JP6344605B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、複数の半導体装置用部材を接合して成る半導体装置の製造方法及び半導体製造装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus formed by joining a plurality of semiconductor device members.

近年の半導体装置、特に、大電流密度の所謂ハイパワーモジュールと称する半導体装置においては、高温環境下でも使用可能であることが要求されている。
そのため、半導体装置の実装構造においては、高温に保持されたり、高温熱サイクルを受けたりした場合にも、高温耐久性に優れる接合部を有することが強く望まれている。また、環境保全の観点からすると、Pb(鉛)フリーの接合技術が必須となっている。
2. Description of the Related Art Recent semiconductor devices, particularly semiconductor devices called high power modules having a large current density, are required to be usable even in a high temperature environment.
Therefore, in a semiconductor device mounting structure, it is strongly desired to have a joint having excellent high-temperature durability even when held at a high temperature or subjected to a high-temperature thermal cycle. From the viewpoint of environmental protection, a Pb (lead) -free joining technique is essential.

このような半導体装置を実装するため、現状では、Sn(錫)−Ag(銀)−Cu(銅)系のはんだが、接合に広く使われている。しかし、このようなはんだで接合すると、半導体装置の使用温度が、はんだの融点(例えば200℃程度)以下に制限される。
また、例えば、電極がCuである場合の接合部においては、接合界面にCu−Sn系の脆い金属間化合物層が生成し、高温耐久性に乏しいものとなる。
そのため、接合部の高温耐久性を確保するために、いろいろな試みがなされている。
In order to mount such a semiconductor device, Sn (tin) -Ag (silver) -Cu (copper) based solder is widely used for bonding at present. However, when joining with such solder, the operating temperature of the semiconductor device is limited to the melting point of the solder (for example, about 200 ° C.) or less.
Further, for example, in a joint portion where the electrode is Cu, a Cu-Sn brittle intermetallic compound layer is formed at the joint interface, resulting in poor high-temperature durability.
Therefore, various attempts have been made to ensure the high temperature durability of the joint.

例えば、金属ナノ粒子の活性な表面エネルギーを利用し、金属ナノ粒子を低温にて凝集させて接合する低温接合工法が提案されている。この接合工法を用いれば、金属ナノ粒子が凝集した後の接合界面は、バルク金属となるため、優れた高温耐久性を有する。
しかし、金属ナノ粒子としてはAu(金)のような貴金属が用いられ、コストが高くなるのに加えて、金属ナノ粒子は表面エネルギーが高く、表面に有機物が修飾したような構造をとるため、金属ナノ粒子が凝集した構造となっても接合プロセス時に有機物がガス化して残存することから、接合部にボイドが生じてしまうため、継手強度のバラツキが大きくなる。
For example, a low temperature bonding method has been proposed in which active surface energy of metal nanoparticles is used to agglomerate and bond metal nanoparticles at a low temperature. If this joining method is used, the joining interface after the metal nanoparticles are agglomerated becomes a bulk metal and thus has excellent high-temperature durability.
However, a noble metal such as Au (gold) is used as the metal nanoparticle, and in addition to high cost, the metal nanoparticle has a high surface energy and has a structure in which an organic substance is modified on the surface. Even when the metal nanoparticles are agglomerated, the organic substance is gasified and remains during the joining process, so that voids are generated in the joint portion, resulting in large variations in joint strength.

また、高温耐久性を有するはんだとしては、この他にAu−Ge(ゲルマニウム)系等のはんだがある。しかし、これらのはんだも、貴金属であるAuを用いているため、コスト的な問題ばかりでなく、接合界面に金属間化合物層が生成したり、相互拡散の不均衡により発生した原子空孔が集積し、カーケンダルボイドを生成したりするため、長期的な信頼性に問題がある。   In addition, examples of solder having high temperature durability include Au-Ge (germanium) based solder. However, since these solders also use Au, which is a noble metal, not only is there a problem of cost, but an intermetallic compound layer is formed at the joint interface, and atomic vacancies generated due to imbalance in mutual diffusion are accumulated. However, there is a problem in long-term reliability because it produces Kirkendall void.

一方、接合面に形成された酸化皮膜による障害を排除し、健全な接合部を形成する観点から、母材金属と共晶を生ずる金属、例えば、亜鉛(Zn)を含むインサート材を用いることが知られている。これは、接合面間にインサート材を介在させた状態で加圧、加熱することにより、共晶反応させて接合するものである。すなわち、母材金属とインサート材との間で共晶反応させることによって、酸化皮膜を母材表面から除去し、生じた共晶反応溶融物と共に接合面から排出して接合するものである。   On the other hand, from the viewpoint of eliminating the obstacle caused by the oxide film formed on the joint surface and forming a sound joint, it is necessary to use an insert material containing a metal that forms a eutectic with the base metal, for example, zinc (Zn). Are known. In this method, pressurization and heating are performed in a state where an insert material is interposed between the joining surfaces, thereby performing a eutectic reaction and joining. That is, by performing a eutectic reaction between the base metal and the insert material, the oxide film is removed from the surface of the base material, and discharged together with the resulting eutectic reaction melt from the joining surface and joined.

このとき、母材金属とインサート材との直接的な接触を促進し、共晶反応の起点を早期に形成して、上記接合プロセスをより円滑なものとするべく、接合面に酸化皮膜を破壊するための凹凸構造を形成することが提案されている(特許文献1参照)。   At this time, the direct contact between the base metal and the insert material is promoted, the starting point of the eutectic reaction is formed at an early stage, and the oxide film is destroyed on the joining surface in order to make the joining process smoother. It has been proposed to form a concavo-convex structure for this purpose (see Patent Document 1).

特開2013−78793号公報JP 2013-78793 A

上記特許文献1は、本願出願人の出願に係るものであり、接合時の加圧による被接合材のダメージがなく、被接合材同士を直接接合できるものである。
しかし、上記接合方法を高温下に保持される半導体装置に適用した場合、初期には良好である電気伝導性や熱伝導性が、時間の経過と共に低下することがその後判明した。
この電気伝導性や熱伝導性の低下の原因について調べた結果、上記接合面の凹凸構造の形状によっては、インサート材に由来する共晶反応物が上記接合部の上記凹部に相当する箇所に残留することがある。そして、半導体装置の使用環境や使用状態によっては、この共晶反応物中の金属が母材金属内部に拡散する。すると、共晶反応物中の金属部に微細な空隙が生じ、電気伝導性や熱伝導性の低下の原因となっていることがわかった。
The above-mentioned patent document 1 relates to the application of the applicant of the present application, and is capable of directly joining the materials to be joined without causing damage to the materials to be joined due to pressurization during joining.
However, when the above bonding method is applied to a semiconductor device held at a high temperature, it was subsequently found that the electrical conductivity and thermal conductivity, which are good in the initial stage, decrease with the passage of time.
As a result of investigating the cause of the decrease in electrical conductivity and thermal conductivity, depending on the shape of the concavo-convex structure of the joint surface, the eutectic reaction product derived from the insert material remains in the portion corresponding to the concave portion of the joint portion. There are things to do. Depending on the use environment or use state of the semiconductor device, the metal in the eutectic reaction product diffuses into the base metal. Then, it turned out that a fine space | gap arises in the metal part in a eutectic reaction substance, and causes electrical conductivity and a heat conductivity fall.

したがって、本発明は、上記特許文献1に記載される接合方法を改良し、高温下に保持される半導体装置に適用しても、拡散に起因する電気伝導性や熱伝導性の低下を防止できる半導体装置の製造方法及び半導体装置の提供を目的とする。   Therefore, the present invention improves the bonding method described in Patent Document 1 and can prevent a decrease in electrical conductivity and thermal conductivity due to diffusion even when applied to a semiconductor device held at a high temperature. An object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.

本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた結果、半導体装置用部材の両接合面に拡散防止層を形成することで、インサート材由来の金属が母材金属中に拡散することを防止でき、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have formed diffusion preventing layers on both joint surfaces of the semiconductor device member, so that the metal derived from the insert material diffuses into the base metal. It has been found that the above object can be achieved and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の半導体装置の製造方法は、接合する半導体装置用部材の接合面の少なくともいずれか一方の面に凹凸を形成すると共に、両接合部に拡散防止層を形成し、該半導体装置用部材同士間に、インサート材を介在させて加圧加熱し、上記拡散防止層を破って、接合界面の少なくとも一部で半導体装置用部材の両接合部中の母材金属Aと母材金属Bとを直接接合するものであり、
一方の半導体装置用部材の金属接合部を構成する母材金属Aと他方の半導体装置用部材の金属接合部を構成する母材金属Bが、それぞれ独立して、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及び金(Au)から成る群より選ばれた少なくとも1種を主成分とするものであり、
上記インサート材が、上記母材金属A及び母材金属Bに含まれる、それぞれ1種以上の金属と共晶反応するものであることを特徴とする。
That is, the present invention is based on the above knowledge, and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention forms unevenness on at least one of the bonding surfaces of the semiconductor device members to be bonded, A diffusion prevention layer is formed on the semiconductor device, and an insert material is interposed between the semiconductor device members and heated under pressure to break the diffusion prevention layer, so that the semiconductor device members are joined at least at a part of the joining interface. The base metal A and the base metal B in the part are directly joined,
The base metal A constituting the metal joint of one semiconductor device member and the base metal B constituting the metal joint of the other semiconductor device member are independently made of aluminum (Al), copper (Cu ), The main component is at least one selected from the group consisting of silver (Ag) and gold (Au),
Each of the insert materials is a material that undergoes a eutectic reaction with one or more metals contained in the base metal A and the base metal B, respectively.

また、本発明の半導体装置は、上記接合方法で接合された半導体装置であることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device bonded by the above bonding method.

さらに、本発明の半導体装置は、一方の半導体装置用部材の金属接合部の母材金属Aと、他方の半導体装置用部材の金属接合部の母材金属Bとが、接合界面の少なくとも一部において直接接合され、該直接接合部の周囲に拡散防止層に囲まれた共晶反応物を有するものであることを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, the base metal A of the metal joint portion of one semiconductor device member and the base metal B of the metal joint portion of the other semiconductor device member are at least part of the joint interface. And a eutectic reaction product surrounded by a diffusion prevention layer around the direct joint.

本発明によれば、接合する半導体装置用部材の両接合部に拡散防止層を形成し、接合後には、共晶反応物を拡散防止層で囲むこととしたため、電気伝導性や熱伝導性の低下を防止できる。
即ち、共晶反応物が接合部に残留しても、残留する共晶反応物が拡散防止層で囲まれるため、上記共晶反応物中の金属が母材金属中に拡散することが防止され、該拡散に伴って生じる空隙による電気伝導性や熱伝導性の低下を防止できる。
According to the present invention, the diffusion preventing layers are formed at both joints of the semiconductor device members to be joined, and the eutectic reaction product is surrounded by the diffusion preventing layer after joining. Decrease can be prevented.
That is, even if the eutectic reactant remains in the joint, the remaining eutectic reactant is surrounded by the diffusion prevention layer, so that the metal in the eutectic reactant is prevented from diffusing into the base metal. , It is possible to prevent a decrease in electrical conductivity and thermal conductivity due to voids generated by the diffusion.

本発明の半導体装置の製造方法において接合部に形成する凹凸構造の形状例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of a shape of the uneven structure formed in a junction part in the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明で用いる半導体チップの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the semiconductor chip used by this invention. 本発明の半導体装置の製造方法による半導体装置用部材の接合方法の一例を概略的に示す工程図である。It is process drawing which shows roughly an example of the joining method of the member for semiconductor devices by the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法によって接合された接合部の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the junction part joined by the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の製造方法による半導体装置の実施形態例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the embodiment example of the semiconductor device by the manufacturing method of this invention. 本発明の実施例に用いた半導体装置の構成を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of the semiconductor device used for the Example of this invention.

以下に、本発明の半導体装置の製造方法について、さらに詳細、かつ具体的に説明する。なお、本明細書において「%」は、特記しない限り、質量百分率を意味するものとする。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention will be described in further detail and specifically below. In the present specification, “%” means mass percentage unless otherwise specified.

本発明の半導体装置の製造方法は、接合される半導体装置用部材の接合面の両方又は一方に凹凸を形成すると共に、両接合部の表面又は内部に拡散防止層を形成し、この接合部間にインサート材を介在させて加圧加熱するものである。そして、接合界面の少なくとも一部で両接合部の母材金属Aと母材金属Bとが直接接合される。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention forms irregularities on both or one of the bonding surfaces of the semiconductor device members to be bonded, and forms a diffusion prevention layer on the surface or inside of both the bonding portions. The insert material is interposed between and pressurizing and heating. Then, the base metal A and the base metal B of both joints are directly joined at at least a part of the joint interface.

<半導体装置用部材>
本発明における半導体装置用部材は、母材金属上に拡散防止層が形成された金属接合部を有し、一方の半導体装置用部材の母材金属が母材金属Aで構成され、他方の半導体装置用部材の母材金属が母材金属Bで構成される。
また、接合される半導体用形成部材は、金属接合部表面の両方又は一方に凹凸を有するものである。
<Members for semiconductor devices>
The member for a semiconductor device in the present invention has a metal joint portion in which a diffusion prevention layer is formed on a base metal, the base metal of one semiconductor device member is composed of the base metal A, and the other semiconductor The base metal of the device member is composed of the base metal B.
Further, the semiconductor forming member to be bonded has irregularities on both or one side of the surface of the metal bonding portion.

上記金属接合部を形成する母材金属A及び母材金属Bは、電気伝導性に優れるものを使用することができ、それぞれ独立して、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及び金(Au)から成る群より選ばれた少なくとも1種を主成分とするものであり、これらは同一でも異なってもよい。上記母材金属A及び母材金属Bとしては、上記金属の純金属や、これらの金属を含む合金等、種々の組合せを採用することができる。 As the base metal A and the base metal B forming the metal joint part, those having excellent electrical conductivity can be used, and are independently aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag). And at least one selected from the group consisting of gold (Au), and these may be the same or different. As the base metal A and the base metal B, various combinations such as pure metals of the metals and alloys containing these metals can be adopted.

上記母材金属Aと母材金属Bとは、同種材で形成されることが好ましい。同種材同士の接合とすることで、界面の劣化反応の起点がなくなるため、さらに耐久信頼性が高い接合が可能となる。
ここで、「同種材」とは、金属組織や成分系が同じであることを意味し、必ずしも合金成分の含有量が一致する必要はない。
The base metal A and the base metal B are preferably formed of the same kind of material. By joining the same kind of materials, the starting point of the degradation reaction at the interface is eliminated, so that joining with higher durability and reliability is possible.
Here, “the same kind of material” means that the metal structure and the component system are the same, and the contents of the alloy components do not necessarily have to coincide with each other.

また、上記母材金属には、後述するインサート材を構成する金属の少なくとも1種含むことが好ましく、亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。
インサート材を構成する金属を含有することで、母材金属中のインサート材を構成する金属量が飽和量に近くなり、共晶反応残留物中の金属が母材金属中に拡散することを抑制できる。
Moreover, it is preferable that the said base metal contains at least 1 sort (s) of the metal which comprises the insert material mentioned later, and it is preferable that zinc (Zn) is included.
By containing the metal that constitutes the insert material, the amount of metal that constitutes the insert material in the base metal becomes close to saturation, and the metal in the eutectic reaction residue is prevented from diffusing into the base metal. it can.

上記拡散防止層としては、上記母材金属A、母材金属B及び後述するインサート材と相互拡散しないもの又は相互拡散し難いものを使用することができ、例えば、ニッケル(Ni)、窒化チタン(TiN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタンタングステン(TiWN)、白金イリジウム(PtIr)が挙げられ、これは一種以上を混合して用いてもよい。 As the diffusion preventing layer, the base metal A, the base metal B, and an insert material which will not be mutually diffused or those which are difficult to mutually diffuse can be used. For example, nickel (Ni), titanium nitride ( TiN), tungsten nitride (WN), titanium tungsten nitride (TiWN), and platinum iridium (PtIr) may be used, and one or more of them may be mixed and used.

拡散防止層の膜厚は、1μm以上10μm以下であることが好ましい。1μm未満では、共晶反応物を十分囲むことができず、共晶反応物が母材金属中に拡散することがあり、10μmを超えると上記母材金属Aと母材金属Bとが直接接合し難くなることがある。 The film thickness of the diffusion preventing layer is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. If it is less than 1 μm, the eutectic reaction product cannot be sufficiently surrounded, and the eutectic reaction product may diffuse into the base metal. If it exceeds 10 μm, the base metal A and the base metal B are directly bonded. May be difficult.

上記拡散防止層は、CVD,スパッタリング、パウダーデポジション、メッキ等、公知の成膜法により形成できる。
なお、金属は空気中に置いた瞬間に表面が酸化されるので、 接合面を純粋な金属にすることは困難であり、拡散防止層表面が酸化されたときは、接合部の内部に拡散防止層を有することになる。
The diffusion preventing layer can be formed by a known film forming method such as CVD, sputtering, powder deposition, plating or the like.
Since the surface of metal is oxidized at the moment when it is placed in the air, it is difficult to make the joint surface pure metal. When the surface of the diffusion prevention layer is oxidized, it prevents diffusion inside the joint. Will have a layer.

上記接合面の表面凹凸は、金属接合部の母材金属とインサート材との直接的な接触を促進し、共晶反応の起点となると共に、拡散防止層表面に酸化皮膜が形成されていたとしても、該酸化皮膜を破壊し、母材金属A及び母材金属Bとインサート材との共晶反応を生じさせる。
そして、加圧加熱により、共晶反応物の溶融物と破壊された酸化皮膜とが、上記凹部に排斥され、接合界面の少なくとも一部において、金属接合部の母材金属Aと母材金属Bとが直接接合されて、電気伝導性及び熱伝導性が向上する。
The surface unevenness of the joint surface promotes direct contact between the base metal of the metal joint and the insert material, and becomes the starting point of the eutectic reaction, and an oxide film is formed on the surface of the diffusion prevention layer. Also, the oxide film is destroyed, and eutectic reaction between the base metal A and the base metal B and the insert material occurs.
The melt of the eutectic reaction product and the broken oxide film are discharged into the recess by pressurization and heating, and at least part of the joint interface, the base metal A and base metal B of the metal joint Are directly joined to improve electrical conductivity and thermal conductivity.

上記凹凸の形状としては、応力を集中させて、インサート材や酸化皮膜の破壊を促進させる機能さえあれば、その形状や数に制限はなく、例えば、図1(a)〜(c)に示すようなものの他、波形やかまぼこ形、半球状など凸部先端を曲面とすることも可能である。 なお、当該曲面の曲率半径は、小さいほど応力集中が顕著なものとなって、インサート材や酸化皮膜が破壊し易くなることは言うまでもない。   The shape of the unevenness is not limited as long as it has a function of concentrating stress and promoting the destruction of the insert material and the oxide film. For example, as shown in FIGS. In addition to the above, the tip of the convex portion such as a corrugated shape, a kamaboko shape, or a hemispherical shape can be a curved surface. Needless to say, the smaller the curvature radius of the curved surface, the more concentrated the stress becomes, and the insert material and the oxide film are more likely to be destroyed.

図1(a)は、断面が台形状の凹凸構造のものであり、凸部先端を略平面とすれば、応力集中度は若干低下するとしても、応力集中手段の形成が容易となり、加工費を削減することができる。   FIG. 1A shows a concavo-convex structure with a trapezoidal cross section. If the tip of the convex portion is made substantially flat, the stress concentration means can be easily formed even if the stress concentration degree is slightly reduced, and the processing cost is reduced. Can be reduced.

また、図1(b)に示すように、三角柱を並列させたような凹凸構造を採用することも可能であり、これによって、凹凸構造の凸部先端が線状のものとなり、応力集中度を高めて、酸化皮膜の破断効果を向上させることができる。   In addition, as shown in FIG. 1B, it is possible to adopt a concavo-convex structure in which triangular prisms are arranged in parallel, and thereby, the tip of the convex part of the concavo-convex structure becomes linear, and the stress concentration degree is increased. This can enhance the effect of breaking the oxide film.

さらに、図1(c)に示すように、四角錐を縦横方向に並列させた凹凸構造を採用することもでき、凹凸構造の凸部先端が点状となることから、さらに応力集中度を高めて、インサート材や酸化皮膜の破断性能を向上させることができる。   Furthermore, as shown in FIG. 1 (c), it is possible to adopt a concavo-convex structure in which quadrangular pyramids are arranged in parallel in the vertical and horizontal directions, and the tip of the convex part of the concavo-convex structure becomes dotted, further increasing the degree of stress concentration. Thus, the breaking performance of the insert material and oxide film can be improved.

金属接合部の凹凸の寸法、形状としては、アスペクト比(高さ/幅):0.001以上、ピッチ:1μm以上で、望ましくはアスペクト比0.1以上、ピッチ:10μm以上である。 As the size and shape of the unevenness of the metal joint, the aspect ratio (height / width) is 0.001 or more, the pitch is 1 μm or more, and preferably the aspect ratio is 0.1 or more and the pitch is 10 μm or more.

このような凹凸は、例えば、切削加工、研削加工、塑性加工(ローラ加工)、レーザ加工、放電加工、エッチング加工、リソグラフィーなどによって形成することができ、その形成方法としては、特に限定されるものではない。これら加工方法のうち、塑性加工によれば、非常に低コストで形成が可能である。   Such irregularities can be formed by, for example, cutting, grinding, plastic processing (roller processing), laser processing, electric discharge processing, etching processing, lithography, etc., and the formation method is particularly limited. is not. Of these processing methods, plastic processing enables formation at a very low cost.

上記半導体装置用部材としては、従来公知の半導体装置に用いられる部材を挙げることができ、例えば、半導体チップ、絶縁性セラミック基板、ベースプレート(冷却体)等が挙げられる。   Examples of the semiconductor device member include members used in conventionally known semiconductor devices, and examples include a semiconductor chip, an insulating ceramic substrate, a base plate (cooling body), and the like.

なお、半導体装置用部材が半導体チップである場合には、上記したように接合面側に、母材金属3c上に拡散防止層3fを有する金属接合部を有するが、図2に示すように、炭化ケイ素(SiC)、ケイ素(Si)、窒化ガリウム(GaN)等から成る半導体チップ3と母材金属3cの間に、Ti(チタン)、Cr(クロム)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)等から成る密着層3a及びバリヤ層3bを設けることができる。
バリヤ層3bは、金属層3cの成分がチップ本体内に拡散するのを防止する機能を有し、Ni(ニッケル)やPt−Ir(白金−イリジウム)などを適用することができる。
一方、密着層3aは、上記バリヤ層3bと半導体チップ3との密着性を向上させる機能を有し、例えば、Ti(チタン)、Cr(クロム)などを用いることができる。
In the case where the semiconductor device member is a semiconductor chip, as described above, the bonding surface side has the metal bonding portion having the diffusion prevention layer 3f on the base metal 3c, but as shown in FIG. Between a semiconductor chip 3 made of silicon carbide (SiC), silicon (Si), gallium nitride (GaN), and the base metal 3c, Ti (titanium), Cr (chromium), nickel (Ni), silver (Ag) An adhesion layer 3a and a barrier layer 3b made of, for example, can be provided.
The barrier layer 3b has a function of preventing the components of the metal layer 3c from diffusing into the chip body, and Ni (nickel), Pt—Ir (platinum-iridium), or the like can be applied.
On the other hand, the adhesion layer 3a has a function of improving the adhesion between the barrier layer 3b and the semiconductor chip 3, and for example, Ti (titanium), Cr (chromium), or the like can be used.

<インサート材>
本発明の半導体装置の製造方法においては、半導体装置用部材の金属接合部間にインサート材を介在させる。
インサート材としては、上記母材金属A及び母材金属Bと共晶反応するものを使用することができ、例えば、Znを主成分とする金属(純亜鉛、亜鉛合金)が好ましく用いられる。
Znを主成分とする金属の他、Al、Mg、Cu、Ag及びSnから成る群より選ばれた少なくとも1種の金属と、Znとの合金を使用することができる。
<Insert material>
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an insert material is interposed between the metal joint portions of the semiconductor device member.
As the insert material, a material that undergoes a eutectic reaction with the base metal A and the base metal B can be used. For example, a metal mainly containing Zn (pure zinc, zinc alloy) is preferably used.
An alloy of Zn and at least one metal selected from the group consisting of Al, Mg, Cu, Ag, and Sn can be used in addition to a metal containing Zn as a main component.

Znを含む合金としては、例えば、ZnとAlとの合計含有量が80質量%以上の合金、Zn、Al及びMgの合計含有量が80質量%以上の合金、及び、Zn、Al及びCuの合計含有量が80質量%以上の合金を好ましく使用できる。
すなわち、ZnとAlを含む合金系の共晶温度は低く(Zn−Al系合金では382℃、Zn−Al−Mg系合金では330℃、Zn−Al−Cu系合金では379℃)、このような低い温度で接合することで、母材の軟化や変形を惹起することなく、接合を阻害する酸化皮膜を接合界面から除去して、両部材を接合することができる。
なお、本発明において「主成分」とは、80質量%以上含有する成分をいう。
Examples of the alloy containing Zn include an alloy having a total content of Zn and Al of 80% by mass or more, an alloy having a total content of Zn, Al, and Mg of 80% by mass or more, and Zn, Al, and Cu. An alloy having a total content of 80% by mass or more can be preferably used.
That is, the eutectic temperature of an alloy system containing Zn and Al is low (382 ° C. for a Zn—Al alloy, 330 ° C. for a Zn—Al—Mg alloy, and 379 ° C. for a Zn—Al—Cu alloy). By joining at a low temperature, both members can be joined by removing the oxide film that hinders the joining from the joining interface without causing softening or deformation of the base material.
In the present invention, the “main component” refers to a component contained in an amount of 80% by mass or more.

インサート材4は、箔の形態で両材料の間に挟み込んだり、めっきやパウダーデポジション法によって、半導体装置用部材の金属接合部の拡散防止層を被覆したりして用いられる。組成や形状(厚さ)などに関する選択の自由度が高いことから、箔の形態で用いることが好ましい。また、上記箔には半導体装置用部材と同様、表面凹凸を形成してもよい。 The insert material 4 is used by being sandwiched between both materials in the form of foil, or by covering the diffusion prevention layer of the metal joint portion of the semiconductor device member by plating or a powder deposition method. Since the degree of freedom of selection regarding the composition and shape (thickness) is high, it is preferably used in the form of a foil. Further, surface irregularities may be formed on the foil as in the case of a semiconductor device member.

インサート材の厚さは、使用する接合する金属や接合部の表面凹凸にもよるが、20μm〜200μmであることが好ましい。
20μmに満たない場合、酸化皮膜の排出が不十分となったり、接合部のシール性が低下し、接合中に酸化が進み接合部の強度特性を低下させたりすることがある。また、200μmを超えると、余剰部分の排出のために高い加圧力が必要となったり、界面への残存が多くなり、継ぎ手性能を低下させたりすることがある。
The thickness of the insert material is preferably 20 μm to 200 μm, although it depends on the metal to be used and the surface roughness of the joint.
When the thickness is less than 20 μm, the oxide film may not be discharged sufficiently, the sealing performance of the joint portion may be deteriorated, and oxidation may progress during joining to deteriorate the strength characteristics of the joint portion. On the other hand, if it exceeds 200 μm, a high pressurizing force may be required for discharging the surplus portion, or the residual pressure at the interface may be increased, thereby reducing the joint performance.

<接合方法>
次に半導体装置用部材の接合方法について説明する。
本発明においては、半導体装置用部材の金属接合部間にインサート材を介在させ、加圧加熱して接合する。
<Join method>
Next, a method for joining the semiconductor device members will be described.
In the present invention, the insert material is interposed between the metal joint portions of the semiconductor device member, and the members are joined by pressure heating.

接合する半導体用形成部材同士は、金属接合部表面の両方又は一方には凹凸を有するものである。接合部に凹凸を有することで、金属接合部の母材金属とインサート材との直接的な接触を促進し、共晶反応の起点となると共に、拡散防止層表面に酸化皮膜が形成されていたとしても、該酸化皮膜が破壊され、母材金属A及び母材金属Bとインサート材との共晶反応が生じる。
そして、この共晶反応物と破壊された酸化皮膜が上記凹部に排斥され、接合界面の少なくとも一部において、金属接合部の母材金属Aと母材金属Bとが直接接合され、電気伝導性及び熱伝導性が向上する。
The semiconductor forming members to be joined have irregularities on both or one side of the metal joint surface. By having irregularities in the joint, it promoted direct contact between the base metal of the metal joint and the insert material, and became the starting point of the eutectic reaction, and an oxide film was formed on the surface of the diffusion prevention layer However, the oxide film is destroyed, and a eutectic reaction between the base metal A and the base metal B and the insert material occurs.
Then, the eutectic reaction product and the broken oxide film are discharged into the recess, and the base metal A and the base metal B of the metal joint are directly joined at least at a part of the joint interface, and the electric conductivity And thermal conductivity is improved.

加えて、本発明においては、接合面の両方に拡散防止層が形成されているため、凹部に排斥された共晶反応物や酸化皮膜片等が接合部に残留したとしても、該残留物は拡散防止層で囲まれ、母材金属から隔離される。したがって、これらが母材金属A及び母材金属B中に拡散することがなく、接合部に空隙が生じることによる電気伝導性の低下や熱伝導性の低下が防止される。
なお、拡散防止層は残留物の全方位を囲む必要はなく、残留物と母材金属との相互拡散を防止できればよい。
In addition, in the present invention, since the diffusion prevention layer is formed on both of the bonding surfaces, even if eutectic reactants or oxide film fragments or the like that have been rejected in the recesses remain in the bonding portion, Surrounded by a diffusion barrier and isolated from the base metal. Therefore, they do not diffuse into the base metal A and the base metal B, and a decrease in electrical conductivity and a decrease in thermal conductivity due to the formation of voids at the joint are prevented.
Note that the diffusion prevention layer does not need to surround all directions of the residue, and it is only necessary to prevent mutual diffusion between the residue and the base metal.

上記共晶反応は、2種以上の金属が相互拡散して生じた相互拡散域の組成が共晶組成となり、温度が共晶温度以上であるときに共晶反応により溶融して液相を形成する。
例えば、Zn−Al系合金の場合、Alの融点は660℃であり、Znの融点は419.5℃であるが、これらの共晶金属は、それぞれの融点より低い382℃にて溶融する。
したがって、酸化物層等を排斥し両金属同士を接触させ、382℃以上に加熱保持することで共晶溶融が生じ、共晶組成が5%Al−95%Znの合金となる。
In the above eutectic reaction, the composition of the interdiffusion zone formed by the mutual diffusion of two or more metals becomes the eutectic composition, and when the temperature is equal to or higher than the eutectic temperature, it melts by the eutectic reaction to form a liquid phase. To do.
For example, in the case of a Zn—Al based alloy, the melting point of Al is 660 ° C., and the melting point of Zn is 419.5 ° C., but these eutectic metals melt at 382 ° C., which is lower than the respective melting points.
Accordingly, the oxide layer and the like are removed, the two metals are brought into contact with each other, and eutectic melting occurs by heating and holding at 382 ° C. or higher, resulting in an alloy having a eutectic composition of 5% Al-95% Zn.

なお、共晶反応自体は合金成分に無関係な変化であり、インサート材の組成は共晶反応物の量を増減するに過ぎない。すなわち、共晶組成は相互拡散によって自発的に達成されるため、組成のコントロールは必要なく、母材金属A、Bと、インサート材に含まれる金属との間に、低融点の共晶反応が生じればよい。
したがって、母材金属Aとインサート材との間、及び、母材金属Bとインサート材との間の両方に、共晶反応生じさせるため、両共晶温度の高い方の温度に加熱する必要がある。
The eutectic reaction itself is a change unrelated to the alloy components, and the composition of the insert material only increases or decreases the amount of the eutectic reaction product. That is, since the eutectic composition is spontaneously achieved by interdiffusion, there is no need to control the composition, and a low melting eutectic reaction occurs between the base metals A and B and the metal contained in the insert material. It only has to occur.
Therefore, in order to cause eutectic reaction between both the base metal A and the insert material and between the base metal B and the insert material, it is necessary to heat to a higher temperature of both eutectic temperatures. is there.

また、一般的な金属材料の表面には酸化皮膜が存在する。しかし、本発明においては、接合面に凹凸が形成されているため、接合過程の加圧によって、凹凸の先端に応力が集中し、比較的低い加圧力によって、酸化皮膜を破壊すると共に、インサート材を突き破ることができる。したがって、半導体チップ等の半導体装置用部材へのダメージを与えることがない。   Moreover, an oxide film exists on the surface of a general metal material. However, in the present invention, since the unevenness is formed on the joining surface, stress is concentrated on the tip of the unevenness due to the pressurization of the joining process, and the oxide film is destroyed by the relatively low pressure, and the insert material Can break through. Therefore, the semiconductor device member such as a semiconductor chip is not damaged.

また、共晶反応による液相が生じると、酸化皮膜が近傍の液相に取り込まれ、さらに酸化皮膜の破壊・分解が促進される。そして、共晶溶融が拡がっていくことによって、酸化皮膜の破壊が拡大・促進され、接合面の酸化皮膜が低温度(共晶温度)で除去されるので、ろう材層を介することなく、母材金属Aと母材金属Bとのダイレクトな接合が可能となる。
したがって、融点の低いPbを含むはんだを用いずに、母材金属Aと母材金属Bとが直接接合され、強度が確保され、優れたPbフリーの接合部を備えた半導体装置を製造することができる。
In addition, when a liquid phase is generated by the eutectic reaction, the oxide film is taken into the nearby liquid phase, and further, destruction and decomposition of the oxide film are promoted. Then, by the eutectic melting is gradually spread, destruction of the oxide film is expanded and promote, the oxide film of the bonding surface is removed at a low temperature (eutectic temperature), without using the brazing material layer, the base Direct joining of the base metal A and the base metal B is possible.
Therefore, without using a solder containing Pb having a low melting point, the base metal A and the base metal B are directly bonded, the strength is ensured, and a semiconductor device having an excellent Pb-free bonded portion is manufactured. Can do.

さらに、凹凸先端部の拡散防止層は、加圧力によって、インサート材中にめり込み、相手側の拡散防止層を破ると共に凹部に押しやられ、凹凸先端に母材金属が現れ、母材金属A及び母材金属Bとインサート材とが接触する。そして、これらの金属が共晶反応する温度に加熱されることで、溶融し液相が生じる。また、凹凸底部の拡散防止層はそのまま残存し、相手側の残存する拡散防止層と共に、共晶反応生成物を囲んで母材金属中への拡散を防止する。
したがって、本発明の半導体装置の製造方法によれば、母材金属同士の直接接合部と、拡散防止層に囲まれた共晶反応物等を含む残留物から成る間接接合部とが、接合界面に断続的に存在している接合面が形成される。このような接合部を有する半導体装置は、高温下に保持した場合にも、脆い金属間化合物層やカーケンダルボイドを生成せず、高温耐久性を備える。
Further, the diffusion preventing layer of the uneven tip by pressure, sinking into the insert material, pushed into the recess with breaking the diffusion preventing layer of the counterpart, uneven tip appears base metal, base metal A and the base The material metal B and the insert material come into contact with each other. And when these metals are heated to a temperature at which eutectic reaction occurs, they melt and form a liquid phase. Further, the diffusion preventing layer at the bottom of the unevenness remains as it is, and together with the remaining diffusion preventing layer on the other side, surrounds the eutectic reaction product to prevent diffusion into the base metal.
Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the direct bonding portion between the base metals and the indirect bonding portion made of a residue containing a eutectic reaction material surrounded by the diffusion preventing layer are bonded to the bonding interface. The joint surface which exists intermittently is formed. A semiconductor device having such a junction does not generate a brittle intermetallic compound layer or a Kirkendall void even when held at a high temperature, and has high-temperature durability.

本発明の半導体装置の製造方法を半導体装置用部材が半導体チップと絶縁性セラミック基板である場合を例にさらに詳細に説明する。
まず、図3に示すように、絶縁性セラミック基板2の配線金属2cと、半導体チップ3の金属接合部3cとの間にインサート材4を配置する。
このとき、配線金属2cの表面には、予め微細な凹凸Rが形成してあり、配線金属2cと金属接合部3cの表面には、拡散防止層2f、3fが形成されている。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in more detail by taking as an example the case where the semiconductor device member is a semiconductor chip and an insulating ceramic substrate.
First, as shown in FIG. 3, the insert material 4 is disposed between the wiring metal 2 c of the insulating ceramic substrate 2 and the metal joint portion 3 c of the semiconductor chip 3.
At this time, fine irregularities R are formed in advance on the surface of the wiring metal 2c, and diffusion preventing layers 2f and 3f are formed on the surfaces of the wiring metal 2c and the metal joint 3c.

そして、半導体チップ3と絶縁性セラミック基板2を相対的に加圧し、インサート材4を介して密着させ、さらに加圧しながら加熱を開始する。
すると、インサート材と接触した凹凸の先端部とに局所的な応力がかかり、加圧力をさほど増すことなく、絶縁性セラミック基板の拡散防止層2fの先端部や、該拡散防止層表面に生じた酸化皮膜が機械的に破壊され、金属接合部2cの母材金属Bの新生面が露出する。
Then, the semiconductor chip 3 and the insulating ceramic substrate 2 are relatively pressurized, brought into close contact via the insert material 4, and heating is started while further pressing.
Then, local stress is applied to the tip of the concave and convex portions in contact with the insert material, and the stress is generated on the tip of the diffusion prevention layer 2f of the insulating ceramic substrate and the surface of the diffusion prevention layer without increasing the applied pressure so much. The oxide film is mechanically destroyed, and the new surface of the base metal B of the metal joint 2c is exposed.

さらに、加圧加熱すると、凹凸の先端部はインサート材を突き破り、半導体チップ3の拡散防止層3fに達し、半導体チップ3の拡散防止層3fや拡散防止層表面に生じた酸化皮膜が破壊され、母材金属Aの新生面が露出する。 Further, when heated under pressure, the tip of the concavo-convex breaks through the insert material, reaches the diffusion preventing layer 3f of the semiconductor chip 3, and the diffusion preventing layer 3f of the semiconductor chip 3 and the oxide film generated on the surface of the diffusion preventing layer are destroyed, The new surface of the base metal A is exposed.

そして、凹凸の先端部近傍から、金属接合部3cの母材金属Aとインサート材4との間、及び、金属接合部2cの母材金属Bとインサート材4との間で拡散が生じる。そして、共晶反応が発生する温度に到達することで、インサート材中の金属と、母材金属A及び母材金属Bとの間にそれぞれ共晶反応が生じ、共晶溶融相が発生する。
さらに、この共晶溶融範囲が接合界面に拡がっていくことにより、拡散防止層上に酸化皮膜が生じている場合は、酸化皮膜の欠片が共晶溶融相中に分散する。
Then, diffusion occurs between the base metal A of the metal joint 3c and the insert material 4 and between the base metal B and the insert material 4 of the metal joint 2c from the vicinity of the tip of the unevenness. And by reaching | attaining the temperature which a eutectic reaction generate | occur | produces, a eutectic reaction will arise between the metal in insert material, the base metal A, and the base metal B, respectively, and a eutectic melt phase will generate | occur | produce.
Furthermore, when this eutectic melting range extends to the bonding interface, when an oxide film is formed on the diffusion preventing layer, the oxide film fragments are dispersed in the eutectic melt phase.

続く加圧によって、接合面に形成された凹凸に沿って、共晶反応溶融物が接合界面から排斥され、この液相中に分散されていた酸化皮膜の欠片もその大部分が共晶溶融物と共に接合界面から押し出され、母材金属A及び母材金属Bの新生面同士が接触して拡散反応が生じ、母材金属Aと母材金属Bが直接接合される。 Subsequent pressurization causes the eutectic reaction melt to be discharged from the bonding interface along the irregularities formed on the bonding surface, and most of the oxide film fragments dispersed in this liquid phase are also eutectic melt. At the same time, it is pushed out from the bonding interface, the new surfaces of the base metal A and the base metal B come into contact with each other, a diffusion reaction occurs, and the base metal A and the base metal B are directly joined.

このとき、共晶反応生成物や酸化皮膜、インサート材に由来する金属などを含む微量の混合物等の残留物が、母材金属Aと母材金属Bとが直接接合された周囲の接合界面に残存することがある。すなわち、図4に示すように、母材金属Aと母材金属Bとが、接合界面の少なくとも一部において直接接合し、該直接接合部の周囲に、拡散防止層に囲まれた共晶反応物等を含む残留物を有する接合部が形成される。
しかし、本発明においては、上記残留物は拡散防止層によって囲まれるため、母材金属A及び母材金属B中に拡散することが防止される。そして、このような残存物は、電気伝導や熱伝導に寄与することになる。
また、母材金属Aと母材金属Bとが直接接部が形成されている限り、強度上の問題となることはない。
At this time, a residue such as a small amount of a mixture including a eutectic reaction product, an oxide film, a metal derived from an insert material, and the like is present at the surrounding joint interface where the base metal A and the base metal B are directly joined. May remain. That is, as shown in FIG. 4, the base metal A and the base metal B are directly bonded at at least a part of the bonding interface, and the eutectic reaction surrounded by the diffusion prevention layer around the direct bonding portion. A joint having a residue including an object is formed.
However, in the present invention, since the residue is surrounded by the diffusion preventing layer, it is prevented from diffusing into the base metal A and the base metal B. Such a residue contributes to electric conduction and heat conduction.
Further, as long as the base metal A and the base metal B are in direct contact, there is no problem in strength.

なお、図3においては、凹凸Rを絶縁性セラミック基板2の配線金属2cの側に形成した例を示したが、これに限定されることはなく、凹凸の形成位置については、半導体チップ3の接合面に形成する他、接合面の両方に設けることもできる。両面に凹凸Rを形成することによって、母材金属の新生面が露出し易くなると共に、共晶溶融物等を含む残留物を拡散防止層で囲みやすくなる。   Although FIG. 3 shows an example in which the unevenness R is formed on the wiring metal 2c side of the insulating ceramic substrate 2, the present invention is not limited to this. In addition to forming on the joint surface, it can also be provided on both joint surfaces. By forming the unevenness R on both surfaces, the new surface of the base metal is easily exposed and the residue including the eutectic melt is easily surrounded by the diffusion preventing layer.

本発明の製造方法における半導体装置用部材の接合は、不活性ガス雰囲気で行うこともできるが、大気中でも何ら支障なく行うことができる。
もちろん、真空中で行うことも可能であるが、真空設備が必要となるばかりでなく、インサート材の溶融により真空計やゲートバルブを損傷する可能性があるので、大気中で行うことが設備面からもコスト的にも有利である。
The joining of the semiconductor device members in the production method of the present invention can be performed in an inert gas atmosphere, but can be performed in the air without any trouble.
Of course, it is possible to carry out in vacuum, but not only vacuum equipment is required, but also the vacuum gauge and gate valve may be damaged by melting of the insert material. Therefore, it is advantageous in terms of cost.

また、接合部を所定の温度範囲に加熱したり維持したりするための手段としては、特に限定されることはなく、例えば、高周波加熱や赤外線加熱、ヒータ加熱あるいはこれらを組み合わせた方法を採用することができる。また、治具によって加圧状態に固定し、治具と共にろう付け炉内に保持するといった方法を用いることも可能である。   In addition, the means for heating or maintaining the joint within a predetermined temperature range is not particularly limited, and for example, high-frequency heating, infrared heating, heater heating, or a combination of these is employed. be able to. Moreover, it is also possible to use a method of fixing in a pressurized state with a jig and holding it in a brazing furnace together with the jig.

上記接合温度への昇温速度については、遅い場合には、界面が酸化されて溶融物の排出性が低下して、強度が低下する原因となることがあるため、速い方が望ましい。特に大気中の接合の場合には、この傾向がある。   As for the rate of temperature rise to the bonding temperature, if it is slow, the interface is oxidized and the melt discharge property is lowered, which may cause the strength to be lowered. This tendency occurs particularly in the case of bonding in the atmosphere.

また、本発明の製造方法においては、接合部に凹凸Rが形成され、接合時の加圧力を低減することができることから、接合時の加圧力については、1MPa以上、30MPa以下とすることが好ましい。
1MPaに満たない場合は、酸化皮膜の破壊や、共晶反応物や酸化皮膜欠片を、接合面から十分排出できないことがあり、30MPaを超えると半導体装置用部材が損傷する可能性がある。
Moreover, in the manufacturing method of the present invention, since the unevenness R is formed in the joint portion and the applied pressure at the time of joining can be reduced, the applied pressure at the time of joining is preferably 1 MPa or more and 30 MPa or less. .
If the pressure is less than 1 MPa, the oxide film may be destroyed or the eutectic reaction product and oxide film fragments may not be sufficiently discharged from the joint surface. If the pressure exceeds 30 MPa, the semiconductor device member may be damaged.

また、接合条件、すなわち、加圧力、接合温度、微細凹凸形状、インサート材の成分、量などの調整により、凹凸構造の底部に残留する残存物を可及的に減らすことができ、断続的な接合を全面的な直接接合に近づけることもできる。   In addition, by adjusting the joining conditions, that is, pressure, joining temperature, fine concavo-convex shape, insert material composition, amount, etc., the residue remaining on the bottom of the concavo-convex structure can be reduced as much as possible, and intermittently. It is also possible to bring the bonding closer to full direct bonding.

<半導体装置>
本発明の半導体装置は、複数の半導体装置用部材が上記接合方法によって接合されたものであり、本発明の製造方法により製造された半導体装置の例の概略断面図を図5に示す。
<Semiconductor device>
The semiconductor device of the present invention is obtained by bonding a plurality of semiconductor device members by the above bonding method, and FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of an example of the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention.

第1の実施形態として、図5(a)に示す半導体装置1は、冷却体(ヒートシンク)6上に、絶縁性セラミックス基板2の片面側に金属接合部(配線金属2c)を配置したバスバーが固定され、その配線金属2cに半導体チップ3が接合された構造を備えている。そして、上記半導体チップ3は、その接合面に金属接合部3cを備えており、金属接合部3cの母材金属と配線金属2cの母材金属とが上記した方法により直接接合された構造となっている。   As a first embodiment, a semiconductor device 1 shown in FIG. 5A includes a bus bar in which a metal joint (wiring metal 2c) is arranged on one side of an insulating ceramic substrate 2 on a cooling body (heat sink) 6. The semiconductor chip 3 is bonded to the wiring metal 2c. The semiconductor chip 3 includes a metal joint 3c on the joint surface, and has a structure in which the base metal of the metal joint 3c and the base metal of the wiring metal 2c are directly joined by the method described above. ing.

図5(b)に示す半導体装置1は、絶縁性セラミックス基板2の図中上側に半導体チップ3を有し、図中下面側に冷却体6を備える。
そして、絶縁性セラミックス基板2の上側では、絶縁性セラミックス基板2上に配置された金属接合部(配線金属2c)の母材金属と、半導体チップ3の金属接合部3cの母材金属とが上記した方法により直接接合された構造となっている。
また、絶縁性セラミックス基板2の下側では、絶縁性セラミックス基板2の裏面に配置された金属接合部(裏面金属5)の母材金属と、冷却体6の母材金属とが上記した方法により直接接合された構造となっている。
A semiconductor device 1 shown in FIG. 5B includes a semiconductor chip 3 on the upper side of the insulating ceramic substrate 2 in the figure and a cooling body 6 on the lower side in the figure.
On the upper side of the insulating ceramic substrate 2, the base metal of the metal joint (wiring metal 2 c) disposed on the insulating ceramic substrate 2 and the base metal of the metal joint 3 c of the semiconductor chip 3 are described above. The structure is directly joined by the above method.
Further, on the lower side of the insulating ceramic substrate 2, the base metal of the metal joint portion (back surface metal 5) arranged on the back surface of the insulating ceramic substrate 2 and the base metal of the cooling body 6 are obtained by the method described above. It has a directly joined structure.

図5(c)に示す半導体装置1は、図5(a)及び(b)が片側実装であったのに対し、両面実装タイプの半導体装置の例を示すものである。
両面に金属接合部3cを備えた半導体チップ3の上下に、絶縁性セラミックス基板2の片面側に金属接合部(配線金属2)を備えたバスバーが冷却体6と共に配置されている。
そして半導体チップ3の上下両面に備える金属接合部3cの母材金属とバスバーから成る金属接合部(配線金属2)の母材金属とが上記した方法により直接接合された構造となっている。
A semiconductor device 1 shown in FIG. 5C shows an example of a double-sided mounting type semiconductor device, whereas FIGS. 5A and 5B show single-side mounting.
A bus bar provided with a metal bonding part (wiring metal 2) on one side of the insulating ceramic substrate 2 is disposed together with the cooling body 6 above and below the semiconductor chip 3 provided with the metal bonding parts 3c on both sides.
The base metal of the metal joint portion 3c provided on the upper and lower surfaces of the semiconductor chip 3 and the base metal of the metal joint portion (wiring metal 2) made of the bus bar are directly joined by the method described above.

第4の実施形態として、図5(d)に示す半導体装置1は、絶縁性セラミックス基板2の両面に配線金属2と、裏面金属5を備えたセラミックス基板2を用いた両面実装タイプのものである。
すなわち、セラミックス基板2の裏面側に配置した金属接合部(裏面金属5)と冷却体6とが本発明の方法によって接合されていること以外は、図5(c)に示した形態と実質的に同様の構造となっている。
As a fourth embodiment, the semiconductor device 1 shown in FIG. 5D is of a double-sided mounting type using a ceramic substrate 2 having a wiring metal 2 and a back metal 5 on both sides of an insulating ceramic substrate 2. is there.
That is, the embodiment shown in FIG. 5C is substantially the same as that shown in FIG. 5C except that the metal joint (back metal 5) and the cooling body 6 arranged on the back side of the ceramic substrate 2 are joined by the method of the present invention. It has the same structure.

図6は、本発明の半導体装置の接合前の状態を示す概略断面図(但し、インサート材4は省略)であって、図に示す半導体チップ3は接合面に母材金属Aから成る金属層3cを備えている。なお、上記金属接合部3cは、図2に示したように、密着層3aやバリヤ層3bを介して形成することもできる。
一方、絶縁性セラミックス基板2は、図中上面側に母材金属Bから成る配線金属2cを備え、図中下面側に裏面金属5を備えており、これら配線金属2c及び裏面金属5の表面(半導体チップ3及び後述するベースプレート6との接合面)には凹凸Rが形成されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state before bonding of the semiconductor device of the present invention (however, the insert material 4 is omitted), and the semiconductor chip 3 shown in the drawing is a metal layer made of a base metal A on the bonding surface. 3c. Note that, as shown in FIG. 2, the metal joint 3c can also be formed via an adhesion layer 3a or a barrier layer 3b.
On the other hand, the insulating ceramic substrate 2 includes a wiring metal 2c made of a base metal B on the upper surface side in the drawing, and a back metal 5 on the lower surface side in the drawing. The surface of the wiring metal 2c and the back metal 5 ( Concavities and convexities R are formed on a bonding surface between the semiconductor chip 3 and a base plate 6 described later.

ベースプレート(冷却体)6は、母材金属から成り、その裏面金属5との接合面には、同様に凹凸Rが形成されている。このとき、凹凸Rの形成は、裏面金属5及びベースプレート6のいずれか一方だけでもよい。
なお、上金属接合部記3c、配線金属2c、裏面金属5及びベースプレート6を構成する母材金属には、これらの間に介在させるインサート材4に含まれる金属の少なくとも1種、例えばZnが飽和するまで添加されることが好ましい。
The base plate (cooling body) 6 is made of a base metal, and unevenness R is similarly formed on the joint surface with the back surface metal 5. At this time, the unevenness R may be formed by only one of the back metal 5 and the base plate 6.
The base metal constituting the upper metal joint portion 3c, the wiring metal 2c, the back surface metal 5 and the base plate 6 is saturated with at least one kind of metal contained in the insert material 4 interposed therebetween, for example, Zn. It is preferable to add until it does.

そして、上記半導体チップ3と絶縁性セラミック基板2の配線金属2cの間と、絶縁性セラミック基板2の裏面金属5とベースプレート6の間に、Znを含有するインサート材(図示せず)を介在させた状態で、これらを加圧すると共に、加熱することによって、これらの間が接合される。
こうして接合された半導体装置は、接合面に共晶反応物等の残留物が残存したとしても、また、高温環境に曝されたとしても、上記残留物は拡散防止層によって囲まれているため、残留物中に含まれる金属が母材金属中に拡散し、空隙が生じることによって、電気伝導性や熱伝導性が損なわれるという不具合を回避することができる。
An insert material (not shown) containing Zn is interposed between the semiconductor chip 3 and the wiring metal 2c of the insulating ceramic substrate 2 and between the back metal 5 and the base plate 6 of the insulating ceramic substrate 2. In a state where they are pressed, they are pressurized and heated to join them.
Even if a residue such as a eutectic reactant remains on the bonding surface in the semiconductor device bonded in this way, even if it is exposed to a high temperature environment, the residue is surrounded by a diffusion prevention layer. When the metal contained in the residue is diffused into the base metal and voids are generated, it is possible to avoid a problem that electrical conductivity and thermal conductivity are impaired.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、文中の符号については、図に対応するものである。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. In addition, about the code | symbol in a sentence, it respond | corresponds to a figure.

[実施例1]
<半導体チップ>
1.66×1.52×0.36mmのサイズのSiCダイオード(半導体チップ3)の裏面に、厚さ100nmのTi(密着層)、厚さ600nmのNi(バリア層)、厚さ400nmのAg(密着層)を蒸着により成膜した後、この成膜面上にアルミニウム(Al)をスパッタリングし厚さ6μmの金属接合部3cを形成した。
さらに、スパッタリングにより、厚さ5μmのニッケル(Ni)層を製膜し、拡散防止層3fを形成した。
[Example 1]
<Semiconductor chip>
On the back surface of a 1.66 × 1.52 × 0.36 mm SiC diode (semiconductor chip 3), Ti (adhesion layer) with a thickness of 100 nm, Ni (barrier layer) with a thickness of 600 nm, Ag with a thickness of 400 nm After the (adhesion layer) was formed by vapor deposition, aluminum (Al) was sputtered on the film formation surface to form a metal bonding portion 3c having a thickness of 6 μm.
Further, a nickel (Ni) layer having a thickness of 5 μm was formed by sputtering to form a diffusion preventing layer 3f.

<絶縁性セラミックス基板>
AlNから成る厚さ0.64mmのセラミック基板2の両面に、純度99.99%の高純度アルミニウム(Al)から成る厚さ0.5mmの金属接合部(配線金属2c)と、
同じく高純度アルミニウム(Al)から成る厚さ0.5mmの金属接合部(裏面金属5)をそれぞれ形成した。
ダイヤモンド工具を用い、配線金属及び裏面金属の表面に切削加工を行い、ピッチ0.1mm、深さ0.1mmの一方向溝を形成した。
さらに、スパッタリングにより、厚さ5μmのニッケル(Ni)層を製膜し、配線金属と裏面金属の表面に拡散防止層を形成した。
<Insulating ceramic substrate>
A metal joint (wiring metal 2c) having a thickness of 0.5 mm made of high-purity aluminum (Al) having a purity of 99.99% on both surfaces of a ceramic substrate 2 made of AlN and having a thickness of 0.64 mm;
Similarly, 0.5 mm-thick metal joints (back metal 5) made of high-purity aluminum (Al) were formed.
Using diamond tools, cutting was performed on the surfaces of the wiring metal and the back surface metal to form unidirectional grooves with a pitch of 0.1 mm and a depth of 0.1 mm.
Further, a nickel (Ni) layer having a thickness of 5 μm was formed by sputtering, and a diffusion preventing layer was formed on the surfaces of the wiring metal and the back surface metal.

<ベースプレート>
工業用純アルミニウム(A1070)から成る板材(ベースプレート6)に、ダイヤモンド工具を用いて切削加工を行い、ピッチ0.1mm、深さ0.1mmの一方向溝を形成した。
さらに、スパッタリングにより、厚さ5μmのニッケル(Ni)層を製膜し、拡散防止層を形成した。
<Base plate>
A plate material (base plate 6) made of industrial pure aluminum (A1070) was cut using a diamond tool to form unidirectional grooves with a pitch of 0.1 mm and a depth of 0.1 mm.
Furthermore, a nickel (Ni) layer having a thickness of 5 μm was formed by sputtering to form a diffusion preventing layer.

<接合>
次に、半導体チップ3と絶縁性セラミックス基板2との接合面間、及び、絶縁性セラミックス基板2とベースプレート6との接合面間に、インサート材として、急冷単ロール法によって作製したZn−Al−Mg合金(Zn−Al(4.1%)−Mg(2.5%)、融点:352℃)から成る厚さ0.1mmの箔帯を、それぞれ挟んだ。
そして、赤外線加熱方式の拡散接合装置により、5MPaの加圧力の下で、400℃に1分間保持することによって、配線金属2と半導体チップ3の金属接合部3c及び裏面金属5とベースプレート6をそれぞれ接合して、実施例1の半導体装置を得た。
<Joint>
Next, Zn—Al— produced by a quenching single roll method as an insert material between the bonding surfaces of the semiconductor chip 3 and the insulating ceramic substrate 2 and between the bonding surfaces of the insulating ceramic substrate 2 and the base plate 6. Foil strips each having a thickness of 0.1 mm made of Mg alloy (Zn—Al (4.1%)-Mg (2.5%), melting point: 352 ° C.) were sandwiched.
The wiring metal 2 and the metal junction 3c of the semiconductor chip 3 and the back metal 5 and the base plate 6 are respectively held at 400 ° C. under a pressure of 5 MPa by a diffusion bonding apparatus of infrared heating type. The semiconductor device of Example 1 was obtained by bonding.

[実施例2]
絶縁性セラミック基板の配線金属を厚さ0.5mmの無酸素銅(Cu)に替え、インサート材を急冷単ロール法によって作製したZn−Al−Cu合金(Zn−Al(4%)−Cu(2%)、融点:389℃)から成る厚さ0.1mmの箔帯に替え、さらに、加熱温度を420℃にする他は実施例1と同様にして、実施例2の半導体装置を得た。
[Example 2]
Zn-Al-Cu alloy (Zn-Al (4%)-Cu () in which the wiring metal of the insulating ceramic substrate was replaced with oxygen-free copper (Cu) having a thickness of 0.5 mm and the insert material was produced by a rapid cooling single roll method. 2%), melting point: 389 ° C.), and a semiconductor device of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating strip was changed to 420 ° C. .

[実施例3]
絶縁性セラミック基板を以下のものに替え、加熱温度を460℃にする他は実施例1と同様にして、実施例3の半導体装置を得た。
[Example 3]
The semiconductor device of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the insulating ceramic substrate was changed to the following and the heating temperature was changed to 460 ° C.

<絶縁性セラミックス基板>
SiNから成る厚さ0.64mmのセラミック基板2の一方の面に、厚さ0.5mmの無酸素銅(Cu)から成る配線金属2と、
同じく他方の面に厚さ0.5mmの無酸素銅(Cu)厚さ0.5mmの裏面金属5をそれぞれ形成した。
ダイヤモンド工具を用いて切削加工を行い、ピッチ0.1mm、深さ0.1mmの一方向溝を、配線金属及び裏面金属の表面に形成した。
<Insulating ceramic substrate>
On one surface of a ceramic substrate 2 made of SiN and having a thickness of 0.64 mm, a wiring metal 2 made of oxygen-free copper (Cu) having a thickness of 0.5 mm;
Similarly, a back metal 5 having a thickness of 0.5 mm and oxygen-free copper (Cu) having a thickness of 0.5 mm was formed on the other surface.
Cutting was performed using a diamond tool, and unidirectional grooves with a pitch of 0.1 mm and a depth of 0.1 mm were formed on the surfaces of the wiring metal and the back surface metal.

[実施例4]
拡散防止層を窒化タングステン(WN)に替える他は実施例1と同様にして、実施例4の半導体装置を得た。
[Example 4]
A semiconductor device of Example 4 was obtained in the same manner as Example 1 except that the diffusion prevention layer was changed to tungsten nitride (WN).

[比較例1]
拡散防止層を形成しない他は、実施例と同様にして、比較例1の半導体装置を得た。
[Comparative Example 1]
A semiconductor device of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example except that the diffusion prevention layer was not formed.

〔評価試験〕
上記実施例1〜4及び比較例1の半導体装置を、300℃に保持した恒温槽中に、それぞれ3000時間保持した後、下記方法によって、接合強度、電気抵抗率及び熱伝導率を測定し、高温保持特性を評価した。
〔Evaluation test〕
After holding the semiconductor devices of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 in a thermostat kept at 300 ° C. for 3000 hours, respectively, the bonding strength, electrical resistivity and thermal conductivity were measured by the following methods, The high temperature retention characteristics were evaluated.

<接合強度>
接合強度は、ダイシェア試験にて評価した。試験方法はJEITA規格(EIAJ ED−4703)に準じた方法で行い、目標強度は、IEC規格(IEC 60749−19)に基づき30MPa以上を接合強度(1)とした。
<Joint strength>
The bonding strength was evaluated by a die shear test. The test method was performed in accordance with the JEITA standard (EIAJ ED-4703), and the target strength was set to a bonding strength (1) of 30 MPa or more based on the IEC standard (IEC 60749-19).

<電気抵抗率>
接合界面から局所的に試験片を切り出し、接合界面上下間の電気抵抗率を4端子法にて測定した。測定針を一方はチップ側の接合金属に、他方は接合を行った配線金属側に落とし、その間の電気抵抗を測定した。
<Electric resistivity>
A test piece was cut out locally from the bonding interface, and the electrical resistivity between the upper and lower surfaces of the bonding interface was measured by a four-terminal method. One of the measuring needles was dropped on the bonding metal on the chip side and the other was dropped on the wiring metal side where the bonding was performed, and the electric resistance between them was measured.

<熱伝導率>
接合界面から局所的に試験片を切り出し、レーザフラッシュ法にて熱伝導率を測定した。
<Thermal conductivity>
A specimen was cut out locally from the bonding interface, and the thermal conductivity was measured by a laser flash method.

Figure 0006344605
(a)電気抵抗率
比較例の場合、バリヤ層がないため恒温槽中での保持によりZnが配線金属のAl中に拡散し、その結果、凹部に空隙が増加するため、電気抵抗率は大きく増加しているが、実施例の場合は拡散が防止されるため、初期状態が保たれ、高純度アルミの高い電気伝導率が維持された。
(b)熱伝導率
比較例の場合、バリヤ層がないため恒温槽中での保持によりZnが配線金属のAl中に拡散し、その結果、凹部に空隙が増加するため、熱伝導率は大幅に低下しているが、実施例の場合は拡散が抑制されるため、初期状態が保たれ、高純度アルミの高い熱伝導率が維持された。
Figure 0006344605
(A) In the case of the electrical resistivity comparison example, since there is no barrier layer, Zn is diffused into Al of the wiring metal by holding in the thermostat, and as a result, voids increase in the recesses, resulting in a large electrical resistivity. Although increasing, in the case of Example, since diffusion was prevented, the initial state was maintained and the high electrical conductivity of high purity aluminum was maintained.
(B) Thermal conductivity In the case of the comparative example, since there is no barrier layer, Zn diffuses into the Al of the wiring metal by holding in the thermostat, and as a result, voids increase in the recesses, resulting in a significant increase in thermal conductivity. However, in the case of the example, since diffusion was suppressed, the initial state was maintained and the high thermal conductivity of high-purity aluminum was maintained.

1 半導体装置
2 絶縁性セラミックス基材
2c 金属接合部(配線金属)
2f 拡散防止層
R 凹凸
3 半導体チップ
3a 密着層
3b バリア層
3c 金属接合部
3f 拡散防止層
4 インサート材
5 裏面金属
6 ベースプレート(冷却体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Insulating ceramic base material 2c Metal junction part (wiring metal)
2f Diffusion prevention layer R Concavity and convexity 3 Semiconductor chip 3a Adhesion layer 3b Barrier layer 3c Metal junction 3f Diffusion prevention layer 4 Insert material 5 Back surface metal 6 Base plate (cooling body)

Claims (17)

複数の半導体装置用部材が接合して成る半導体装置の製造方法であって、
上記半導体装置用部材が金属接合部を有し、接合される金属接合部がその接合面の両方又は一方に凹凸を有すると共に、両方の表面又は内部に拡散防止層が形成されたものであり、
上記金属接合部間にインサート材を介在させ、加圧加熱し上記拡散防止層を破って、一方の半導体装置用部材の金属接合部を構成する母材金属Aと他方の半導体装置用部材の金属接合部を構成する母材金属Bとを、接合界面の少なくとも一部で直接接合するものであり、
上記金属接合部を構成する母材金属A、母材金属Bが、それぞれ独立して、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及び金(Au)から成る群より選ばれた少なくとも1種を主成分とするものであり、
上記インサート材が、上記母材金属A及び母材金属Bに含まれるそれぞれ1種以上の金属と共晶反応するものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a plurality of semiconductor device members joined together,
The semiconductor device member has a metal joint, the metal joint to be joined has irregularities on both or one of its joint surfaces, and a diffusion prevention layer is formed on both surfaces or inside,
Insert metal is interposed between the metal joints, pressurizes and heats, breaks the diffusion prevention layer, and forms the metal joint A of the semiconductor device member and the metal of the other semiconductor device member The base metal B constituting the joint is directly joined at at least a part of the joint interface,
At least the base metal A and the base metal B constituting the metal joint are independently selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au). One type is the main component,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the insert material is one that undergoes a eutectic reaction with at least one metal contained in the base metal A and the base metal B, respectively.
上記インサート材が、Znを主成分とする金属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。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insert material is a metal containing Zn as a main component. 上記インサート材が、Al、Mg、Cu、Ag及びSnから成る群より選ばれた少なくとも1種の金属と、Znとの合金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。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insert material is an alloy of Zn and at least one metal selected from the group consisting of Al, Mg, Cu, Ag, and Sn. . 上記インサート材が、ZnとAlとの合計含有量が80質量%以上の合金であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the insert material is an alloy having a total content of Zn and Al of 80% by mass or more. 上記インサート材が、Znと、Alと、Mgとの合計含有量が80質量%以上の合金であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the insert material is an alloy having a total content of Zn, Al, and Mg of 80% by mass or more. 上記インサート材が、Znと、Alと、Cuとの合計含有量が80質量%以上の合金であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the insert material is an alloy having a total content of Zn, Al, and Cu of 80% by mass or more. 上記拡散防止層がニッケル(Ni)、窒化チタン(TiN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタンタングステン(TiWN)、白金イリジウム(PtIr)から選択される1種以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載の半導体装置の製造方法。   The diffusion prevention layer is at least one selected from nickel (Ni), titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN), titanium tungsten nitride (TiWN), and platinum iridium (PtIr). The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 6. 上記インサート材の厚さが20〜200μmであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つの項に記載の半導体装置の製造方法。   The thickness of the said insert material is 20-200 micrometers, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 上記母材金属Aと母材金属Bとが同種材であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the base metal A and the base metal B are the same kind of material. 上記半導体装置用部材が、半導体チップと配線金属であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the member for a semiconductor device is a semiconductor chip and a wiring metal. 上記配線金属が絶縁性セラミックス基板上に配置されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the wiring metal is disposed on an insulating ceramic substrate. 上記半導体装置用部材が、配線金属が配置された絶縁性セラミックス基板と冷却体であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つの項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the member for a semiconductor device is an insulating ceramic substrate on which a wiring metal is disposed and a cooling body. 複数の半導体装置用部材が接合して成る半導体装置であって、
上記半導体装置用部材が金属接合部を有し、接合される金属接合部がその接合面の両方又は一方に凹凸を有すると共に、両方の表面又は内部に拡散防止層が形成されたものであり、
上記金属接合部間にインサート材を介在させて加圧加熱し、上記拡散防止層が破られて、一方の半導体装置用部材の金属接合部を構成する母材金属Aと他方の半導体装置用部材の金属接合部を構成する母材金属Bとが、接合界面の少なくとも一部で直接接合されたものであり、
上記金属接合部を構成する母材金属A、母材金属Bが、それぞれ独立して、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及び金(Au)から成る群より選ばれた少なくとも1種を主成分とするものであり、
上記インサート材が、上記母材金属A及び母材金属Bに含まれるそれぞれ1種以上の金属と共晶反応するものであることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device formed by joining a plurality of semiconductor device members,
The semiconductor device member has a metal joint, the metal joint to be joined has irregularities on both or one of its joint surfaces, and a diffusion prevention layer is formed on both surfaces or inside,
The insert metal is interposed between the metal joints and heated under pressure, the diffusion preventing layer is broken, and the base metal A constituting the metal joint of one semiconductor device member and the other semiconductor device member The base metal B that constitutes the metal joint part is directly joined at at least a part of the joint interface,
At least the base metal A and the base metal B constituting the metal joint are independently selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au). One type is the main component,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the insert material reacts with one or more kinds of metals contained in the base metal A and the base metal B, respectively.
複数の半導体装置用部材が接合して成る半導体装置であって、
一方の半導体装置用部材の金属接合部の母材金属Aと、他方の半導体装置用部材の金属接合部の母材金属Bとが、接合界面の少なくとも一部において直接接合し、該直接接合部の周囲に、拡散防止層に囲まれた共晶反応物を有するものであり、
上記母材金属Aと母材金属Bとが、それぞれ独立して、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及び金(Au)から成る群より選ばれた少なくとも1種を主成分とするものであり、
上記共晶反応物が、上記母材金属A及び母材金属Bに含まれる、それぞれ1種以上の金属と共晶反応したものであることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device formed by joining a plurality of semiconductor device members,
The base metal A of the metal joint portion of one semiconductor device member and the base metal B of the metal joint portion of the other semiconductor device member are directly joined at least at a part of the joint interface, and the direct joint portion And having a eutectic reaction product surrounded by a diffusion preventing layer,
The base metal A and the base metal B are each independently composed mainly of at least one selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au). And
A semiconductor device, wherein the eutectic reaction product is one obtained by eutectic reaction with one or more metals contained in the base metal A and the base metal B, respectively.
上記半導体装置用部材が、半導体チップと配線金属であることを特徴とする請求項13又は14に記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 13, wherein the member for a semiconductor device is a semiconductor chip and a wiring metal. 上記配線金属が絶縁性セラミックス基板上に配置されていることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 15, wherein the wiring metal is disposed on an insulating ceramic substrate. 上記半導体装置用部材が、配線金属が配置された絶縁性セラミックス基板と冷却体であることを特徴とする請求項13〜16のいずれか1つの項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to any one of claims 13 to 16, wherein the member for a semiconductor device is an insulating ceramic substrate on which a wiring metal is disposed and a cooling body.
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