半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在使用金属纳米粒子对导电柱(8)和被接合构件即半导体芯片(6)或带导电图案的绝缘基板(4)进行金属粒子接合的情况下，通过将导电柱(8)的前端的底面(12)形成为凹状，从而能获得牢固的接合层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及搭载半导体芯片且具有导电柱的半导体装置及其制造方法，尤其涉及以利用金属纳米粒子的金属粒子接合来进行导电柱的接合的半导体装置及其制造方法。
技术介绍
图6是专利文献1所记载的现有的半导体装置的结构图，图6(a)是整体的主要部分剖视图，图6(b)是图6(a)的B部放大图。现有的半导体装置即半导体功率模块具有如下结构：利用焊料等接合材料105将半导体芯片106与作为带导电图案的绝缘基板的DCB(DirectCopperBonding：直接铜接合)基板104相接合，半导体芯片106表面的电路布线利用焊料等接合材料107与具有导电柱108的印刷基板109相接合。在该结构中，通过利用密封树脂111对上述半导体芯片106以及DCB基板104进行密封，从而形成半导体功率模块。所述DCB基板104由散热板101、绝缘基板102以及电路图案103构成。图7是专利文献2所记载的现有的其它半导体装置的主要部分剖视图。作为现有的其它半导体装置的半导体功率模块是与图6相同的树脂密封型半导体功率模块。该专利文献中还记载了与图6的印刷基板109相接触的支承板206和与其相连接的导电柱205的制造方法。另外，图中的标号201是散热板、202是导电性材料、203是半导体芯片、204是导电性材料、207是连接基板，208是外部导出端子。此外，专利文献3中具有如下记载：多个销即导电柱的至少前端部或者整体形成为中空管状，通过在导电柱的外表面和内表面形成焊角，来增大焊料接合部的接合面积，从而能提高接合强度。此外，记载有通过预先在中空管状的导电柱的前端部粘贴焊膏或者焊料来进行安装，能防止焊料不良。还记载有通过在导电柱的前端形成球状或者半球状的球部，导电柱的前端部的表面积变大，焊料接合面积变大，从而能防止焊料接合部的可靠性降低。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2009-64852号公报专利文献2：日本专利特开2011-114040号公报专利文献3：日本专利特开平7-106491号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题在作为专利文献1的半导体装置的半导体功率模块中，对半导体芯片106和DCB基板104进行接合，并且利用导电柱108来代替铝线对芯片表面电极进行统一连接，并形成布线。由此，形成DCB基板104、半导体芯片106、印刷布线板109的电路路径。在接合材料107使用焊料的情况下，在芯片表面及背面电极的接合部分配置焊料，加热后冷却来完成接合。然而，在考虑搭载SiC(碳化硅)器件、GaN(氮化镓)等WBG(宽带隙：WideBandGap)半导体器件的情况下，为了运用其特长，需要使半导体功率模块在比以往更高的温度下工作。若工作温度范围变为200℃以上，则从可靠性的观点来看难以使用焊料。此外，SiC-MOSFET(MOS型场效应晶体管)、SiC-SBD(肖特基势垒二极管；Schottkybarrierdiode)等SiC(碳化硅)器件的芯片尺寸较小(例如大小为3mm×3mm左右)。因此，SiC-MOSFET的栅极垫极小，其大小为例如200μm×200μm左右。将导电柱高精度地固定于这样小的栅极垫上是较为困难的。用专利文献1～3所记载的半导体装置的导电柱和其接合方法来解决这些问题是较为困难的。本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种能利用金属纳米粒子将导电柱与被接合构件即半导体芯片或带导电图案的绝缘基板分别牢固地相接合的半导体装置及其制造方法。解决技术问题的技术方案为了达到上述目的，本专利技术的一个方式为如下结构：在具有半导体芯片和导电连接体的半导体装置中，在固定于被接合材料的导电连接体的前端的底面形成有凹部，在该凹部中使用金属纳米粒子来与被接合材料相接合。所述导电连接体可以是固定于印刷基板的导电柱或者外部导出端子。所述导电柱的前端的形状可以是从锥形状、阶梯状、以及阶梯状与锥形状组合而成的形状中任选的一种。所述导电柱的前端的底面的凹部形状可以是弯曲成球状的形状。所述被接合材料可以是半导体芯片的表面电极或者是固定了该半导体芯片的带导电图案的绝缘基板的导电图案。所述导电连接体的前端的底面的凹部深度可以在10μm～200μm的范围内。为了达到上述目的，本专利技术的其它方式中，优选该半导体装置至少包括：前端形成有凹部的导电连接体、以及被接合材料，所述导电连接体以及被接合材料通过密集地填充在所述凹部中的烧结后的金属粒子烧结部来进行接合。所述导电连接体可以是一端形成有所述凹部的棒状的导电柱，所述被接合材料可以是半导体芯片的表面电极。所述导电连接体可以是一端形成有所述凹部的棒状的外部导出端子，所述被接合材料可以是带导电图案的绝缘基板的导电图案。本专利技术的其它方式为半导体装置的制造方法，其特征在于，包括如下工序：涂布工序，在该涂布工序中，将含有金属纳米粒子的糊料涂布在被接合材料上；放置工序，在该放置工序中，准备前端具备凹部的导电连接体，以所述凹部位于所述糊料上的方式放置所述导电连接体；以及烧结工序，在该烧结工序中，对所述金属纳米粒子进行加热，并且通过所述导电连接体对所述金属纳米粒子加压，从而对所述金属纳米粒子进行烧结，使所述被接合材料与所述凹部之间相接合。所述烧结工序中的加热温度可以在150℃～300℃的范围内，所述压力可以在10MPa～50MPa的范围内。在所述烧结工序之前还具有预烘干工序，在该预烘干工序中，对所述糊料所含有的溶剂进行加热，使其蒸发。专利技术效果根据本专利技术，通过在形成于导电连接体的前端的凹部中填充金属纳米粒子，并利用该金属纳米粒子对导电连接体和被接合材料之间进行金属粒子接合，从而能牢固地使两者相接合。附图说明图1是本专利技术的实施例1的半导体装置的结构图，图1(a)是整体的主要部分剖视图，图1(b)是图1(a)的A部放大图，图1(c)是图1(b)的导电柱的前端的底面的平面形状图。图2表示导电柱8和半导体芯片6的上表面电极6a相接合的工序，图2(a)～图2(c)是以工序步骤表示的主要部分工序剖视图。图3是表示图1的导电柱8的变形例的前端的底面12的不同凹部形状的主要部分剖视图，图3(a)是凹部形状由4个平面形成的情况的图，图3(b)是凹部形状由多个平面形成的情况的图。图4是本专利技术的实施例2的半导体装置的结构图，图4(a)是导电柱21的主要部分剖视图，图4(b)是导电柱21的前端的底面23的平面形状图。图5是表示导电柱21的变形例的前端部形状的图，图5(a)是前端呈阶梯状变细的情况的图，图5(b)是将阶梯形状与锥形形状组合后的情况的图。图6是专利文献1所记载的现有的半导体装置的结构图，图6(a)是整体的主要部分剖视图，图6(b)是图6(a)的B部放大图。图7是专利文献2所记载的现有的其它半导体装置的主要部分剖视图。图8是对金属粒子接合的机理进行说明的模型图，图8(a)～图8(c)是依次表示到金属粒子接合完成为止的工序的图。图9是利用金属纳米粒子404将导电柱402的前端的底面402a与半导体芯片401的上表面电极401a相接合时的主要部分剖视图。具体实施方式利用以下实施例来说明实施方式。<实施例1>图1是本专利技术的实施例1的半导体装置的结构图，图1(a)是整体的主要部分剖视图，图1(b)是图1(a)的A部放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，具有半导体芯片和导电连接体，其特征在于，在固定于被接合材料的导电连接体的前端的底面形成有凹部，在该凹部中使用金属纳米粒子来与被接合材料相接合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.15 JP 2012-0587271.一种半导体装置，具有半导体芯片和导电连接体，其特征在于，在固定于被接合材料的导电连接体的前端的底面形成有凹部，在该凹部中使用金属纳米粒子来与被接合材料相接合。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述导电连接体是固定于印刷基板的导电柱或者外部导出端子。3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，所述导电柱的前端的形状是从锥形状、阶梯状、以及阶梯状与锥形状组合而成的形状中任选的一种。4.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，所述导电柱的前端的底面的凹部形状是弯曲成球状的形状。5.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述被接合材料是半导体芯片的表面电极、或者是固定有该半导体芯片的带导电图案的绝缘基板的导电图案。6.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述导电连接体的前端的底面的凹部深度在10μm～200μm的范围内。7.如权利要求2或4所述的半导体装置，其特征在于，所述凹部构造成使施加于所述金属纳米粒子的加压力向所述导电连接体的中心轴方向收敛。8.如权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，对所述导电连接体的底面的外周部进行倒角。9.一种半导体装置，其特征在于，该半导体装置至少包括：前端形成有凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：梨子田典弘，
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