接合体及半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及接合体及半导体装置，本发明专利技术的接合体具备第一构件、第二构件、以及将第一构件与第二构件接合的烧结金属层，烧结金属层含有相对于第一构件或第二构件与烧结金属层的界面大致平行地取向的最大径为1μm以上且20μm以下、长宽比为4以上的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。

Junction and semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
接合体及半导体装置本申请是申请日为2016年9月7日、优先权日为2015年9月7日、中国专利申请号为201680051537.8、专利技术名称为“接合体及半导体装置”的分案申请。
本专利技术涉及接合体及半导体装置。
技术介绍
制造半导体装置时，为了使半导体元件与引线框等(支撑构件)接合，使用各种各样的接合材料。半导体装置中，在150℃以上的高温下工作的功率半导体、LSI等的接合中，作为接合材料使用高熔点铅钎料。近年，由于半导体元件的高容量化及省空间化，使其在175℃以上的高温下工作的要求有所提高，在高熔点铅钎料层形成的接合部处，耐热性及导热率不充分，难以确保连接可靠性。另一方面，随着RoHS管制强化，要求不含铅的接合材料。至此之前，研究了使用除铅钎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。已知这种烧结银对动力循环的连接可靠性高。作为其他的材料，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，公开了含氧化铜粒子及还原剂的接合用铜糊料。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。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在半导体装置的高温工作时，将半导体元件接合的接合部的连接可靠性成为重要的课题。铜与银相比，具有较高的剪切弹性模量(铜：48GPa、银：30GPa)及较低的热膨胀率(铜：17μm/(m·K)、银：19μm/(m·K))。因此，上述专利文献2中记载的半导体装置及上述专利文献3中记载的电子构件等的连接可靠性有可能比上述专利文献1中记载的具有烧结银层的接合体更为优异。但是，通过本专利技术者们的研究发现，当接合部为烧结金属层时，不仅构成金属的物性、烧结金属层自身的形态(morphology)也会影响到其连接可靠性。上述专利文献1～3中，烧结体层的形态与连接可靠性的关系还不清楚，特别是仍未实现可充分获得在包含高温条件的温度循环试验中的连接可靠性的烧结金属层。本专利技术的目的在于提供具备即便是在包含高温条件的温度循环试验中也具有充分的连接可靠性的烧结金属层的接合体及半导体装置。用于解决技术问题的手段为了解决上述技术问题，本专利技术者们进行了深入研究，结果发现由含有薄片状铜粒子的特定接合用铜糊料所形成的烧结金属层具备导热性及接合强度优异、即便是在包含高温条件的温度循环试验中也具有充分的连接可靠性的结构，基于该认知完成了本专利技术。即，本专利技术提供一种接合体，其具备第一构件、第二构件、以及将第一构件与第二构件接合的烧结金属层，烧结金属层含有相对于第一构件或第二构件与烧结金属层的界面大致平行地取向的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。需要说明的是，本说明书中，“薄片状”包含板状、鳞片状等平板状的形状。本专利技术的接合体通过具备上述烧结金属层，即便在包含高温条件的温度循环试验中也可具有充分的连接可靠性。对于获得这种效果的理由，认为是上述的烧结金属层通过具有65体积％以上的铜的致密度，因此获得了充分的导热性和接合强度，同时通过含有在规定方向上取向的薄片状铜粒子来源的结构，获得了使热应力分散及即使烧结金属层的一部分被破坏、该破坏也难以扩展等的作用。上述接合体中，第一构件及第二构件中的至少一个在与烧结金属层相接触的面上可以含有选自铜、镍、钯、银、金、铂、铅、锡及钴中的至少1种金属。此时，可以进一步提高第一构件及第二构件中的至少一个与烧结金属层的粘接性。本专利技术还提供一种半导体装置，其具备第一构件、第二构件、以及将第一构件与第二构件接合的烧结金属层，第一构件及第二构件中的至少一个为半导体元件，其中，烧结金属层含有相对于第一构件或第二构件与烧结金属层的界面大致平行地取向的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。本专利技术的半导体装置通过具备即便是在包含高温条件的温度循环试验中也可具有充分的连接可靠性的上述烧结金属层，高温工作性变得能够提高、变得能够应对半导体元件的高容量化及省空间化。上述半导体装置中，芯片剪切强度可以为30MPa以上。本专利技术另外还提供一种半导体装置，其具备第一电极、与所述第一电极电连接的半导体元件、以及通过金属布线与半导体元件电连接的第二电极，在半导体元件与所述金属布线之间、及所述金属布线与所述第二电极之间具有含铜的烧结金属层。本专利技术的半导体装置通过具备即便是在包含高温条件的温度循环试验中也可具有充分的连接可靠性的上述烧结金属层，高温工作性变得能够提高、变得能够应对半导体元件的高容量化及省空间化。上述半导体装置中，烧结金属层与金属布线相接触，并含有相对于与金属布线的界面大致平行地取向的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计可以为65体积％以上。本专利技术还提供一种半导体装置，其具备第一导热构件、第二导热构件、以及配置在第一导热构件及第二导热构件之间的半导体元件，在第一导热构件与半导体元件之间、及半导体元件与第二导热构件之间中的至少一个之间具有含铜的烧结金属层。本专利技术的半导体装置通过具备即便是在包含高温条件的温度循环试验中也可具有充分的连接可靠性的上述烧结金属层，高温工作性变得能够提高、变得能够应对半导体元件的高容量化及省空间化。上述半导体装置中，烧结金属层与第一导热构件或第二导热构件相接触，并含有相对于第一导热构件或第二导热构件的界面大致平行地取向的薄片状铜粒子来源的结构，烧结金属层中的铜的含量以烧结金属层的体积为基准计可以为65体积％以上。专利技术效果根据本专利技术，可以提供具备即便是在包含高温条件的温度循环试验中也可具有充分的连接可靠性的烧结金属层的接合体及半导体装置。附图说明图1为表示本实施方式接合体中的烧结金属层的典型形态之一例的示意截面图。图2为表示使用本实施方式的接合用铜糊料制造的接合体之一例的示意截面图。图3为图1的放大图，是表示薄片状铜粒子来源的结构的长径及厚度的测定方法的示意截面图。图4为表示对本实施方式接合体的薄片状铜粒子来源的结构相对于被接合面的角度θ进行测量的方法的示意截面图。图5为表示使用本实施方式的接合用铜糊料制造的半导体装置之一例的示意截面图。图6为表示使用本实施方式的接合用铜糊料制造的半导体装置之一例的示意截面图。图7为表示使用本实施方式的接合用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接合体，其具备第一构件、第二构件、以及将所述第一构件与所述第二构件接合的烧结金属层，/n所述烧结金属层含有相对于所述第一构件或所述第二构件与所述烧结金属层的界面大致平行地取向的最大径为1μm以上且20μm以下、长宽比为4以上的薄片状铜粒子来源的结构，/n所述烧结金属层中的铜的含量以所述烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。/n

【技术特征摘要】
20150907 JP 2015-1760671.一种接合体，其具备第一构件、第二构件、以及将所述第一构件与所述第二构件接合的烧结金属层，
所述烧结金属层含有相对于所述第一构件或所述第二构件与所述烧结金属层的界面大致平行地取向的最大径为1μm以上且20μm以下、长宽比为4以上的薄片状铜粒子来源的结构，
所述烧结金属层中的铜的含量以所述烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。


2.根据权利要求1所述的接合体，其中，所述第一构件及第二构件中的至少一个在与所述烧结金属层相接触的面上含有选自铜、镍、银、金及钯中的至少1种金属。


3.一种半导体装置，其具备第一构件、第二构件、以及将所述第一构件与所述第二构件接合的烧结金属层，所述第一构件及所述第二构件中的至少一个为半导体元件，其中，
所述烧结金属层含有相对于所述第一构件或所述第二构件与所述烧结金属层的界面大致平行地取向的最大径为1μm以上且20μm以下、长宽比为4以上的薄片状铜粒子来源的结构，
所述烧结金属层中的铜的含量以所述烧结金属层的体积为基准计为65体积％以上。


4.根据权利要求3所述的半导体装置，其芯片剪切强度为30MPa以上。

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【专利技术属性】
技术研发人员：中子伟夫，蔵渊和彦，江尻芳则，石川大，须镰千绘，川名祐贵，
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