接合用金属糊料、接合体及其制造方法以及半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的接合用金属糊料含有金属粒子和碳数为1～9的一元羧酸，金属粒子含有体积平均粒径为0.12～0.8μm的亚微米铜粒子，碳数为1～9的一元羧酸的含量相对于金属粒子100质量份为0.015～0.2质量份。

Metal paste for jointing, jointing compound and its manufacturing method as well as semiconductor device and its manufacturing method

The bonding metal paste of the invention contains metal particles and monocarboxylic acid with carbon number of 1-9, the metal particles contain submicron copper particles with volume average particle size of 0.12-0.8 \u03bc m, and the content of monocarboxylic acid with carbon number of 1-9 is 0.015-0.2 with respect to the mass fraction of 100 metal particles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合用金属糊料、接合体及其制造方法以及半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及接合用金属糊料、接合体及其制造方法以及半导体装置及其制造方法。
技术介绍
制造半导体装置时，为了将半导体元件与引线框等(支撑构件)接合，使用着各种各样的接合材料。半导体装置中特别是在150℃以上的高温下工作的功率半导体、LSI等的接合中，作为接合材料，一直使用高熔点铅焊料。近年来，由于半导体元件的高容量化及省空间化，工作温度提高至高熔点铅焊料的熔点附近，确保连接可靠性变得困难。另一方面，随着RoHS管制的强化，需要不含铅的接合材料。到目前为止探讨了使用除铅焊料以外的材料的半导体元件的接合。例如，下述专利文献1中提出了使银纳米粒子低温烧结、形成烧结银层的技术。已知这种烧结银对于动力循环的连接可靠性高(参照非专利文献1)。进而作为其它的材料，还提出了使铜粒子烧结、形成烧结铜层的技术。例如，下述专利文献2中作为用于将半导体元件与电极接合的接合材料，公开了含有氧化铜粒子及还原剂的接合用糊料。另外，下述专利文献3中公开了含有铜纳米粒子与铜微米粒子或铜亚微米粒子或它们两者的接合材料。然而，当半导体元件与支撑构件之间的残留热应力大时，在半导体元件中会产生因热变形导致的特性变化，以及在半导体元件、接合材料及支撑构件中产生裂纹等损伤。因此，半导体元件与支撑构件之间的残留热应力会成为合格率降低及长期可靠性下降的原因。另一方面，一般来说，使半导体元件与支撑构件接合时的温度(接合温度)越低，则越可降低半导体元件与支撑构件之间的残留热应力。另外，接合温度低时，能够降低制造所花费的能量。因此，半导体元件与支撑构件的接合温度越低越优选。特别是，当为250℃以下的接合温度时，作为支撑构件可以应用玻璃环氧基板等有机基板，能够在逻辑电路、传感器、无源部件等中进行应用。作为降低接合温度的方法，报告了焊料使用低熔点合金的方法(参照专利文献4)；在焊料熔融后将异种金属扩散到焊料中并使其合金化以提高熔点的方法(参照专利文献5)等。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4928639号专利文献2：日本专利第5006081号专利文献3：日本特开2014-167145号公报专利文献4：日本专利第6060199号专利文献5：日本专利第3736797号非专利文献非专利文献1：R.Khazaka,L.Mendizabal,D.Henry:J.ElecTron.Mater,43(7),2014,2459-2466
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题但是，专利文献4的方法中，当焊料的熔点与设备的使用温度接近时，在使用温度下焊料会变软，连接可靠性降低。另外，在接合工序之后的工序包含在焊料的熔点以上进行加热的工序时，由于因加热而焊料再次熔融，因此导致故障。另外，专利文献5的方法由于在接合时产生的金属间化合物很脆，因此无法获得充分的接合强度，循环可靠性差及导热率低成为课题。本专利技术鉴于上述事实而作出，其目的在于提供能够在250℃以下的低温下进行接合、可获得具有充分接合强度的接合体的接合用金属糊料，具备该接合用金属糊料的烧结体的接合体及其制造方法，以及具备该接合用金属糊料的烧结体的半导体装置及其制造方法。用于解决技术问题的手段本专利技术人们着眼于以往已知的利用了铜粒子的烧结现象的烧结铜芯片焊接材料，进行了探讨。以往的烧结铜芯片焊接材料虽然具有导热性及循环疲劳耐受性优异、并且廉价的优点，但在烧结铜芯片焊接材料的接合时需要280℃以上的高温，在使用以往的烧结铜芯片焊接材料时，难以使接合温度(烧结温度)为250℃以下。但是，本专利技术人们进行深入研究的结果发现，对于含有铜粒子的接合用金属糊料，通过将具有特定体积平均粒径的铜粒子及规定量的特定羧酸组合，可以进行低温下的接合，可获得具有充分接合强度的接合体，从而完成了本专利技术。即，本专利技术一个方面的接合用金属糊料含有金属粒子和碳数为1～9的一元羧酸。该接合用金属糊料中，金属粒子含有体积平均粒径为0.12～0.8μm的亚微米铜粒子，碳数为1～9的一元羧酸的含量相对于金属粒子100质量份为0.015～0.2质量份。根据该接合用金属糊料，可以在250℃以下的低温下进行接合，可获得充分接合强度的接合体。另外，根据该接合用金属糊料，能够进行无加压下的接合(无加压接合)，即便是无加压接合也可获得具有充分接合强度的接合体。一个方式中，上述接合用金属糊料进一步含有碳数为10以上的羧酸。该方式中，碳数为10以上的羧酸的含量相对于金属粒子100质量份为0.07～2.10质量份。根据该方式，本专利技术的效果变得显著。一个方式中，上述金属粒子进一步含有最大直径为2～50μm、长宽比为3.0以上的薄片状微米铜粒子。该方式中，亚微米铜粒子的含量以金属粒子的总质量为基准计为30～90质量％，微米铜粒子的含量以金属粒子的总质量为基准计为10～70质量％。根据该方式，能够充分地降低烧结接合用金属糊料时的体积收缩、易于确保烧结接合用金属糊料所制造的接合体的接合强度，将接合用金属糊料用于半导体元件的接合时，半导体装置有显示更为良好的晶片抗切强度及连接可靠性的倾向。一个方式中，上述金属粒子进一步含有以金属粒子的总质量为基准计为0.01～10质量％的量的选自锌及银中的至少1种金属粒子。根据该方式，当被粘接体为金或银时，接合力提高。一个方式中，上述碳数为1～9的一元羧酸含有选自醋酸、己酸及丁酸中的至少1种。根据该方式，本专利技术的效果变得显著。一个方式中，上述接合用金属糊料含有以接合用金属糊料的总质量为基准计为2～50质量％的溶剂成分。根据该方式，能够将接合用金属糊料调整至更为适当的粘度，而且难以阻碍铜粒子的烧结。一个方式中，上述溶剂成分含有具有300℃以上沸点的溶剂成分。该方式中，具有300℃以上沸点的溶剂成分的含量以接合用金属糊料的总质量为基准计为2～50质量％。根据该方式，可以直到即将开始烧结为止对接合用金属糊料赋予增塑性和密合性，无加压下的接合变得容易。一个方式中，上述具有300℃以上沸点的溶剂成分含有选自异冰片基环己醇、甘油三丁酸酯、硬脂酸丁酯及辛酸辛酯中的至少1种。根据该方式，无加压下的接合变得更加容易。本专利技术一个方面的接合体的制造方法具备以下工序：准备按顺序层叠有第一构件、上述接合用金属糊料及第二构件的层叠体，在受到第一构件的自重的状态下或者受到第一构件的自重及0.01MPa以下压力的状态下，在250℃以下对该接合用金属糊料进行烧结。根据该制造方法，通过使用上述接合用金属糊料，可以获得充分接合强度的接合体。另外，由于能够降低构件间的残留热应力，因此能够防止构件上的裂纹等损伤的发生，可获得因热变形降低所带来的合格率提高效果。另外，还可以谋求接合工序的低能量化。本专利技术一个方面的半导体装置的制造方法具备以下工序：准备按顺序层叠有第一构件、上述接合用金属糊料及第二构件的层叠体，在受到第一构件的自重的状态下或者受到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接合用金属糊料，/n其含有金属粒子和碳数为1～9的一元羧酸，/n所述金属粒子含有体积平均粒径为0.12～0.8μm的亚微米铜粒子，/n所述碳数为1～9的一元羧酸的含量相对于所述金属粒子100质量份为0.015～0.2质量份。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170315 JP 2017-0500911.一种接合用金属糊料，
其含有金属粒子和碳数为1～9的一元羧酸，
所述金属粒子含有体积平均粒径为0.12～0.8μm的亚微米铜粒子，
所述碳数为1～9的一元羧酸的含量相对于所述金属粒子100质量份为0.015～0.2质量份。


2.根据权利要求1所述的接合用金属糊料，
其进一步含有碳数为10以上的羧酸，
所述碳数为10以上的羧酸的含量相对于所述金属粒子100质量份为0.07～2.10质量份。


3.根据权利要求1或2所述的接合用金属糊料，其中，
所述金属粒子进一步含有最大直径为2～50μm、长宽比为3.0以上的薄片状微米铜粒子，
所述亚微米铜粒子的含量以所述金属粒子的总质量为基准计为30～90质量％，
所述微米铜粒子的含量以所述金属粒子的总质量为基准计为10～70质量％。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的接合用金属糊料，其中，所述金属粒子进一步含有以所述金属粒子的总质量为基准计为0.01～10质量％的量的选自锌及银中的至少1种金属粒子。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的接合用金属糊料，其中，所述碳数为1～9的一元羧酸含有选自醋酸、己酸及丁酸中的至少1种。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的接合用金属糊料，其含有以所述金属糊料的总质量为基准计为2～50质量％的溶剂成分。


7.根据权利要求6所述的接合用金属糊料，其中，
所述溶剂成分含有具有300℃以上沸点的溶剂成分，
所述具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：川名祐贵，中子伟夫，根岸征央，石川大，须镰千绘，江尻芳则，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP