导电性接合材料及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种可在低加压下形成孔隙率非常低的接合层、并具有高的接合强度及热传导性的导电性接合材料。本发明专利技术涉及这样的导电性接合材料，其包含银颗粒、银化合物颗粒及分散剂，并且用于在加压下对芯片和被粘体进行接合，上述银颗粒和上述银化合物颗粒的重量比为30:70～70:30，且在大气中、在10MPa、280℃下对上述芯片和上述被粘体加压接合5分钟后的导电性接合材料的孔隙率为15％以下。

Manufacturing Method of Conductive Joint Materials and Semiconductor Devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导电性接合材料及半导体装置的制造方法
本专利技术涉及导电性接合材料、以及使用了上述导电性接合材料的半导体装置的制造方法。
技术介绍
在半导体装置中，使用了具有导电性的粘接/接合材料作为用于粘接/接合半导体芯片的芯片贴装材料。由于具有高的电传导性和抗氧化性，银粉通常用作导电性粘接/接合材料，并且已经对含有银粉的粘接剂以及通过烧结而接合的浆料状接合材料进行了许多报道。例如，专利文献1报道了由银、氧化银以及具有还原该氧化银的性质的有机化合物构成的导电性浆料以减少银微粒彼此之间的接触电阻。另外，专利文献2公开了一种导电性接合材料，其包括合计为99.0～100重量％的、银颗粒、氧化银颗粒以及包含由30个以下的碳原子构成的有机物质的分散剂。通过使用平均粒径为0.1～100μm的银粉和氧化银粉末，该导电性接合材料能够使接合部在更低温度下进行金属接合。现有技术文献专利文献1：日本特开2005-267900号公报专利文献2：日本特开2010-257880号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，专利文献1中所记载的导电性浆料与具有还原性的有机化合物剧烈反应，并且该化合物的分解气体以及由银化合物的还原所产生的氧气大量产生，从而在所得的导电性浆料中形成了不规则空隙，其成为应力集中点，使得导电性浆料容易破裂，并且还存在着处理上的危险性。此外，由于专利文献2中所记载的导电性接合材料在不施加压力的情况下接合，因此接合后的层间为多孔状、孔隙率高，在200℃以上的高温老化中发生过烧结，可观察到接合层变得疏松这样的现象，耐热性不充分。尽管存在为了降低该孔隙率而通过施加非常高的压力来降低接合层的孔隙率的方法，但是这种情况下施加的压力高达30MPa以上，这可能会导致元件的损坏。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够在低加压下形成孔隙率非常低的接合层、且具有高的接合强度及热传导性的导电性接合材料。解决课题的手段本专利技术人进行了深入的研究，结果是发现：在用于在加压下接合芯片和被粘体的导电性接合材料中，通过将银颗粒和银化合物颗粒的重量比设为特定范围，可在相比于以往的加压方式的接合为更低的压力下形成孔隙率非常低的接合层，由此完成了本专利技术。即，本专利技术如下所述。[1]一种导电性接合材料，其包含银颗粒、银化合物颗粒及分散剂，并且用于在加压下对芯片和被粘体进行接合，所述银化合物颗粒是通过加热而至少分解为银和氧化性物质的化合物颗粒，所述银颗粒和所述银化合物颗粒的重量比为30:70～70:30，且在大气中、在10MPa、280℃下对所述芯片和所述被粘体进行5分钟加压接合后，导电性接合材料的孔隙率为15％以下。[2]根据上述[1]所述的导电性接合材料，其中，所述孔隙率为5％以下。[3]根据上述[1]或[2]所述的导电性接合材料，其中，所述银颗粒为平均粒径0.1～30μm、振实密度3g/cc以上的球状，或者为纵横比1.0～100、平均粒径0.1～10μm、且振实密度3g/cc以上的鳞片状。[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的导电性接合材料，其中，所述银化合物颗粒和所述分散剂的重量比为100:0.5～100:50。[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的导电性接合材料，其进一步包含溶剂。[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的导电性接合材料，所述分散剂是选自由醇类、羧酸类及胺类所组成的组中的至少一种化合物。[7]一种半导体装置的制造方法，其包括经由导电性接合材料来对芯片和被粘体进行接合的步骤，所述导电性接合材料包含银颗粒、银化合物颗粒及分散剂，所述银颗粒和所述银化合物颗粒的重量比为30:70～70:30，在所述接合的步骤中，在4～30MPa、200～350℃下进行1～30分钟的加压处理，且所述接合的步骤后的导电性接合材料的孔隙率为10％以下。专利技术的效果根据本专利技术的导电性接合材料，通过在加热加压下进行烧结，从而使接合层的孔隙率降低，并且接近于块体(金属结合体)。因此，在具有高的接合强度的同时，还能够实现高的热传导性。通过高的热传导性，根据本专利技术的导电性接合材料的散热性优异。附图简要说明[图1]图1是在大气中、在10MPa、280℃下对实施例1的导电性接合材料进行5分钟加压接合后的SEM照片的附图替代照片。[图2]图2是在大气中、在10MPa、280℃下对比较例1的导电性接合材料进行5分钟加压接合后的SEM照片的附图替代照片。具体实施方式以下，对用于实施本专利技术的方式进行说明，但本专利技术不限于以下的实施方式，在不脱离本专利技术的主旨的范围内，可以任意地进行变形来实施。另外，在本说明书中，所使用的表示数值范围的“～”指的是包括在其之前和之后所记载的数值作为下限值及上限值。<导电性接合材料>根据本专利技术的导电性接合材料包含银颗粒、银化合物颗粒及分散剂，并且是用于在加压下对芯片和被粘体进行接合的导电性接合材料，其特征在于：上述银颗粒和上述银化合物颗粒的重量比为30:70～70:30，且在大气中、在10MPa、280℃下对上述芯片和上述被粘体进行5分钟加压接合后，导电性接合材料的孔隙率为15％以下。(银颗粒、银化合物颗粒)本专利技术中的银颗粒同时具有导电性和接合特性。银的熔点为约960℃，但在本专利技术中，通过组合使用银化合物颗粒和分散剂，从而在200～300℃这样的低温下进行烧结，在与被粘体的界面处，可通过金属结合来进行接合。银颗粒的形状没有特别的限定，但优选为平均粒径0.1～30μm、振实密度3g/cc以上的球状，或者优选为纵横比1.0～100、平均粒径0.1～10μm、且振实密度3g/cc以上的鳞片状。在银颗粒为球状的情况下，当平均粒径为30μm以下时，可以容易地除去覆盖银颗粒的分散剂并且烧结性提高，因而是优选的。当平均粒径小于0.1μm时，在生产率和成本方面可能是不利的，另外也不适用于在烧结时收缩率大的大芯片。当银颗粒是球状时，此时的平均粒径更优选为0.3～10μm。需要说明的是，平均粒径指的是通过激光衍射进行测定时的体积积分50％直径D50的粒径。当球状银颗粒的振实密度为3g/cc以上时，从降低加热前的孔隙率的观点而言是优选的，振实密度更优选为4.5g/cc以上。另外，振实密度的上限通常为8g/cc以下。振实密度指的是将银颗粒放入容器中并轻敲500次时的密度。需要说明的是，银颗粒为球状并不限于真正的球形形状，只要不具有尖锐的突起，则也可包括略微变形的球状。例如，即使是椭圆球状或多面体，只要能够近似于球体，则也包括在球状中。对于是否为球状的判断，只要通过扫描电子显微镜观察测得的纵横比为0.95～1.05即可。在银颗粒为鳞片状的情况下，通过纵横比为1.0～100、平均粒径为0.1～10μm且振实密度为3g/cc以上，从降低加热前的孔隙率的观点而言是优选的。纵横比更优选为1.0～5.0，平均粒径更优选为0.5～6μm，且振实密度更优选为4.5g/cc以上。振实密度的上限通常为8g/cc以下。另外，在银颗粒为鳞片状的情况下，厚度优选为0.1～5μm，更优选为0.5～3μm。银颗粒的纵横比及厚度可通过扫描电子显微镜进行测定。另外，平均粒径及振实密度可以在与上述相同的条件下求出。另外，在不损害作为本专利技术的导电性接合材料的特性的范围内，也可以添加(例如)银纳米颗粒、以及线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电性接合材料，包含银颗粒、银化合物颗粒及分散剂，并且用于在加压下对芯片和被粘体进行接合，所述银化合物颗粒是通过加热而至少分解为银和氧化性物质的化合物颗粒，所述银颗粒和所述银化合物颗粒的重量比为30:70～70:30，且在大气中、在10MPa、280℃下对所述芯片和所述被粘体加压接合5分钟后，导电性接合材料的孔隙率为15％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.02 JP 2016-2353261.一种导电性接合材料，包含银颗粒、银化合物颗粒及分散剂，并且用于在加压下对芯片和被粘体进行接合，所述银化合物颗粒是通过加热而至少分解为银和氧化性物质的化合物颗粒，所述银颗粒和所述银化合物颗粒的重量比为30:70～70:30，且在大气中、在10MPa、280℃下对所述芯片和所述被粘体加压接合5分钟后，导电性接合材料的孔隙率为15％以下。2.根据权利要求1所述的导电性接合材料，其中，所述孔隙率为5％以下。3.根据权利要求1或2所述的导电性接合材料，其中，所述银颗粒为平均粒径0.1～30μm、振实密度3g/cc以上的球状，或者为纵横比1.0～100、平均粒径0.1～10μm、且振...

【专利技术属性】
技术研发人员：古正力亚，阿部真太郎，近藤刚史，田中辉树，
申请(专利权)人：田中贵金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP