JP2013077741A - Semiconductor device, semiconductor element with joint metal layer, mounting member, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置、接合金属層付き半導体素子、実装部材、並びに半導体装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device, a semiconductor element with a bonding metal layer, a mounting member, and a method for manufacturing the semiconductor device.
半導体素子の線膨張係数と、実装部材の線膨張係数と、は、通常は異なる。このため、絶縁材や金属板からなる実装部材上に半導体素子を接着した後の降温工程において、実装部材に反りが生じることがある。高出力半導体装置に用いられる実装部材は、例えばサイズが10mm×10mmなどと大きくなるので、反りが大きくなる。このため、半導体装置と放熱板との間に空隙部を生じ、放熱性が低下するなどの問題がある。 The linear expansion coefficient of the semiconductor element and the linear expansion coefficient of the mounting member are usually different. For this reason, the mounting member may be warped in the temperature lowering process after the semiconductor element is bonded onto the mounting member made of an insulating material or a metal plate. Since the mounting member used in the high-power semiconductor device is large, for example, with a size of 10 mm × 10 mm, the warp is large. For this reason, there is a problem that a gap is formed between the semiconductor device and the heat radiating plate, and heat dissipation is reduced.
半導体素子と、実装部材と、の接合強度を保ちつつ、反りを抑制するために、融点が280度近傍のAuSn共晶半田材が用いられることがある。しかしながら、半田材の融点以上では、半導体素子が剥がれたりずれたりすることがある。 An AuSn eutectic solder material having a melting point of about 280 degrees may be used to suppress warping while maintaining the bonding strength between the semiconductor element and the mounting member. However, the semiconductor element may be peeled off or displaced above the melting point of the solder material.
このため、AuSnのような低い融点を有する金属を半田材として用いることは困難である。 For this reason, it is difficult to use a metal having a low melting point such as AuSn as a solder material.
半導体素子と実装部材との接合温度以上でも動作可能な半導体装置およびその製造方法、接合金属層付き半導体素子、並びに実装部材を提供する。 Provided are a semiconductor device that can operate even at a temperature equal to or higher than a bonding temperature between a semiconductor element and a mounting member, a manufacturing method thereof, a semiconductor element with a bonding metal layer, and a mounting member.
本発明の実施形態の半導体装置は、実装部材と、半導体素子と、接合金属層と、を有する。実装部材は、第1の金属を含む面を有する基板と、前記基板の前記面の外周領域に設けられた第1の絶縁材と前記第1の絶縁材の上に設けられた導電部とを有する枠部と、を有する。半導体素子は、前記基板の前記面の内部領域の上に設けられ、前記導電部と電気的に接続可能である。接合金属層は、銅および銅合金のいずれかである第2の金属と、前記第2の金属内に分散され、錫、亜鉛、およびインジウムのいずれかである第3の金属と、前記第2の金属内に分散され金および白金のうちのいずれかである第4の金属と、を有する。また、接合金属層は、前記第2の金属の重量百分率が前記第3の金属の重量百分率よりも高く、かつ前記第3の金属の重量百分率が前記第4の金属の重量百分率よりも高い固溶体層により、前記半導体素子と前記内部領域とを接合可能である。 A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a mounting member, a semiconductor element, and a bonding metal layer. The mounting member includes a substrate having a surface containing a first metal, a first insulating material provided in an outer peripheral region of the surface of the substrate, and a conductive portion provided on the first insulating material. Having a frame portion. The semiconductor element is provided on an internal region of the surface of the substrate and can be electrically connected to the conductive portion. The bonding metal layer includes a second metal that is one of copper and a copper alloy, a third metal that is dispersed in the second metal and is one of tin, zinc, and indium, and the second metal And a fourth metal that is either gold or platinum dispersed in the metal. Further, the bonding metal layer is a solid solution in which the weight percentage of the second metal is higher than the weight percentage of the third metal, and the weight percentage of the third metal is higher than the weight percentage of the fourth metal. The semiconductor element and the internal region can be joined by the layer.
図1(a)は第1の実施形態にかかる半導体装置の模式平面図であり、図1(b)はA−A線の沿った模式断面図である。
半導体装置は、例えば、GaAs FET(Field Effect Transistor)またはGaAs HEMT(High Electron Mobility Transistor)である。半導体装置は、半導体素子20と、実装部材40と、接合金属層50と、を有する。
FIG. 1A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line AA.
The semiconductor device is, for example, a GaAs FET (Field Effect Transistor) or a GaAs HEMT (High Electron Mobility Transistor). The semiconductor device includes a
半導体素子20は、第1の面20aと、第1の面20aとは反対の側の第2の面20bと、を有する。第1の面20aは、ドレイン、ゲート、ソース、などを含む能動領域を有する。能動領域は、GaAsからなる半絶縁性基板に設けられている。
The
実装部材40は、基板31と、枠部36と、を少なくとも有する。基板31は、第1の金属を含む面に、外周領域31aおよび内部領域31bを有する。半導体素子20の第2の面20bと、第1の面20aと、の間は高抵抗であるので、基板31が導電性であっても能動領域と基板31とを絶縁可能である。
The
枠部36は、外周領域31aに設けられた第1の絶縁材32および第1の絶縁材32の上に設けられた導電部33を有する。なお、枠部36は、導電部33の上に設けられ、外方に向かって突出した2つのリード35a、35bと、第3の絶縁材34と、をさらに有していてもよい。GaAs FETのゲート電極は入力側ボンディングワイヤ22および導電部を介してリード35aと接続され、ドレイン電極は出力側ボンディングワイヤ23および導電部33を介してリード35bと接続され、ソース電極は接地ボンディングワイヤ24により基板31の表面の第1の金属を含む面に接続される。なお、第1の金属を含む面は、第1の金属以外の金属を含んでいてもよい。
The
また、実装部材40は、蓋部38をさらに有することができる。蓋部38を第3の絶縁材34と接合することにより半導体素子を気密封止することができる。
The mounting
接合金属層50は、銅(Cu)および銅合金のいずれかである第2の金属と、第2の金属内に分散され、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、およびインジウム(In)のいずれかである第3の金属と、第2の金属内に分散され金(Au)および白金(Pt)のいずれかである第4の金属と、を有する。なお、銅合金は、例えば、2.3wt%(重量百分率)の鉄(Fe)、0.1wt%の亜鉛、0.03wt%の燐(P)などを含むことができる。銅合金は、CuWやCuMoなどであってもよい。
The
また、接合金属層50は、第2の金属と、第2の金属内に分散された第3の金属と、第2の金属内に分散された第4の金属と、を含む固溶体層49を有している。
The
例えば、接合金属層50は、基板31の側に設けられ、第2の金属からなる第1接合金属層45と、半導体素子20の側に設けられ、第2の金属からなる第2接合金属層48と、第1接合金属層45と第2接合金属層48との間に設けられた固溶体層49と、を有してもよい。また、接合金属層50は、すべて固溶体層49であってもよい。
For example, the
図2は、第1の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式図であり、図2(a)は基板と枠部と積層体の断面図、図2(b)は基板の上に、第2の金属、第4の金属、第3の金属、を積層した実装部材の断面図、図2(c)は接合金属層付き半導体素子の断面図、図2(d)は加熱・加圧前の断面図、図2(e)は接合後の断面図、である。 2A and 2B are schematic views for explaining the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view of the substrate, the frame portion, and the stacked body, and FIG. , A second metal, a fourth metal, a third metal, a cross-sectional view of a mounting member, FIG. 2C is a cross-sectional view of a semiconductor element with a bonding metal layer, FIG. FIG. 2E is a cross-sectional view before bonding, and FIG. 2E is a cross-sectional view after bonding.
図2(a)のように、第1の絶縁材32の上に設けられた導電部33と第3の絶縁材34とは、例えば、焼成されて一体となっている。金属からなる基板31の外周領域31aと第1の絶縁材32との間、および導電部33とリード35との間、などは、銀ロウ材により接合されている。
As shown in FIG. 2A, the
図2(b)に表したように、基板31の表面の第1の金属を含む面に、銅および銅合金のいずれかである第2の金属からなる第1接合金属層45と、第1接合金属層45の上に設けられ、金および白金のいずれかである第4の金属からなる保護金属層47と、保護金属層47の上に設けられ、錫、亜鉛、およびインジウムのいずれかである第3の金属からなる第3接合金属層46と、をマスク蒸着法、スパッタ法、および選択メッキ法などを用いて内部領域31bに形成する。銅などからなる第1接合金属層45の表面は、酸化しやすい。このため、金などの第4の金属からなる保護金属層47でその表面を覆うと酸化を抑制することができる。
As shown in FIG. 2B, a first
また、第1接合金属層45の厚さは、例えば1〜10μmなどとできる。第2接合金属層48の厚さは、例えば1〜10μmとすることができる。
Moreover, the thickness of the 1st joining
他方、図2(c)に表したように、半導体素子20の第2の面20bに、銅および銅合金のいずれかの第2の金属からなる第2接合金属層48と、金および白金のいずれかからなる保護金属層41と、を積層することにより接合金属層つき半導体素子21が完成する。
On the other hand, as shown in FIG. 2C, the
続いて、図2(d)に表したように、半導体素子20の側の保護金属層41と、基板31の側の第3接合金属層46と、を重ね合わせる。続いて、第3の金属の融点以上に加熱し、第3接合金属層46を液相状態とする。さらに半導体素子20と基板31とに所定の圧力Pを加えつつ、所定の温度で所定の時間保持することにより、固溶体層49を形成し半導体素子20と基板31の内部領域とを接合する。例えば、所定の温度は250℃、保持時間は30分、所定の圧力Pは、0.01MPa以上とすることができる。このようにして、図2(e)に表したように接合工程が完了する。
Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, the
保持時間が長くなりすぎると生産性が低下する。本実施形態では、銅などの酸化が抑制できるので水素を用いた還元炉を用いる必要がない。このため、窒素などの不活性ガス雰囲気中で、1時間以内で接合工程が完了するので生産性を高く保つことができる。 If the holding time is too long, the productivity is lowered. In this embodiment, since oxidation of copper or the like can be suppressed, it is not necessary to use a reduction furnace using hydrogen. For this reason, since a joining process is completed within 1 hour in inert gas atmosphere, such as nitrogen, productivity can be kept high.
他方、共晶半田の融点は、AuSnで略282℃、AuGeで略350℃、AuSiで 略380℃などである。このため、基板の反りや半導体素子のクラックなどを生じることがある。これに対して、本実施形態では、融点の低い錫を用いることができるので、基板の反りおよび半導体素子のクラックなどを抑制できる。 On the other hand, the melting point of eutectic solder is approximately 282 ° C. for AuSn, approximately 350 ° C. for AuGe, approximately 380 ° C. for AuSi, and the like. For this reason, the curvature of a board | substrate, the crack of a semiconductor element, etc. may arise. On the other hand, in this embodiment, since tin with a low melting point can be used, warpage of the substrate, cracks in the semiconductor element, and the like can be suppressed.
図3は、銅−錫2元素平衡状態図である。
縦軸は温度(℃)、横軸は錫の重量百分率(wt%)、である。所定温度を錫の融点232℃よりも高い250℃とすると錫は液相状態となる。液相状態の錫には、所定圧力が加えられつつ、所定の温度で所定の時間保持される。この結果、錫は、銅金属内に拡散される。同時に銅も錫の側に拡散される。この結果、銅と錫とは、錫が略15wt%以下となるα固溶体を含む固溶体層49を形成する。
FIG. 3 is a copper-tin two-element equilibrium diagram.
The vertical axis represents temperature (° C.), and the horizontal axis represents tin weight percentage (wt%). If the predetermined temperature is 250 ° C. which is higher than the melting point 232 ° C. of tin, tin will be in a liquid phase. The liquid phase tin is held at a predetermined temperature for a predetermined time while a predetermined pressure is applied. As a result, tin is diffused into the copper metal. At the same time, copper is diffused to the tin side. As a result, copper and tin form a
例えば、固溶体が、90wt%の銅と、10wt%の錫と、を含む組成(破線)であるものとする。固溶体層49は、略330〜820℃の温度範囲において、相変化を生じることなく、高い接合強度を保つことができる。
For example, it is assumed that the solid solution has a composition (broken line) containing 90 wt% copper and 10 wt% tin. The
本実施形態では、錫のような第3の金属の重量百分率よりも低い百分率を有する金などの第4の金属が固溶体層49に拡散される。
In the present embodiment, a fourth metal such as gold having a percentage lower than the weight percentage of the third metal such as tin is diffused into the
なお、銅−亜鉛2元素平衡状態図では、銅の重量百分率が略60%以上の範囲に固溶体層が形成できる。 In the copper-zinc two-element equilibrium diagram, a solid solution layer can be formed in a range where the weight percentage of copper is approximately 60% or more.
もし、銅などの第1接合金属層45の表面に酸化膜を生じていると、錫などの第3接合金属層46が、均一に銅内に拡散されにくい。本実施形態では、銅の表面に金などの保護金属層41、47を設けることにより銅の酸化を抑制している。金などの第4の金属の重量百分率は、Snなどの第3の金属の重量百分率よりも低くてよい。すなわち、金の厚さは、例えば500オングストローム以下であっても酸化を抑制することは容易であり、2元素平衡状態を乱すことは殆どない。微量金属の重量百分率は、例えばSIMS(Secondary Ion Mas Spectrometry:二次イオン質量分析法)を用いると測定できる。
If an oxide film is formed on the surface of the first
固溶体層49は、Cu6Sn5の金属間化合物(η層)やCu3Snの金属間化合物(ε層)を含まないので、接合強度を高く保つことができる。
Since the
もし錫が固相で残っていると、温度が融点以上において液相化し半導体素子20が基板31からずれたり剥離する可能性がある。本実施形態では、錫はすべて銅内に拡散され固溶体を形成しているので接合強度を高く保つことができる。他方、銅の融点は高いので、銅層が残っても接合強度を高く保つことができる。
If tin remains in a solid phase, there is a possibility that the
図4は、第1の実施形態の半導体装置の製造方法の変形例を説明する模式図であり、図4(a)は基板と枠部と積層体の断面図、図4(b)は基板の上に、第2の金属、第4の金属、を積層した実装部材の断面図、図4(c)は接合金属層付き半導体素子の断面図、図4(d)は第3の金属を薄層の断面図、図4(e)は加熱・加圧前の断面図、図4(f)は接合後の断面図、である。 4A and 4B are schematic views for explaining a modification of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 4A is a cross-sectional view of the substrate, the frame portion, and the stacked body, and FIG. FIG. 4C is a cross-sectional view of a semiconductor element with a bonding metal layer, and FIG. 4D is a cross-sectional view of a third metal. FIG. 4E is a sectional view before heating and pressurizing, and FIG. 4F is a sectional view after joining.
図4(a)は、基板31と枠部と積層体の模式断面図である。本変形例では、図4(b)に表したように、第2の金属からなる第1接合金属層45の表面に第4の金属からなる保護金属層47が設けられている。このため、この状態で長時間保存しても銅の酸化を抑制することができる。接合金属層付き半導体素子21は、図4(c)に表したような断面構造を有する。
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of the
図4(d)に表したように、錫などの第3接合金属層46は、厚さが3〜20μmなどのシート状とすることができる。図4(b)に表した基板31の側の保護金属層47と、接合金属付き半導体素子21と、の間にシート状の第3接合金属層46を配置する。
As shown in FIG. 4D, the third
図4(e)に表したように、第3接合金属46をその融点以上に加熱し、液相状態とする。半導体素子20と基板31とに所定の圧力Pを加えつつ、所定の温度で所定の時間保持する。例えば、所定の圧力Pは0.01MPa、所定の温度は250℃、保持時間は30分、などとすることができる。また、第3接合金属層46を半導体素子20の側の保護金属層41に設けてもよい。このようにして、図4(f)に表したように、接合工程が完了する。
As shown in FIG. 4E, the
図5(a)は第2の実施形態にかかる半導体装置の模式平面図、図5(b)はA−A線の沿った模式断面図、である。
半導体装置は、例えば、高出力GaAs FETとする。半導体装置は、半導体素子20と、実装部材40と、導電パターン基板60と、接合金属層50と、を有する。
FIG. 5A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA.
The semiconductor device is, for example, a high output GaAs FET. The semiconductor device includes a
導電パターン基板60は、第2の絶縁材62と、その上面に設けられた導電パターン66と、を有する。また、導電パターン基板60の下面に、第2の金属からなる第4接合金属層64、第4の金属からなる保護金属層65と、を積層して接合金属層付き導電パターン基板61とすることができる。導電パターン基板60は、リード35aと半導体素子20との間に設けられた第1の導電パターン60aと、リード35bと半導体素子20との間に設けられた第2の導電パターン基板60b、とを含むことができる。導電パターン基板60は、半導体素子20、21と、同時に接合してもよい。
The
半導体素子20が、マイクロ波のような高い周波数で動作するものとすると、入力および出力インピーダンスは外部の伝送線路の特性インピーダンス(例えば50Ω)と整合容易であることが好ましい。この場合、半導体素子20の近傍にインピーダンス整合回路を設けると広い増幅帯域で整合することが容易となる。例えば、図5(a)のように、導電パターンからなるストリップラインの幅を変えることによっても整合回路とすることができる。すなわち、半導体素子20の特性に応じて、接合金属層付き導電パターン基板61を変えることが容易となる。
Assuming that the
図6は、第2の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する模式図であり、図6(a)は基板と枠部と積層体の断面図、図6(b)は基板の上に、第2の金属、第4の金属、を積層した実装部材の断面図、図6(c)は接合金属層付き半導体素子の断面図、図6(d)は導電パターン基板の断面図、図6(e)は加熱・加圧前の断面図、図6(f)は接合後の断面図、である。 6A and 6B are schematic views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 6A is a cross-sectional view of a substrate, a frame portion, and a stacked body, and FIG. FIG. 6C is a cross-sectional view of a semiconductor element with a bonding metal layer, FIG. 6D is a cross-sectional view of a conductive pattern substrate, and FIG. 6 (e) is a cross-sectional view before heating and pressurization, and FIG. 6 (f) is a cross-sectional view after bonding.
まず、図6(a)に表したような断面構造を有する基板と枠部との積層体を準備する。そして、図6(b)に表したように、基板の上に、第1接合金属層45、保護金属層47、第3接合金属層を形成する。接合金属層付き半導体素子は、図6(c)に表したような断面構造を有する。図6(d)に表したように、セラミックなどからなる絶縁材62の一方の面に導電パターン66を形成し導電パターン基板60とする。さらに、導電パターン基板60の他方の面に、第2の金属からなる第4接合金属層64と、第4の金属からなる保護金属層65と、を積層し接合金属層付き導電パターン基板61とすることができる。
First, a laminate of a substrate and a frame having a cross-sectional structure as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 6B, a first
そして、図6(e)に表したように、半導体素子20および導電パターン基板60a、60bの上方から所定の圧力Pを加え、所定の温度で加熱しつつ、所定の時間保持する。例えば、所定の圧力Pは0.01MPa、所定の温度は250℃、保持時間は30分、などとすることができる。このようにして、図6(f)に表したように、半導体素子20と、導電パターン基板60と、を、基板31にそれぞれ接合できる。
Then, as shown in FIG. 6E, a predetermined pressure P is applied from above the
図7(a)は第3の実施形態にかかる半導体装置の模式平面図、図7(b)はB−B線に沿った模式断面図、である。
能動領域が導電性基板の上に設けられているバイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの場合、半導体素子20の第2の面20bは、例えばコレクタ領域であることが多い。この場合、基板72は、絶縁材72aと、接地領域72b、島領域72cと、を有する。
FIG. 7A is a schematic plan view of a semiconductor device according to the third embodiment, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB.
In the case of a bipolar transistor or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which the active region is provided on a conductive substrate, the
バイポーラトランジスタのチップは、周囲の接地領域72bと絶縁された島領域72cに接合される。島領域72cは、出力側ボンディングワイヤ23で導電部33bと接続されコレクタとなる。通常エミッタは接地されるのでエミッタ電極は、接地ボンディングワイヤ24により接地領域72bに接続される。また、ベース電極は、入力側ボンディングワイヤ22により導電部33aと接続されベース端子となる。また、パワーMOSFETの場合、半導体基板の側のバックゲートを接地から絶縁することができる。
The bipolar transistor chip is bonded to an
半導体素子20の材料がシリコン(Si)の場合、バンドギャップエネルギーは略1.12eVであり、動作温度を200℃以上とすることが困難である。他方、ワイドバンドギャップ半導体では、高温動作が容易である。例えば、バンドギャップエネルギーは、炭化珪素(SiC)で2.2〜3.02eV、窒化ガリウム(GaN)で略3.39eV、と高い。このため、ワイドバンドギャップ材料を用いると、MOSFETやIGBTを、例えば、300℃以上で動作可能である。
When the material of the
本実施形態にかかる半導体装置では、例えば250℃近傍で、半導体素子と実装部材とを接合し、実装部材の反りや半導体素子のクラックなどが抑制できる。また、接合温度よりも高い温度で動作させても、拡散接合された固溶体相は変化しないので接合強度を高く保つことができる。 In the semiconductor device according to the present embodiment, for example, the semiconductor element and the mounting member are joined at about 250 ° C., and thus warpage of the mounting member, cracks in the semiconductor element, and the like can be suppressed. Further, even if the operation is performed at a temperature higher than the bonding temperature, the diffusion bonded solid solution phase does not change, so that the bonding strength can be kept high.
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
20 半導体素子、21 接合電極付き半導体素子、31 基板、32 第1の絶縁材、33 導電部、34 第3の絶縁材、36 枠部、40 実装部材、41 保護金属層、45 第1接合金属層、46 第3接合金属層、47 保護金属層、48 第2接合金属層、49 固溶体層、50 接合金属層、60 導電パターン基板、61 接合金属層付き導電パターン基板、62 第2の絶縁材、64 第4接合金属層、65 保護金属層、66 導電パターン
20 Semiconductor element, 21 Semiconductor element with bonding electrode, 31 Substrate, 32 First insulating material, 33 Conductive portion, 34 Third insulating material, 36 Frame portion, 40 Mounting member, 41 Protective metal layer, 45
Claims (11)
前記基板の前記面の内部領域の上に設けられ、前記導電部と電気的に接続可能な半導体素子と、
銅および銅合金のいずれかである第2の金属と、前記第2の金属内に分散され、錫、亜鉛、およびインジウムのいずれかである第3の金属と、前記第2の金属内に分散され金および白金のうちのいずれかである第4の金属と、を有する接合金属層であって、前記第2の金属の重量百分率が前記第3の金属の重量百分率よりも高く、かつ前記第3の金属の重量百分率が前記第4の金属の重量百分率よりも高い固溶体層により、前記半導体素子と前記内部領域とを接合可能な接合金属層と、
を備えた半導体装置。 A frame having a substrate having a surface containing a first metal, a first insulating material provided in an outer peripheral region of the surface of the substrate, and a conductive portion provided on the first insulating material; A mounting member having,
A semiconductor element provided on an inner region of the surface of the substrate and electrically connectable to the conductive portion;
A second metal that is either copper or a copper alloy, dispersed in the second metal, a third metal that is any of tin, zinc, and indium, and dispersed in the second metal And a fourth metal that is either gold or platinum, wherein a weight percentage of the second metal is higher than a weight percentage of the third metal, and A bonding metal layer capable of bonding the semiconductor element and the internal region by a solid solution layer in which the weight percentage of the third metal is higher than the weight percentage of the fourth metal;
A semiconductor device comprising:
前記導電パターンが設けられない側の前記導電パターン基板の面と、前記内部領域と、が前記接合金属層により接合された請求項1記載の半導体装置。 A conductive pattern substrate provided between the frame portion and the semiconductor element as viewed from above, the second insulating material; and a conductive pattern provided on the second insulating material. ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface of the conductive pattern substrate on the side where the conductive pattern is not provided and the internal region are bonded by the bonding metal layer.
前記基板の前記面の外周領域に設けられた第1の絶縁材と前記第1の絶縁材の上に設けられた導電部とを有する枠部と、
前記基板の前記面の内周領域の上に設けられ、銅および銅合金のいずれかである第2の金属からなる第1接合金属層と、
前記第1接合金属層の上に設けられ、金および白金のいずれかである第4の金属からなる保護金属層と、
を備えた実装部材。 A substrate having a surface comprising a first metal;
A frame portion having a first insulating material provided in an outer peripheral region of the surface of the substrate and a conductive portion provided on the first insulating material;
A first bonding metal layer provided on an inner peripheral region of the surface of the substrate and made of a second metal that is one of copper and a copper alloy;
A protective metal layer provided on the first bonding metal layer and made of a fourth metal that is either gold or platinum;
Mounting member.
前記第2の面に設けられ、銅および銅合金のいずれかである第2の金属からなる第3接合金属層と、
前記第3接合金属層の上に設けられ、金および白金のいずれかである第4の金属からなる保護金属層と、
を備えた接合金属層付き半導体素子。 A semiconductor element having a first surface having an active region and a second surface opposite the first surface;
A third bonding metal layer provided on the second surface and made of a second metal that is either copper or a copper alloy;
A protective metal layer provided on the third bonding metal layer and made of a fourth metal that is either gold or platinum;
A semiconductor element with a bonding metal layer.
加熱により前記シートを液相状態とする工程と、
前記半導体素子と前記実装部材とに所定の圧力を加えつつ所定の温度に所定の時間保つことにより、前記第3の金属が前記第1の接合金属層内および前記第3の接合金属層内にそれぞれ拡散された固溶体層を形成し前記半導体素子と前記内部領域とを接合する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 A step of disposing a sheet made of the third metal between the protective metal layer of the mounting member according to claim 4 and the protective metal layer of the semiconductor element with a bonding metal layer according to claim 7;
Bringing the sheet into a liquid phase by heating;
By maintaining a predetermined temperature at a predetermined temperature while applying a predetermined pressure to the semiconductor element and the mounting member, the third metal is placed in the first bonding metal layer and the third bonding metal layer. Forming each diffused solid solution layer and bonding the semiconductor element and the internal region;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記第3の金属を融点以上に加熱し液相状態とする工程と、
前記半導体素子と前記実装部材とに所定の圧力を加えたつつ所定の温度で所定の時間保つことにより、前記第3の金属を前記実装部材の前記第2の金属内および前記半導体素子の前記第2の金属内に拡散された固溶体層を形成し前記半導体素子と前記内部領域とを接合する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 Overlaying the second bonding metal layer of the mounting member according to claim 5 and the protective metal layer of the semiconductor element with the bonding metal layer according to claim 7;
Heating the third metal to a melting point or higher to form a liquid phase;
By maintaining a predetermined temperature at a predetermined temperature while applying a predetermined pressure to the semiconductor element and the mounting member, the third metal is placed in the second metal of the mounting member and the first metal of the semiconductor element. Forming a solid solution layer diffused in the metal of 2 and joining the semiconductor element and the internal region;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
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