半导体装置及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

焊料接合层具有分散于基质的微粒状的多个第二结晶部(22)在第一结晶部(21)之间的晶粒边界析出的结构。第一结晶部(21)是以预定比例包括锡和锑的多个Sn晶粒。第二结晶部(22)由以相对于Sn原子以预定比例包括Ag原子的第一部分、或者相对于Sn原子以预定比例包括Cu原子的第二部分构成，或者由该第一部分和第二部分构成。另外，焊料接合层也可以具有作为相对于Sn原子以预定比例包括Sb原子的晶粒的第三结晶部(23)。由此，能够以低融点进行焊料接合、具有实质上均匀的金属组织、形成可靠性高的焊料接合层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
以往，众所周知有在设置于绝缘基板的电路图案上接合半导体芯片而成的封装结构的半导体装置，并且使用了将可在较低的温度下进行接合的焊接材料作为将半导体芯片与电路图案进行接合的接合材料。作为这样的焊接材料，主要使用了以锡(Sn)为主要成分的焊料，例如可以以低融点进行接合的锡-银(Sn-Ag)系焊接材料、高可靠性的锡-锑(Sn-Sb)系焊接材料等。对焊料接合后的Sn-Ag系焊接材料以及焊料接合后的Sn-Sb系焊接材料的状态进行说明。以Sn为主要成分的焊料的融点为200°C?300°C程度。使用了以Sn为主要成分的焊料的焊料接合层具备分散有Sn晶粒的结构。在使用了 100% Sn的焊接材料的情况下的焊料接合层中，在高温下Sn晶粒粗大化，而且根据温度变化由与非接合材料的线膨胀系数差而引起的应力施加于焊料接合层，因此在Sn晶粒之间的晶粒边界产生晶界裂纹(晶界破裂)，存在该晶界裂纹向相邻的Sn晶粒之间的晶粒边界扩展的问题。作为防止这种晶界裂纹扩展的焊接材料，众所周知有Sn-Ag系焊接材料和Sn-Sb系焊接材料。图7是示意性地示出利用以往的Sn-Ag系焊接材料而构成的焊料接合层的状态的说明图。将利用以往的Sn-Ag系焊接材料的焊料接合层(以下，称为Sn-Ag系焊料接合层)的初期(在受到因能量循环等导致的热负荷之前)的状态示于图7的(a)中。Sn-Ag系焊接材料是析出强化型的焊接材料。如图7的(a)所示，在使用了以往的Sn-Ag系焊接材料的焊料接合层中，Ag在Sn晶粒中基本不固溶，因此成为微粒状的硬的Ag3Sn化合物122，并且在作为基质而分散的Sn晶粒121之间的晶粒边界析出。由此，Sn晶粒121之间的晶粒边界被强化从而结晶变得难以变形，因此与Sn晶粒单质的焊料接合层相比晶界裂纹难以扩展。图8是示意性地示出利用以往的Sn-Sb系焊接材料而构成的焊料接合层的状态的说明图。利用以往的Sn-Sb系焊接材料的焊料接合层(以下，称为Sn-Sb系焊料接合层)的初期的状态示于图8的(a)中。Sn-Sb系焊接材料是固溶强化型的焊接材料。如图8的(a)所示，在使用了以往的Sn-Sb系焊接材料的焊料接合层中，在Sn晶粒131中Sb固溶达到8.5重量％ ( = 8.3原子百分数(at% ))左右，全部Sn晶粒131被强化。通过固溶了的Sb使得全部Sn晶粒131被强化，由此能够抑制因半导体装置的工作中的发热和散热的重复循环引起的热负荷而产生的Sn晶粒131的粗大化。另外，超过了固溶限度的Sb与Sn晶粒131中的Sn的一部分一起成为固态的SnSb化合物132而部分地析出。由此，结晶变得难以变形，粒内裂纹(粒内破裂)变得难以扩展。作为这种包括Sn、Ag和Sb的焊接材料，提出有这样的焊接材料，即，在含有I %?30%的Ag和0.5%?25%的Sb中的一种或两种，并且具有余量由Sn和不可避免的杂质所构成的组成的Sn合金焊料中，为了提高接合部的热疲劳特性，使作为不可避免的杂质的氧(O2)含量为5ppm以下，并且使平均晶粒径为3 μπι以下(例如，参照下述专利文献I。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，即，包括5重量％?15重量％的Sb、2重量％?15重量％的Ag，余量除不可避免的杂质之外实质上由Sn构成，表面粗糙度Ra为10 μπι以下(例如，参照下述专利文献2。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，S卩，在焊接材料中含有粉末的复合焊接材料中，焊接材料包括5重量％?15重量％的Sb、2重量％?15重量％的Ag，余量除不可避免的杂质之外实质上由Sn构成(例如，参照下述专利文献3。)。另外，作为另一焊接材料，提出有由包括以下材料的合金构成的焊接材料，S卩，25重量％?40重量％的Ag、24重量％?43重量％的Sb、作为余量而含有Sn，在该焊接材料中，使其溶融温度为至少250°C以上(例如，参照下述专利文献4。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，S卩，以质量％计，包括0.9%?10.0%的 Ag:、0.01%?0.50%的 Α1、0.04%?3.00% Sb，Al/Sb 的比满足 0.25 以下的关系(不包括O)，余量由Sn和不可避免的杂质构成，并对具有氧化物或氧化表面的元件进行结合(例如，参照下述专利文献5。)。另外，作为另一焊接材料，提出有由如下材料构成的焊接材料，即Ag为0.05质量％?2.0质量％，铜(Cu)为1.0质量％以下，Sb为3.0质量％以下，铋(Bi)为2.0质量％以下，铟(In)为4.0质量％以下，镍(Ni)为0.2质量％以下，锗(Ge)为0.1质量％以下，钴(Co)为0.5质量％以下(其中，Cu、Sb、B1、In、N1、Ge和Co均不为O质量％ )，并且余量为锡(例如，参照下述专利文献6。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，即，在以SnSbAgCu系为主要成分的焊接材料中，焊接材料的组成为42重量％< Sb/(Sn+Sb)彡48重量％、5重量Ag<20重量％、3重量Cu< 10重量％，以及5重量％<Ag+Cu彡25重量％，余量由其它不可避免的杂质元素构成(例如，参照下述专利文献7。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，S卩，对于全部高温焊接材料，分别包括12质量％?16质量％的313、0.01质量％?2质量5^^^Ag、0.1质量％?1.5质量％的Cu，还包括0.001质量％?0.1质量％的娃(Si)，并且包括0.001质量％?0.05质量％的B，余量为Sn和不可避免的杂质(例如，参照下述专利文献8。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，S卩，以固相温度为225°C的SnSbAgCu系为主要成分，合金的构成比率是Ag、Cu为10重量％?35重量％，并且Sb/(Sn+Sb)的重量比率为0.23?0.38 (例如，参照下述专利文献9。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，S卩，包括88质量％?98.5质量％的Sn、I质量％?10质量％的Ιη、0.5质量％?3.5质量％的Ag、0质量％?I质量％的Cu，具有用于对凝固而成的焊料中的金属间相的成长进行抑制的结晶化改性剂的掺杂剂并且以Sn-1n-Ag焊料合金作为基底(例如，参照下述专利文献10。)。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，S卩，包括Ag:2质量％?3质量％、(]11:0.3质量％?1.5质量％、13;[:0.05质量％?1.5质量％、313:0.2质量％?1.5质量％，并且Ag、Cu、Sb、Bi的合计含量为5质量％以下，余量由Sn和不可避免的杂质构成，回流后的表面性状平滑(例如，参照下述专利文献11。)。需要说明的是，回流是指这样的方法，即，使接合材料形成焊膏(将助熔剂(flux)加到焊料粉末，从而具有适当的粘度)层，在其上载置部件后加热使焊料熔融，进行焊接。另外，作为另一焊接材料，提出有这样的焊接材料，即，由Ag为I质量％?3质量％、&1为0.5质量％?1.0质量％、81为0.5质量％?3.0质量％、In为0.5质量％?3.0质量％、Ge为0.01质量％?0.03重量％或者砸(Se)为0.01质量％?0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，是通过焊料接合层使一组构件之间接合而成的半导体装置，所述焊料接合层包括：第一结晶部，以锡原子：锑原子＝1：p(0＜p≤0.1)的比率包括锡和锑；以及第二结晶部，具有第一部分和第二部分中的至少一者，所述第一部分以锡原子：银原子＝1：q(2≤q≤5)的比率包括锡和银，所述第二部分以锡原子：铜原子＝1：r(0.4≤r≤4)的比率包括锡和铜，所述第二结晶部的平均粒径小于所述第一结晶部的平均粒径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：木户和优，齐藤隆，福田恭平，多田慎司，百濑文彦，西村芳孝，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP