JP6289756B1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6289756B1 JP6289756B1 JP2017525648A JP2017525648A JP6289756B1 JP 6289756 B1 JP6289756 B1 JP 6289756B1 JP 2017525648 A JP2017525648 A JP 2017525648A JP 2017525648 A JP2017525648 A JP 2017525648A JP 6289756 B1 JP6289756 B1 JP 6289756B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- mass
- substrate
- semiconductor device
- semiconductor
- 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.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 59
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 40
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 238000005486 sulfidation Methods 0.000 description 4
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
-
- 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 potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
-
- 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 potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers
-
- 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
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/27—Manufacturing methods
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/04026—Bonding areas specifically adapted for layer connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/27—Manufacturing methods
- H01L2224/274—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the layer connector
- H01L2224/27444—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the layer connector in gaseous form
- H01L2224/27452—Chemical vapour deposition [CVD], e.g. laser CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/29155—Nickel [Ni] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/2954—Coating
- H01L2224/29599—Material
- H01L2224/296—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/29663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
- H01L2224/29666—Titanium [Ti] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
- H01L2224/83193—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/838—Bonding techniques
- H01L2224/8384—Sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01028—Nickel [Ni]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/0105—Tin [Sn]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01078—Platinum [Pt]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01079—Gold [Au]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/0134—Quaternary Alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/1026—Compound semiconductors
- H01L2924/1027—IV
- H01L2924/10272—Silicon Carbide [SiC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
Description
半導体素子としては、従来、動作温度が100℃〜125℃のシリコン(Si)及びガリウム砒素(GaAs)が一般に用いられてきた。この半導体素子と基板との接合部に用いられる接合材料には、半導体素子と基板との熱膨張の差に起因する繰返し熱応力に対する耐クラック性、組立時の多段階接合に対応するための耐熱性(高融点)、及び半導体装置の汚染耐性が要求される。これらの要求を満たすため、Siが半導体素子に用いられる場合には、95Pb−5Sn(95質量%のPb及び5質量%のSnを含む)に代表される鉛含有半田などが接合材料として主に用いられ、また、GaAsが半導体素子に用いられる場合には、80Au−20Sn(80質量%のAu及び20質量%のSnを含む)に代表されるAu含有半田などが接合材料として主に用いられてきた。しかしながら、有害な鉛(Pb)を大量に含有する95Pb−5Sn半田には環境負荷低減の観点から問題があり、また、80Au−20Sn半田には貴金属の高騰及び埋蔵量の観点から代替材の開発が強く望まれていた。
そこで、銀を含有しておらず、且つ耐熱温度が高い接合部を与える接合材料として、Au及びSnを主成分とし、Ptなどの金属を添加した接合材料が提案されている(例えば、特許文献3)。
半導体装置の量産性は、使用する接合材料の形態に依存する。接合材料の形態としては、ペースト状、箔状、シート状などが一般に知られている。
ペースト状の接合材料は、フラックスを含有しているため、大気環境中で接合を行うことが可能である。しかしながら、ペースト状の接合材料は、溶剤を含有しているため、冷蔵庫での保管が必要である上、ペースト状の接合材料を印刷するための印刷装置及びそれを用いた印刷工程が要求される。そのため、半導体素子のサイズが変わるたびに専用の印刷版などが要求される。そして、ペースト状の接合材料自体のコストが低いとしても、印刷工程の管理及び印刷装置の使用によって全体としてのコストが増大する。また、ペースト状の接合材料によって得られる接合部は、耐熱性が一般に低いため、部材間の熱膨張係数差から生じるせん断応力を緩和するために接合部の厚さを増大させることが必要となる。しかしながら、接合部の厚さが増大することにより、接合部にボイドが発生し易くなる上、放熱性も低下してしまう。なお、特許文献1のような接合材料を用いる場合は、耐熱性に優れた接合部が得られるけれども、接合信頼性及び放熱性を高めるには、加圧によって金属粒子の緻密度を高める必要がある。したがって、加圧機構を有する高価な高温炉が要求されるため、コストが増大する。
前記半導体ウェハをダイシングして半導体素子を得る工程と、
基板上にNi膜及びAu膜を蒸着によって順次形成する工程と、
前記半導体素子上に形成された前記Au膜と前記基板上に形成された前記Au膜とを向い合せて積層した後、加熱して接合する工程と
を含む半導体装置の製造方法である。
前記基板と前記接合部との間にNi膜、前記半導体素子と前記接合部との間に密着性向上膜が形成されており、
前記接合部の全質量を100質量%としたときに、前記接合部は、46.8質量%以上68.3質量%未満のAuと、16.5質量%以上40.5質量%未満のSnと、4.6質量%以上8.3質量%以下のPtと、残部がNiを含むことを特徴とする半導体装置である。
本実施の形態における半導体装置の製造方法は、半導体ウェハ上に、密着性向上膜、Pt膜、Sn膜及びAu膜を蒸着によって順次形成する工程と、半導体ウェハをダイシングして半導体素子を得る工程と、基板上にNi膜及びAu膜を蒸着によって順次形成する工程と、半導体素子上に形成されたAu膜と基板上に形成されたAu膜とを向い合せて積層した後、加熱して接合する工程とを含む。
図1(a)は、密着性向上膜2、Pt膜3、Sn膜4及びAu膜5が順次形成された半導体素子1と、Ni膜7及びAu膜5が順次形成された基板6とを表す図である。図1(b)は、半導体素子1上に形成されたAu膜5と基板6上に形成されたAu膜5とを向い合せて積層した状態を表す図である。図1(c)は、図1(b)の積層体を加熱して接合することによって接合部8が形成された状態を表す図である。
半導体ウェハの材料としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。半導体ウェハの材料の例としては、Si(シリコン)、GaAs(ガリウム砒素)、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)、ダイヤモンドなどが挙げられる。これらの中でも、高温動作が可能であり、次世代デバイスに有用なSiC、GaN、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体が好ましく、SiCが特に好ましい。
密着性向上膜2の厚さは、半導体ウェハとPt膜3との間の密着性を向上させ得る範囲であれば特に限定されず、一般的には100nm程度である。
ここで、金属積層膜における各膜の含有量は、蒸着によって形成される各膜の密度(g/cm3)を予め求めておき、形成された各膜(cm3)の厚さから各膜の質量(g)を算出した後、各膜の質量を金属積層膜の質量で除することによって算出することができる。
金属積層膜におけるSn膜4の含有量は、残部、好ましくは19質量%以上44質量%以下である。
金属積層膜の厚さ(Pt膜3、Sn膜4及びAu膜5の合計の厚さ)は、特に限定されないが、好ましくは5μm以上15μm以下である。このような厚さの金属積層膜を形成することにより、金属積層膜を蒸着した半導体ウェハをチッピングなどの不良なしにダイシングすることができるため、量産性が向上する。
なお、Sn膜4は、Snを主成分とする半田材料を用いて形成してもよい。また、各金属膜は、蒸着による成膜後に室温から200℃の温度範囲で任意の時間加熱処理してもよい。このような加熱処理を行うことにより、アモルファス(非晶質)状態の金属の一部が結晶化して、成膜時に金属膜に生じた内部歪みを除去することができると共に、隣接する金属膜間で金属拡散反応が生じるため、隣接する金属膜間の密着強度を高めることができる。
基板6としては、特に限定されず、半導体素子1との接合が要求される様々な部材であり得る。基板6の例としては、DBC基板などの回路基板、金属板、セラミックス板などが挙げられる。
Ni膜7の厚さは、接合部8と接合が可能な範囲であれば特に限定されず、一般的には0.2μm以上5.0μm以下である。
Au膜5の厚さは、下地膜(Ni膜7)の酸化又は硫化を防止し得る範囲であれば特に限定されず、一般的には0.2μm以上5.0μm以下である。
積層方法及び加熱方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、ホットプレート上に、各金属膜が形成された基板6を配置し、その上に各金属膜が形成された半導体素子1を積層した後、ホットプレートを加熱すればよい。
また、Au膜5を最表面に形成した半導体素子1及び基板6を用いているため、半導体素子1と基板6とを接合する際において、Au膜5の下地膜の酸化又は硫化を防止することができる。したがって、半導体素子1と基板6とを接合する際、加熱を大気雰囲気中で行うことができ、高価な加熱炉などが要求されない。
さらに、接合の際、加熱するだけで、半導体素子1上に形成されたPt膜3、Sn膜4及びAu膜5、並びに基板6上に形成されたAu膜5及び一部のNi膜7が固溶し、250℃の高温に耐え得る接合信頼性に優れた接合部8を形成することができる。具体的には、Sn中に、Snよりも融点の高いAu及びPtが拡散して固溶し、Snの融点(232℃)よりも融点が高い接合部8が形成される。そのため、加圧などを行う必要もなく、半導体装置の量産性が向上する。
接合部8において、Ptの含有量は4.6質量%以上8.4質量%未満であり、Auの含有量は46.8質量%以上68.3質量%未満であり、Snの含有量は16.5質量%以上40.5質量%未満である。上記成分の含有量が上記範囲外であると、接合部8の接合信頼性が低下する。なお、接合部8におけるNiの含有量は、特に限定されないが、好ましくは5質量%以上8.5質量%以下である。
なお、接合部8の組成(各成分の含有量)は、接合部8を切断し、その断面をエネルギー分散型X線(EDS:Energy Dispersive X−ray Spectrometry)で分析することによって求めることができる。
(実施例1〜10及び比較例1〜12)
8インチのSiCウェハ上に、Ti膜、Pt膜、Sn膜及びAu膜をPVD(物理蒸着)によって順次形成した。ここで、Ti膜の厚さは100nmとし、Pt膜、Sn膜及びAu膜は表1に示す厚さとした。なお、各膜の厚さは、蒸着時間を調整することによって制御した。その後、SiCウェハにダイヤモンドブレードを押し当てながら切削加工を行うことによって□10mmにダイシングし、半導体素子を得た。このとき、ダイシングによって、チッピングなどの不良が生じないことを確認した。また、PVDによって形成されるPt膜、Sn膜及びAu膜の密度を予め測定し(Pt膜21.45g/cm3、Sn膜7.30g/cm3、Au膜19.32g/cm3)、表1に示す各膜の厚さから各膜の質量を算出した後、Pt膜、Sn膜及びAu膜からなる金属積層膜における各膜の含有量を算出した。その結果を表1に示す。
次に、280℃に加熱されたホットプレート上に、Ni膜及びAu膜が形成されたDBC基板を載せた後、Ti膜、Pt膜、Sn膜及びAu膜が形成された半導体素子をDBC基板と積層させた。このとき、半導体素子上に形成されたAu膜とDBC基板上に形成されたAu膜とを向い合せるようにして積層させた。そして、大気雰囲気中、無加圧下で積層体を10秒間放置して接合させた。その後、積層体をホットプレートから除去し、自然冷却させた。
接合部の組成は、接合部を切断し、その断面をエネルギー分散型X線(EDS:Energy Dispersive X−ray Spectrometry)で分析することによって求めた。この分析は、接合部の5ヶ所で行い、平均値を結果として示した。この分析によって得られた接合部の組成(Pt、Au、Sn及びNiの含有量)を表2に示す。
初期接合性は、接合部のボイド発生状況を非破壊検査装置である超音波探傷装置(SAT:Scanning Acoustic Tomograph)にて測定し、得られた画像を2値化して空隙率を算出した。この評価では、各実施例及び各比較例において、評価サンプル数を30とし、全てのサンプルの空隙率が5%以下であった場合を〇、全てのサンプルのうち1つでも空隙率が5%よりも大きかった場合を×とした。この結果を表2に示す。
なお、上記においては、半導体素子と基板との接合について説明したが、本発明における接合方法は、半導体素子と基板との場合に限らず、様々な用途への適用も可能である。具体的には、磁性体を金属板に接合する場合にも、この接合を適用することができる。また、気密パッケージのようなアウトガスを極端に嫌う用途において、その気密封止部にこの接合を適用することもできる。
Claims (9)
- 半導体ウェハ上に、密着性向上膜、Pt膜、Sn膜及びAu膜を蒸着によって順次形成する工程であって、前記Pt膜、前記Sn膜及び前記Au膜からなる金属積層膜において、前記金属積層膜の全質量を100質量%としたときに、前記Pt膜が5質量%以上10質量%未満、前記Au膜が51質量%以上75質量%未満、前記Sn膜が残部である工程と、
前記半導体ウェハをダイシングして半導体素子を得る工程と、
基板上にNi膜及びAu膜を蒸着によって順次形成する工程と、
前記半導体素子上に形成された前記Au膜と前記基板上に形成された前記Au膜とを向い合せて積層した後、加熱して接合する工程と
を含む半導体装置の製造方法。 - 前記密着性向上膜がTi膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記金属積層膜の厚さが5μm以上15μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体ウェハがSiCウェハであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板がDBC基板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板と半導体素子との間が接合部を介して接合された半導体装置であって、
前記基板と前記接合部との間にNi膜、前記半導体素子と前記接合部との間に密着性向上膜が形成されており、
前記接合部の全質量を100質量%としたときに、前記接合部は、46.8質量%以上68.3質量%未満のAuと、16.5質量%以上40.5質量%未満のSnと、4.6質量%以上8.3質量%以下のPtと、残部がNiを含むことを特徴とする半導体装置。 - 前記密着性向上膜がTi膜であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記半導体素子の構成部材である半導体ウェハ材料がSiCであることを特徴とする請求項6又は7に記載の半導体装置。
- 前記基板がDBC基板であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016132321 | 2016-07-04 | ||
JP2016132321 | 2016-07-04 | ||
PCT/JP2016/087071 WO2018008168A1 (ja) | 2016-07-04 | 2016-12-13 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6289756B1 true JP6289756B1 (ja) | 2018-03-07 |
JPWO2018008168A1 JPWO2018008168A1 (ja) | 2018-07-12 |
Family
ID=60912034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017525648A Active JP6289756B1 (ja) | 2016-07-04 | 2016-12-13 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10468375B2 (ja) |
JP (1) | JP6289756B1 (ja) |
CN (1) | CN109478517B (ja) |
DE (1) | DE112016006934B4 (ja) |
WO (1) | WO2018008168A1 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63110751A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Sony Corp | 半田電極の形成方法 |
JP2000288770A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-17 | Kyocera Corp | AuSn多層ハンダ |
JP2009004487A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Stanley Electric Co Ltd | 基板接合方法及び半導体装置 |
JP2010099726A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Seiko Epson Corp | ろう材及びデバイス |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4978052A (en) * | 1986-11-07 | 1990-12-18 | Olin Corporation | Semiconductor die attach system |
WO1996002941A1 (en) * | 1994-07-19 | 1996-02-01 | Johnson Matthey Electronics, Inc. | Metal cover for ceramic package and method of making same |
KR100919170B1 (ko) * | 2004-03-24 | 2009-09-28 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 소자 접합용 기판 및 그 제조 방법 |
US7288438B2 (en) | 2005-04-28 | 2007-10-30 | Intel Corporation | Solder deposition on wafer backside for thin-die thermal interface material |
US7910945B2 (en) * | 2006-06-30 | 2011-03-22 | Cree, Inc. | Nickel tin bonding system with barrier layer for semiconductor wafers and devices |
US20080038871A1 (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-14 | George Liang-Tai Chiu | Multipath soldered thermal interface between a chip and its heat sink |
JP2012028613A (ja) | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Sumitomo Electric Device Innovations Inc | 半導体装置 |
TWI506816B (zh) | 2010-07-30 | 2015-11-01 | Dowa Electronics Materials Co | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor element |
JP5664028B2 (ja) | 2010-08-31 | 2015-02-04 | 富士通株式会社 | 電子装置の製造方法 |
JP5518211B2 (ja) * | 2010-11-16 | 2014-06-11 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子、半導体装置及び半導体素子の製造方法 |
JP5138827B1 (ja) * | 2012-03-23 | 2013-02-06 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 電子部品用金属材料、それを用いたコネクタ端子、コネクタ及び電子部品 |
SG11201401482UA (en) * | 2012-10-09 | 2014-06-27 | Alpha Metals | Lead-free and antimony-free tin solder reliable at high temperatures |
JP6029756B2 (ja) | 2013-07-10 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP5877276B2 (ja) | 2013-10-07 | 2016-03-02 | 古河電気工業株式会社 | 接合構造および電子部材接合構造体 |
JP6102953B2 (ja) | 2015-01-16 | 2017-03-29 | マツダ株式会社 | 車両のサブフレーム構造 |
DE102015105666A1 (de) | 2015-04-14 | 2016-10-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Verfahren zur Montage eines ersten Bauteils auf einem zweiten Bauteil und Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung mit einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil |
-
2016
- 2016-12-13 US US16/302,822 patent/US10468375B2/en active Active
- 2016-12-13 CN CN201680087243.0A patent/CN109478517B/zh active Active
- 2016-12-13 DE DE112016006934.0T patent/DE112016006934B4/de active Active
- 2016-12-13 JP JP2017525648A patent/JP6289756B1/ja active Active
- 2016-12-13 WO PCT/JP2016/087071 patent/WO2018008168A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63110751A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Sony Corp | 半田電極の形成方法 |
JP2000288770A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-17 | Kyocera Corp | AuSn多層ハンダ |
JP2009004487A (ja) * | 2007-06-20 | 2009-01-08 | Stanley Electric Co Ltd | 基板接合方法及び半導体装置 |
JP2010099726A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Seiko Epson Corp | ろう材及びデバイス |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2018008168A1 (ja) | 2018-07-12 |
DE112016006934T5 (de) | 2019-03-14 |
US20190221540A1 (en) | 2019-07-18 |
CN109478517A (zh) | 2019-03-15 |
DE112016006934B4 (de) | 2020-01-23 |
CN109478517B (zh) | 2020-02-21 |
WO2018008168A1 (ja) | 2018-01-11 |
US10468375B2 (en) | 2019-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5675525B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
EP3093882B1 (en) | Electronic circuit device | |
JP4104253B2 (ja) | 基板一体型構造体 | |
JPH08255973A (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP4360847B2 (ja) | セラミック回路基板、放熱モジュール、および半導体装置 | |
JP5526336B2 (ja) | 半田層及びそれを用いたデバイス接合用基板並びにその製造方法 | |
JP5786569B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP6786090B2 (ja) | 放熱板材 | |
US20220359340A1 (en) | Copper/ceramic assembly, insulated circuit board, method for producing copper/ceramic assembly, and method for producing insulated circuit board | |
JP2019081690A (ja) | 接合体、及び、絶縁回路基板 | |
JP2009094385A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP6289756B1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2018111111A (ja) | 金属接合体及び半導体装置の製造方法 | |
JP6221590B2 (ja) | 絶縁基板と冷却器の接合構造体、その製造方法、パワー半導体モジュール、及びその製造方法 | |
JP2016082224A (ja) | 放熱基板と、それを使用した半導体用モジュール | |
JP3794454B2 (ja) | 窒化物セラミックス基板 | |
JP2015072959A (ja) | 絶縁基板と冷却器の接合構造体、その製造方法、パワー半導体モジュール、及びその製造方法 | |
KR102340798B1 (ko) | 열전 소자 및 이를 포함하는 열전 모듈 | |
JP2021095327A (ja) | 銅/セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板 | |
JP5955183B2 (ja) | 半導体素子のダイボンド接合構造及び半導体素子のダイボンド接合方法 | |
JP2020145335A (ja) | 回路基板の製造方法 | |
CN112739485A (zh) | 金属接合体和金属接合体的制造方法以及半导体装置和波导路 | |
CN112997284A (zh) | 接合结构体、半导体装置及其制造方法 | |
JP6784863B1 (ja) | 放熱板 | |
JP2021158171A (ja) | 熱電変換素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180206 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6289756 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |