子の電極パッドと電気的接続するための電極が形成された半導体部品搭載用基板を準備した。
図２はその半導体部品搭載用基板の外観を示す。１２０は多層配線層を有する半導体部品搭載用基板、１２１は基板表面に設けられた配線、１２２は前記半導体素子の電極パッドと電気的結線する電極部、１２３は前記半導体素子を搭載する領域である。
先ず、半導体素子搭載領域１２３に半導体素子１１を、還元剤としてミリスチルアルコールを１０ｗｔ％含有した酸化銀粒子を前駆体とした銀系接合材１８を介して搭載した。搭載方法はペースト状の酸化銀粒子前駆体接合材を印刷法で前記半導体素子搭載領域１２３上に形成させ、半導体素子を搭載し、１.０ＭＰａ加圧して、およそ２００℃で大気中加熱して前記半導体素子１１を前記半導体部品搭載用基板１５に固定した。
次に、ワイヤボンディング法により前記半導体素子の電極パッド１２と前記半導体部品搭載用基板上の電極１２２とを金ワイヤを用いて結線した。
なお、本実施例では半導体部品搭載用基板は多層配線基板としたが、半導体部品搭載用基板は鉄−ニッケル合金，銅合金等で構成されたリードフレーム、あるいはポリイミド等の有機材料で構成されたフィルムであってもよい。
以上の様に本実施例は、銀で構成された接合材でメタライズを有しない半導体素子を従来と同様の手法で実装ができるため、生産歩留りを低下させたり、コストが大幅にアップすることはない。
図３は本発明における実施例の一つのでボールグリッドアレイと呼ばれる半導体パッケージを示したものである。１００は封止樹脂、１０１は半導体素子、１０２はボンディングワイヤ、１０３は配線基板、１０４は電極、１０５ははんだボールである。図３に示すように、配線基板１０３上には半導体素子１０１が搭載されている。半導体素子１０１の配線基板１０３に搭載する側の面にはメタライズは形成されていない。
配線基板１０３は、コア部、その表面部および裏面部よりなる。表面部には、複数の電極パッド１０６が形成され、電極パッド１０６以外の領域は絶縁性の膜（保護膜）で覆われている。また裏面部には、電極パッド１０４が形成され、その上にははんだ等よりなるバンプ１０５が形成されている。この電極パッド１０４以外の領域も絶縁性の膜（保護膜）で覆われている。
コア部はその表面に銅等よりなる配線が形成された樹脂基板が複数積層された構造となっており、バンプ１０４と電極パッド１０６とは各層の配線や層間のビア（接続部）を介して接続される。
コア部を構成する樹脂基板は、例えば、ガラス繊維にエポキシ系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板である。このような基板もしくはこのような基板を有する配線基板をガラスエポキシ基板という。また、配線基板１０３の表面および裏面の保護膜は、例えば、二液性アルカリ現像液型ソルダーレジストインキもしくは熱硬化型一液性ソルダーレジストインキ等よりなる。また、電極パッド１０６および１０４は、例えば、銅等よりなる配線の露出部である。
また配線基板１０３は、例えば１３mm×１３mmの矩形状であり、電極パッド１０６は各辺に沿って２列に形成されている。２列の電極パッド１０６は千鳥配置されている。バンプ１０５（電極パッド１０４）は、配線基板１０３の裏面に例えばエリア配置される。
この配線基板１０３は、半導体素子１０１をマザーボード等に実装する際のインターポーザとしての役割を果たす。
半導体素子１０１は配線基板１０３上に銀系接合層１０８を介して固定されている。銀系接合層１０８は、還元剤としてセチルアルコールを５ｗｔ％含有した酸化銀粒子を前駆体とした銀系接合材である。配線基板１０３上の半導体素子搭載領域に半導体素子１０１を、酸化銀粒子を前駆体とした銀系接合材１０８を介して搭載した。搭載方法はペースト状の酸化銀粒子前駆体接合材を印刷法で配線基板１０３上の半導体素子搭載領域に形成させ、半導体素子１０１を搭載し、およそ１８０℃で大気中加熱して前記半導体素子１０１を前記配線基板１０３に固定した。このときの加圧は１.０ＭＰａとした。
半導体素子１０１は、半導体基板上に形成された半導体素子、絶縁膜および配線等を有し、その表面（素子形成面）には、複数の電極パッド（「ボンディングパッド」、単に「パッド」とも言う）１０７が形成されている。この電極パッド１０７は、例えばアルミニウム等よりなる最上層配線（金属膜）の露出部である。最上層配線の膜厚は例えば２０００ｎｍ程度である。この電極パッド１０７以外の領域は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜等よりなる無機系の絶縁膜やポリイミド樹脂膜等の有機系絶縁膜で覆われている。なお、最上層配線としてアルミ合金が用いられることもある。
半導体素子１０１は、例えば５mm×５mmの矩形状であり、電極パッド１０７は、各辺に沿って形成されている。
配線基板１０３の電極パッド１０６と半導体素子１０１の電極パッド１０７は、金等の導電性材料よりなるワイヤ１０２によって電気的に接続される。
図４は本発明の接合部位に対して行った接合強度評価結果を示したもので、接合温度を２００℃、加圧１.０ＭＰａ一定とし、相手電極の影響を調べた結果を示す。本評価では接合材料として、ミリスチルアルコール５ｗｔ％含んだ平均粒径２μｍの酸化銀粒子を用いて、大気中でそれぞれＡｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ、及びＳｉ，ＳｉＣとの接合を行った。図４の縦軸はせん断強度を示し、Ａｇに対するせん断強度値で規格化したものである。比較のため、Ｓｉに対して酸化銀のみの評価も加えた。
その結果、Ｓｉ，ＳｉＣに対する接合強度は、Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕに対して接合した場合と同等の接合強度が得られており、強固な接合が達成されている。しかし、酸化銀のみでは接合できていないことが判った。本評価結果から、ミリスチルアルコールによる酸化銀の還元効果が無ければＳｉやＳｉＣとの接合は達成できないことが判った。
図５は図４のＳｉ、あるいはＳｉＣとの接合部断面の状態を示した図である。本発明方法ではＳｉ、あるいはＳｉＣ表面に形成した酸化膜に対して結合状態にあり、良好な接合が達成できていることが判った。界面の酸化膜層の厚さは０.１〜１００ｎｍ程度である。
次に、本実施例による半導体装置の好ましい例について説明する。
図１に示す接合部１８は放熱部位である。このため、粒子層の材料には酸化銀のほかに酸化銅も有効な材料である。あるいは酸化銀と酸化銅の混合材を用いても良い。これらの場合も加熱時の還元効果（アルコールなどの有機物による還元作用、および還元雰囲気の併用）で、生成したナノサイズ粒子が相手電極と接合し、その際の接合温度は２００℃以下でも行うことができる。
１１，１０１ 半導体素子
１２，１０６，１０７ 電極パッド
１３ 保護膜
１５，１２０ 半導体部品搭載用基板
１６ 接続配線部
１７ 金ワイヤ
１８ 銀系接合材材
１００ 封止樹脂
１０２ ボンディングワイヤ
１０３ 配線基板
１０４ 電極
１０５ はんだボール
１０８ 酸化銀粒子を前駆体とした銀系接合材
１２１ 配線
１２２ 電極部
１２３ 半導体素子を搭載する領域

Claims (2)

  1. Ｓｉ、あるいはＳｉ系材料で構成した半導体素子が金属配線上に搭載された半導体装置であって、半導体素子は銀系接合材で金属配線上に搭載され、かつ半導体素子は半導体素子表面に形成したＳｉ系酸化物膜を介して銀系接合材と接合していることを特徴とした半導体装置。
  2. 半導体素子と前記半導体素子の電気信号を外部に取り出すための配線とを接合した半導体装置の製造方法であって、前記半導体素子がＳｉ、またはＳｉ系で構成され、平均粒径が１ｎｍ〜５０μｍの金属酸化物粒子と有機物からなる還元剤とを含む接合材料により、大気雰囲気下で加熱により前記電極と配線とを接合する工程を有する半導体装置の製造方法。
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